CN112389241B - 电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统，包括互动系统主站、客户互动终端和充电桩终端，所述互动系统主站分别与充电桩终端和客户互动终端电信号连接，所述充电桩终端电信号连接有变压器和开关，所述变压器与开关电信号连接，所述开关与充电桩电信号连接，所述客户互动终端与充电桩均设有多个；本发明通过从智能电网的角度来看，它将有助于平衡供求关系，提高系统的可靠性；从用户的角度思考，通过调整或改变其使用和购买电力的方式，可以获得经济上的回报与好处；从环境的角度看，它有利于促进节能减排，缓解日趋严重的能源危机。

Description

电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统及其应用方法

技术领域

本发明涉及控制系统技术领域，具体为电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统及其应用方法。

背景技术

目前，随着电动汽车越来越普及，充电桩的数量也越来越多，新建小区在规划阶段便考虑到充电桩的设计安装，老旧小区也在有计划的逐步安装充电桩。大量充电桩的接入，对配电变压器带来重过载的风险。特别是下班后，客户集中对车辆充电，各居民小区家庭用电量也增加，对变压器容量带来挑战，形成用电高峰，夏季时节尤为严峻。

当前，面对这个问题的解决方案是停电施工，增加变压器容量。而这种方法不仅大大增加了供电企业成本，也无法达到实时调节的效果，滞后性较明显，不利于问题的及时解决。

近年来，国内在需求侧管理方面也做了很多工作。国网公司于2009年首次提出了打造“坚强智能电网”的概念，而其中就包含了智能电网模式下的配用电互动体系。用户通过调整用电响应行为直接参与到智能电网的实时优化运行中，让用户与电力部门双方共同决定电网的最佳运行方式，同时也满足了智能电网要求具备良好互动性特征的要求。目前，基于价格的配用电互动技术和基于激励的配用电互动技术以及需求侧参与竞价模式和有序用电模式等配用电互动技术在实践中，受市场、技术和制度等限制。

发明内容

本发明的目的在于提供电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统，包括互动系统主站、客户互动终端和充电桩终端，所述互动系统主站分别与充电桩终端和客户互动终端电信号连接，所述充电桩终端电信号连接有变压器和开关，所述变压器与开关电信号连接，所述开关与充电桩电信号连接，所述客户互动终端与充电桩均设有多个，所述互动系统主站用于上层决策，结合运行工况和用户充电策略，给出有运行风险的变压器的电桩负荷的互动策略，所述客户互动终端具体为客户互动APP，所述客户互动APP用于客户与配网互动，上传用户充电策略、接受主站优惠政策并作出选择，所述充电桩终端接受并执行主站命令和策略，用于对充电桩进行精准的停送电操作。

优选的，所述互动系统主站运行在主控服务器上，且用于接受和存储数据、基础数据处理、制定运行策略的功能，所述主控服务器由硬件和模块构成。

优选的，所述硬件还包括SR650主机和C32JG50显示屏，所述主控服务器通过螺丝固定连接有SR650主机、C32JG50显示屏、连接线以及输入输出设备。

优选的，所述互动系统主站还包括数据处理服务子模块和互动策略子模块，所述互动系统主站电信号连接有数据处理服务子模块和互动策略子模块，所述互动策略子模块与数据处理服务子模块电信号连接，所述互动策略子模块与充电桩控制器电信号连接，所述互动策略子模块与客户互动终端电信号连接，所述客户互动终端与数据处理服务子模块电信号连接。

优选的，所述数据处理服务子模块用于接受充电桩终端上传的充电桩运行电流数据、客户互动APP上传的客户选择的充电策略并进行基础数据校核与研判以及变压器运行工况的判断，所述互动策略子模块用于制定和下发充电电价策略以及控制充电桩终端、调节变压负荷。

优选的，所述充电电价策略还包括正常电价策略、波动电价策略、托管电价策略以及紧急电价策略，所述正常电价策略具体为：充电电价为常数a，即客户选择此模式时，无论任何时间段充电，电价均为a；所述波动电价策略：充电电价随变压负荷变化而变化，电价b＝mx+n，x为变压器负荷，m、n均为电价常数，根据供电企业策略而改变；所述托管电价策略：客户选择此充电方式即认为在满足保证计划用车前电动车充满电的前提下，完全接受供电公司负荷调度，自动将充电时间安排在低用电量时间段和低谷时间段，并享有更低的电价c；所述紧急电价策略：选择非托管电价策略的用户，在充电变压器负载高于90％时，会启动该电价策略，通过APP推送给用户，给出更加低廉的充电电价和充电时间段，引导用户更改充电计划，激励客户主动调整。

优选的，所述数据服务子模块还包括读入子模块和发送子模块，所述数据服务子模块电信号连接有读入子模块、发送子模块、缓存子模块和校核子模块。

优选的，所述客户互动APP运行在客户手机上，主要用于与客户进行配用电互动，且流程具体为：用户在APP上填写个人信息，车辆信息进行注册，用户在APP上查看目前的变压器同时充电车数量、在充电车数量，掌握变压器负载率，使用APP的二维码扫描功能，扫描充电桩上的二维码信息，获取充电桩终端的信息并上传主站，绑定此次充电的车辆，编制电动车计划充电时间、计划用车时间、选择适合自己的电价策略，在选择策略时参考历史用电电费，在变压器负载超过90％时，APP接受主站紧急电价策略并提示充电用户作出选择，在出现强制停电和故障停电时，也会给客户提示当前状态。

优选的，所述充电桩终端具体为集配电变压器电流采集、就地化分析决策、主站通信及开关控制功能于一体的智能化终端设备，所述充电桩终端由CPU处理器、AC/DC模块、远程通信模块和本地通信模块、电源模块、超级电容、开关量采集模块以及输出IO模块构成，所述CPU处理器分别与远程通信模块、本地通信模块、AC/DC模块、输出IO模块、电源模块以及开关量采集模块电信号连接，所述超级电容与电源模块电性连接。

优选的，电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统的应用方法，包括以下步骤：S1、系统的充电桩控制器通过采集变压器低压总电流，结合变压器容量判断其当前运行状态并上传主站；S2、主站正常接受变压器其运行状态和用户选择的电价策略、用车计划；S3、当其有重过载风险和在用电高峰期时，主站下发给对应客户APP的紧急电价策略，用户根据策略和自己的用车计划选择是否执行；S4，互动策略子模块根据用户在APP上的选择策略的结果，下发具体控制方案给充电桩控制器，控制器执行相应策略，分合闸相应充电桩，实现电动汽车用户的分时充电，变压运行工况发生相应改变，工况被采集到数据，再次执行S1到S4过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统的投入运行，可以避免电动汽车用户集中充电引起的变压器重过载等问题，提升了供电公司运行指标，保障了供电质量，提升电网企业的整体效益。

2、该系统通过时间上和空间上对负荷的调节，提供了一中更加及时和有效的控制方法，改变了传统变压器重过载停电处理的方法。

3、对台区用电而言，实现对负荷削峰填谷的优化控制。

4、对于客户而言，该系统从用户的切身利益考虑，利用优化充电策略的居民得到了更加廉价的电能，小区居民得到了更加优质的供电。

5、从整个配网角度而言，实现了与用户需求侧的智能互动，鼓励用户改变用电方式，积极参与电网运行，满足了智能电网要求具备良好互动性特征的要求。

综上，该系统从智能电网的角度来看，它将有助于平衡供求关系，提高系统的可靠性；从用户的角度思考，通过调整或改变其使用和购买电力的方式，可以获得经济上的回报与好处；从环境的角度看，它有利于促进节能减排，缓解日趋严重的能源危机。

附图说明

图1为本发明电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统示意图；

图2为本发明电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统结构图；

图3为本发明充电桩终端结构示意图；

图4为本发明电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统，包括互动系统主站、客户互动终端和充电桩终端，所述互动系统主站用于上层决策，结合运行工况和用户充电策略，给出有运行风险的变压器的电桩负荷的互动策略，所述客户互动终端具体为客户互动APP，所述客户互动APP用于客户与配网互动，上传用户充电策略、接受主站优惠政策并作出选择，所述充电桩终端接受并执行主站命令和策略，用于对充电桩进行精准的停送电操作，所述互动系统主站分别与充电桩终端和客户互动终端电信号连接，所述充电桩终端电信号连接有变压器和开关，所述变压器与开关电信号连接，所述开关与充电桩电信号连接，所述客户互动终端与充电桩均设有多个。

实施例二：

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统，包括互动系统主站、客户互动终端和充电桩终端，所述互动系统主站用于上层决策，结合运行工况和用户充电策略，给出有运行风险的变压器的电桩负荷的互动策略，所述客户互动终端具体为客户互动APP，所述客户互动APP用于客户与配网互动，上传用户充电策略、接受主站优惠政策并作出选择，所述充电桩终端接受并执行主站命令和策略，用于对充电桩进行精准的停送电操作，所述互动系统主站分别与充电桩终端和客户互动终端电信号连接，所述充电桩终端电信号连接有变压器和开关，所述变压器与开关电信号连接，所述开关与充电桩电信号连接，所述客户互动终端与充电桩均设有多个，所述互动系统主站运行在主控服务器上，且用于接受和存储数据、基础数据处理、制定运行策略的功能，所述主控服务器由硬件和模块构成，所述主控服务器通过螺丝固定连接有SR650主机、C32JG50显示屏、连接线以及输入输出设备，所述互动系统主站电信号连接有数据处理服务子模块和互动策略子模块，所述互动策略子模块与数据处理服务子模块电信号连接，所述互动策略子模块与充电桩控制器电信号连接，所述互动策略子模块与客户互动终端电信号连接，所述客户互动终端与数据处理服务子模块电信号连接，所述数据服务子模块电信号连接有读入子模块、发送子模块、缓存子模块和校核子模块。

实施例三：

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统，包括互动系统主站、客户互动终端和充电桩终端，所述互动系统主站用于上层决策，结合运行工况和用户充电策略，给出有运行风险的变压器的电桩负荷的互动策略，所述客户互动终端具体为客户互动APP，所述客户互动APP用于客户与配网互动，上传用户充电策略、接受主站优惠政策并作出选择，所述充电桩终端接受并执行主站命令和策略，用于对充电桩进行精准的停送电操作，所述互动系统主站分别与充电桩终端和客户互动终端电信号连接，所述充电桩终端电信号连接有变压器和开关，所述变压器与开关电信号连接，所述开关与充电桩电信号连接，所述客户互动终端与充电桩均设有多个，所述数据处理服务子模块用于接受充电桩终端上传的充电桩运行电流数据、客户互动APP上传的客户选择的充电策略并进行基础数据校核与研判以及变压器运行工况的判断，所述互动策略子模块用于制定和下发充电电价策略以及控制充电桩终端、调节变压负荷，所述充电电价策略还包括正常电价策略、波动电价策略、托管电价策略以及紧急电价策略，所述正常电价策略具体为：充电电价为常数a，即客户选择此模式时，无论任何时间段充电，电价均为a；所述波动电价策略：充电电价随变压负荷变化而变化，电价b＝mx+n，x为变压器负荷，m、n均为电价常数，根据供电企业策略而改变；所述托管电价策略：客户选择此充电方式即认为在满足保证计划用车前电动车充满电的前提下，完全接受供电公司负荷调度，自动将充电时间安排在低用电量时间段和低谷时间段，并享有更低的电价c；所述紧急电价策略：选择非托管电价策略的用户，在充电变压器负载高于90％时，会启动该电价策略，通过APP推送给用户，给出更加低廉的充电电价和充电时间段，引导用户更改充电计划，激励客户主动调整。

实施例四：

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统，包括互动系统主站、客户互动终端和充电桩终端，所述互动系统主站用于上层决策，结合运行工况和用户充电策略，给出有运行风险的变压器的电桩负荷的互动策略，所述客户互动终端具体为客户互动APP，所述客户互动APP用于客户与配网互动，上传用户充电策略、接受主站优惠政策并作出选择，所述充电桩终端接受并执行主站命令和策略，用于对充电桩进行精准的停送电操作，所述互动系统主站分别与充电桩终端和客户互动终端电信号连接，所述充电桩终端电信号连接有变压器和开关，所述变压器与开关电信号连接，所述开关与充电桩电信号连接，所述客户互动终端与充电桩均设有多个，所述客户互动APP运行在客户手机上，主要用于与客户进行配用电互动，且流程具体为：用户在APP上填写个人信息，车辆信息进行注册，用户在APP上查看目前的变压器同时充电车数量、在充电车数量，掌握变压器负载率，使用APP的二维码扫描功能，扫描充电桩上的二维码信息，获取充电桩终端的信息并上传主站，绑定此次充电的车辆，编制电动车计划充电时间、计划用车时间、选择适合自己的电价策略，在选择策略时参考历史用电电费，在变压器负载超过90％时，APP接受主站紧急电价策略并提示充电用户作出选择，在出现强制停电和故障停电时，也会给客户提示当前状态。

实施例五：

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统，包括互动系统主站、客户互动终端和充电桩终端，所述互动系统主站用于上层决策，结合运行工况和用户充电策略，给出有运行风险的变压器的电桩负荷的互动策略，所述客户互动终端具体为客户互动APP，所述客户互动APP用于客户与配网互动，上传用户充电策略、接受主站优惠政策并作出选择，所述充电桩终端接受并执行主站命令和策略，用于对充电桩进行精准的停送电操作，所述互动系统主站分别与充电桩终端和客户互动终端电信号连接，所述充电桩终端电信号连接有变压器和开关，所述变压器与开关电信号连接，所述开关与充电桩电信号连接，所述客户互动终端与充电桩均设有多个，所述充电桩终端具体为集配电变压器电流采集、就地化分析决策、主站通信及开关控制功能于一体的智能化终端设备；所述充电桩终端由CPU处理器、AC/DC模块、远程通信模块和本地通信模块、电源模块、超级电容、开关量采集模块以及输出IO模块构成；所述CPU处理器分别与远程通信模块、本地通信模块、AC/DC模块、输出IO模块、电源模块以及开关量采集模块电信号连接，所述超级电容与电源模块电性连接，终端根据应用功能可分为主控终端和支路终端，通过软件设置，主控终端主要用于采集变压器低压总出线电流、与支路终端和主站通信、判断变压器运行情况、接受主站指令下发分合闸命令给支路终端等，支路终端用于采集每个充电桩支路电流和分合闸状态并上传给总控终端，接受总控终端分合闸指令并执行，每个总控终端可匹配多个支路终端，最多20个，终端适用运行环境温度为-25℃～55℃，湿度为10％～100％；能在海拔0～4000米的范围内正常工作；使用交流单相AC220V,50Hz供电，允许偏差：-20％～+20％；采用超级电容作为后备电源，并集成于终端内部，当终端主电源故障时，超级电容能自动无缝投入，并应维持终端及终端通信模块正常工作至少3分钟，具备三次上报数据至主站的能力；具备1路无线公网远程通信接口，2个RS-232/RS-485可切换串口、1个电力线载波通信接口/微功率无线通信接口，1路以太网作为本地调试通信接口；具备2路开关量输入接口，采用无源节点输入，SOE分辨率不大于100毫秒，软件防抖动时间100～1000毫秒可设；具备3路电流量采集接口，电流：0～6A；频率：45Hz～55Hz，测量精度等级宜达到0.5S级；具备1路24/48V开关量输出，可实现1路分合闸控制。

工作原理：电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统的应用方法，包括以下步骤：

S1、系统的充电桩控制器通过采集变压器低压总电流，结合变压器容量判断其当前运行状态并上传主站；

S2、主站正常接受变压器其运行状态和用户选择的电价策略、用车计划；

S3、当其有重过载风险和在用电高峰期时，主站下发给对应客户APP的紧急电价策略，用户根据策略和自己的用车计划选择是否执行；

S4，互动策略子模块根据用户在APP上的选择策略的结果，下发具体控制方案给充电桩控制器，控制器执行相应策略，分合闸相应充电桩，实现电动汽车用户的分时充电，变压运行工况发生相应改变，工况被采集到数据，再次执行S1到S4过程。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统，其特征在于，包括：

互动系统主站，所述互动系统主站还包括：数据处理服务子模块和互动策略子模块；所述互动系统主站电信号连接有数据处理服务子模块和互动策略子模块，所述互动策略子模块与数据处理服务子模块电信号连接，所述互动策略子模块与充电桩控制器电信号连接，所述互动策略子模块与客户互动终端电信号连接，所述客户互动终端与数据处理服务子模块电信号连接；所述数据处理服务子模块用于接受充电桩终端上传的充电桩运行电流数据、客户互动APP上传的客户选择的充电策略并进行基础数据校核与研判以及变压器运行工况的判断，所述互动策略子模块用于制定和下发充电电价策略以及控制充电桩终端、调节变压负荷；

其中，所述充电电价策略还包括：正常电价策略、波动电价策略、托管电价策略和紧急电价策略；所述正常电价策略具体为：充电电价为常数a，即客户选择此模式时，无论任何时间段充电，电价均为a；所述波动电价策略：充电电价随变压负荷变化而变化，电价b＝mx+n，x为变压器负荷，m、n均为电价常数，根据供电企业策略而改变；所述托管电价策略：客户选择此充电方式即认为在满足保证计划用车前电动车充满电的前提下，完全接受供电公司负荷调度，自动将充电时间安排在低用电量时间段和低谷时间段，并享有更低的电价c；所述紧急电价策略：选择非托管电价策略的用户，在充电变压器负载高于90％时，会启动该电价策略，通过APP推送给用户，给出更加低廉的充电电价和充电时间段，引导用户更改充电计划，激励客户主动调整；

客户互动终端；

充电桩终端；

所述互动系统主站分别与充电桩终端和客户互动终端电信号连接，所述充电桩终端电信号连接有变压器和开关，所述变压器与开关电信号连接，所述开关与充电桩电信号连接，所述客户互动终端与充电桩均设有多个；

所述互动系统主站用于上层决策，结合运行工况和用户充电策略，给出有运行风险的变压器的电桩负荷的互动策略；

所述客户互动终端具体为客户互动APP，所述客户互动APP用于客户与配网互动，上传用户充电策略、接受主站优惠政策并作出选择；

所述充电桩终端接受并执行主站命令和策略，用于对充电桩进行精准的停送电操作。

2.根据权利要求1所述的电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统，其特征在于：所述互动系统主站运行在主控服务器上，且用于接受和存储数据、基础数据处理、制定运行策略的功能，所述主控服务器由硬件和模块构成。

3.根据权利要求2所述的电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统，其特征在于：所述硬件还包括：

SR650主机；

C32JG50显示屏；

所述主控服务器通过螺丝固定连接有SR650主机、C32JG50显示屏、连接线以及输入输出设备。

4.根据权利要求1所述的电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统，其特征在于：所述数据处理 服务子模块还包括：

读入子模块；

发送子模块；

所述数据处理服务子模块电信号连接有读入子模块、发送子模块、缓存子模块和校核子模块。

5.根据权利要求1所述的电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统，其特征在于：所述客户互动APP运行在客户手机上，主要用于与客户进行配用电互动，且流程具体为：

用户在APP上填写个人信息，车辆信息进行注册，用户在APP上查看目前的变压器同时充电车数量、在充电车数量，掌握变压器负载率，使用APP的二维码扫描功能，扫描充电桩上的二维码信息，获取充电桩终端的信息并上传主站，绑定此次充电的车辆，编制电动车计划充电时间、计划用车时间、选择适合自己的电价策略，在选择策略时参考历史用电电费，在变压器负载超过90％时，APP接受主站紧急电价策略并提示充电用户作出选择，在出现强制停电和故障停电时，也会给客户提示当前状态。

6.根据权利要求1所述的电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统，其特征在于：所述充电桩终端具体为集配电变压器电流采集、就地化分析决策、主站通信及开关控制功能于一体的智能化终端设备；

所述充电桩终端由CPU处理器、AC/DC模块、远程通信模块和本地通信模块、电源模块、超级电容、开关量采集模块以及输出IO模块构成；

所述CPU处理器分别与远程通信模块、本地通信模块、AC/DC模块、输出IO模块、电源模块以及开关量采集模块电信号连接，所述超级电容与电源模块电性连接。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的电动汽车充换电桩负荷互动式控制系统的应用方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、系统的充电桩控制器通过采集变压器低压总电流，结合变压器容量判断其当前运行状态并上传主站；

S2、主站正常接受变压器其运行状态和用户选择的电价策略、用车计划；

S3、当其有重过载风险和在用电高峰期时，主站下发给对应客户APP的紧急电价策略，用户根据策略和自己的用车计划选择是否执行；

S4，互动策略子模块根据用户在APP上的选择策略的结果，下发具体控制方案给充电桩控制器，控制器执行相应策略，分合闸相应充电桩，实现电动汽车用户的分时充电，变压运行工况发生相应改变，工况被采集到数据，再次执行S1到S4过程。

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