CN112874369A - 一种充电管理系统的充电与供能优化方法及装置 - Google Patents

一种充电管理系统的充电与供能优化方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及充电管理技术领域，公开了一种充电管理系统的充电与供能优化方法及装置，包括：获取充电站电能供能变配电信息、充电设施能力信息、充电终端输出信息以及电动汽车充电需求信息，并确定充电站充电设施系统的充电能力、供电能力与实际充电容量，根据预先训练的深度学习时间序列预测算法模型获得模型输出结果，结合充电站充电设施系统的实际充电容量以及待充电电动汽车的充电需求量，生成充电功率分配指令，对各充电设施进行电能分配。本发明提供的充电管理系统的充电与供能优化方法及装置，利用深度学习建立持续优化的管理控制模型，优化充电设施的供能与充电能力资源，提高利用效率。

Description

一种充电管理系统的充电与供能优化方法及装置
技术领域
本发明涉及充电管理技术领域，特别涉及一种充电管理系统的充电与供能优化方法及装置。
背景技术
电动汽车充电桩作为一项重要的基础设施，关乎着车辆的用车体验，随着新能源汽车保有量的增加和续航里程的提升，对于充电桩的需求量也在逐渐增多，人们日益看重充电基础设施的建设和发展。现有充电设施数量多，充电容量大，但充电设施一旦建成，充电输出接口和停车位是相对固定的，同时还受到接入的供电能力的影响。由于被充电电动汽车的流动性，充电设施所连接的被充电电动汽车的数量，需要充电的时间以及所需充电容量均不确定，经常会出现高峰时段车找桩困难，车辆需排队充电且等候时间长，低峰时段又会出现充电设施闲置、利用率不高的现象；有时，还会出现即使充电设施满充电输出工作，由于存在充电过程功率需求曲线的因素，受充电枪与停车位的限制，高峰时段也会出现充电设施能力富裕，而被迫车等位的现象。
现有的充电设施管理系统不具备充电供需预测能力，仅靠人工结合实际充电使用而调整，效率低且车辆充电过程中矛盾突出，无法实现充电设施的充电输出与用电供能效率的最大化。
发明内容
本发明的目的旨在解决现有技术的缺陷，提供一种充电管理系统的充电与供能优化方法及装置，利用深度学习建立持续优化的管理控制模型，优化充电设施的供能与充电能力资源，提高利用效率。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种充电管理系统的充电与供能优化方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，获取充电站电能供能变配电信息、充电设施能力信息、充电终端输出信息以及电动汽车充电需求信息；
S2，根据所述充电站电能供能变配电信息、充电设施能力信息、充电终端输出信息以及电动汽车充电需求信息确定充电站充电设施系统的充电能力、供电能力与实际充电容量；
S3，将所述充电能力、供电能力与实际充电容量输入至预先训练的深度学习时间序列预测算法模型，并获得模型输出结果；
S4，根据所述模型输出结果和充电站充电设施的实际充电容量以及待充电电动汽车的充电需求量，生成充电功率分配指令；
S5，根据所述充电功率分配指令对各充电设施进行电能分配，并通过充电设施上设置的充电终端对电动汽车进行充电。
通过采用上述技术方案，本发明提供的充电管理系统包括充电能力执行管理单元和充电能力训练优化单元，充电能力训练优化单元通过对初始的机器学习模型进行训练、测试和验证，形成预先训练的深度学习时间序列预测算法模型，在具体的电动汽车充电应用场景中，将实时采集的数据输入至深度学习时间序列预测算法模型中，根据模型输出结果，并结合充电设施的实际充电容量以及待充电电动汽车的充电需求，生成充电功率分配指令并发送至充电能力执行管理单元，由充电能力执行管理单元根据实际需求实时调整充电设施系统的供能与充电比例，使充电终端的输出量在最佳满足电动汽车的充电需求下，实现充电输出与用电供能效率的最大化；同时，在使用深度学习时间序列预测算法模型的过程中，结合实际的充电应用场景，对模型进行不断地训练、测试、验证和优化，从而使充电设施及相应的供电效率持续优化。本发明提供的充电管理系统的充电与供能优化方法是利用AI深度学习建立持续优化的管理控制模型，形成优化的充电系统能量控制供需平衡、最佳充电终端利用的控制模型输出，从而实现充电设施系统的充电与用电效率最大化。
本发明的进一步设置为：在所述S1，获取充电站电能供能变配电信息、充电设施能力信息、充电终端输出信息以及电动汽车充电需求信息的步骤之前，所述方法还包括：
S01，选择机器学习预模型，并设定模型中与充电容量相关的初始阈值和功能矩阵，建立充电与供能优化时序预测关系模型；
S02，设置充电终端特征参数，并获取被充电电动汽车动力电池充电过程功率需求变化曲线，建立充电工作状态特征时序预测关系；
S03，获取电动汽车的充电需求信息、充电设施的充电工作信息、供电信息以及环境信息，创建特征数据库；
S04，将所述特征数据库中的数据输入至所述充电与供能优化时序预测关系模型中，结合所述充电工作状态特征时序预测关系，对所述充电与供能优化时序预测关系模型进行训练优化，获得预先训练的深度学习时间序列预测算法模型。
本发明的进一步设置为：所述S04，将所述特征数据库中的数据输入至所述充电与供能优化时序预测关系模型中，结合所述充电工作状态特征时序预测关系，对所述充电与供能优化时序预测关系模型进行训练优化，获得预先训练的深度学习时间序列预测算法模型的步骤之后，所述方法还包括：
S05，在所述深度学习时间序列预测算法模型下对目标控制量进行比较、预测和优化控制，根据比较值，进行模型训练与数据输出；
S06，累积一定的充电与供能数值，将采集的实时数据输入特征数据库，结合充电站与被充电电动汽车的应用场景特征，充实模型学习训练的数据集；
S07，根据累积的数据集进行模型学习训练与数值分析，根据数值分析结果输出比较值，结合充电终端的充电状态与电动汽车的需求信息，控制充电终端的使用；
S08，形成优化的充电系统能量控制供需平衡的控制模型输出。
本发明的进一步设置为：所述S05，在所述深度学习时间序列预测算法模型下对目标控制量进行比较、预测和优化控制，根据比较值，进行模型训练与数据输出的步骤具体包括：
输入各充电终端实时接入的电动汽车信息、充电能力、供电能力以及实际充电容量至所述预先训练的深度学习时间序列预测算法模型；
计算总充电容量并与预定阈值进行对比，同时比较各充电终端的实际充电容量与充电终端的额定输出能力以及被充电电动汽车的充电需求的差值，根据比较值进行模型训练与数据输出；
当接收到新电动汽车的充电需求时，根据数据输出结果，结合充电站充电设施的实际充电容量、充电终端的充电状态与电动汽车的需求信息，输出充电功率分配指令，执行能量控制输出子流程，控制充电终端的使用；
当未接收到新电动汽车的充电需求时，返回执行所述获取电动汽车的充电需求信息、充电设施的充电工作信息、供电信息以及环境信息，创建特征数据库的步骤。
本发明的进一步设置为：所述S07，根据累积的数据集进行模型学习训练与数值分析，根据数值分析结果输出比较值，结合充电终端的充电状态与电动汽车的需求信息，控制充电终端的使用的步骤具体包括：
当接收到新电动汽车的充电需求时，根据输出比较值，结合充电站充电设施的实际充电容量、充电终端的充电状态与电动汽车的需求信息，输出充电功率分配指令，执行能量控制输出子流程，控制充电终端的使用；
当未接收到新电动汽车的充电需求时，返回执行所述获取电动汽车的充电需求信息、充电设施的充电工作信息、供电信息以及环境信息，创建特征数据库的步骤。
本发明的进一步设置为：所述能量控制输出子流程的步骤包括：
接收充电功率分配指令；
接收新电动汽车的充电需求，并按照需求时序定义优先级；
检测充电终端的工作状态；
当充电终端处于空闲状态时，按照优先级接入新电动汽车，对新电动汽车进行充电并实时监控充电状态，同时将充电能量使用信息反馈至数据库；
当充电终端处于非空闲状态时，比较系统内电能供能是否富余；
当系统内电能供能有富余时，结合被充电电动汽车动力电池充电过程功率需求变化曲线，找到处于均充状态的被充电电动汽车以及相对应的充电终端，控制充电终端和被充电电动汽车停止充电，按照优先级接入新的电动汽车，对新电动汽车进行充电并实时监控充电状态，同时将充电能量使用信息反馈至数据库；
当系统内电能供能没有富余时，结合被充电电动汽车动力电池充电过程功率需求变化曲线，找到处于均充状态的被充电电动汽车以及相对应的充电终端，控制充电终端和被充电电动汽车停止充电，接入新的电动汽车并开始充电，同时调整其他充电终端的充电容量，按照优先级满足新电动汽车的充电需求并实时监控充电状态与能量补给调整，并将充电能量使用信息反馈至数据库。
本发明的进一步设置为：所述S08，形成优化的充电系统能量控制供需平衡的控制模型输出的步骤之后，所述方法还包括：
S09，训练形成的充电系统能量控制供需平衡的控制模型输出并保存后，在此基础上每隔预设时间周期进行一次机器学习训练，优化充电系统能量控制供需平衡的控制模型。
本发明的进一步设置为：所述与充电容量相关的初始阈值包括：充电系统电能供能变配电站最大供电能力、充电设施的总额定充电能力、各充电设施额定充电容量及其充电终端的数量和位置信息。
本发明的进一步设置为：所述电动汽车的充电需求信息、充电设施的充电工作信息、供电信息以及环境信息具体包括：充电设施工作信息状态参数、被充电电动汽车车辆数量及车型参数、被充电电动汽车充电需求参数、供电能力参数、环境状态参数、工作状态场景数据以及人机交互控制参数。
此外，本发明还提供一种充电管理系统的充电与供能优化装置，所述装置包括：
数据采集模块，用于获取充电站电能供能变配电信息、充电设施能力信息、充电终端输出信息以及电动汽车充电需求信息；
数据管理模块，用于根据所述充电站电能供能变配电信息、充电设施能力信息、充电终端输出信息以及电动汽车充电需求信息确定充电站充电设施系统的充电能力、供电能力与实际充电容量；
数据存储模块，用于存储所述电站电能供能变配电信息、充电设施能力信息、充电终端输出信息以及电动汽车充电需求信息；
数据训练和输出模块，用于将所述充电能力、供电能力与实际充电容量输入至预先训练的深度学习时间序列预测算法模型，并获得模型输出结果，根据所述模型输出结果和充电站充电设施系统的实际充电容量以及待充电电动汽车的充电需求量，生成充电功率分配指令；
充电能力管理执行单元，用于根据所述充电功率分配指令对各充电设施进行电能分配，并通过充电设施上设置的充电终端对电动汽车进行充电。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的充电与供能优化方法，实现本充电站在最佳满足电动汽车的充电需求下，实现充电输出与用电供能效率的最大化，使充电设施及相应的供电效率持续优化，利用AI深度学习建立持续优化的管理控制模型，实现充电设施系统的充电与用电效率最大化。
2、在具体的电动汽车充电应用场景中，将实时采集的数据输入至深度学习时间序列预测算法模型中，根据模型输出结果，并结合充电设施的实际充电容量以及待充电电动汽车的充电需求，生成充电功率分配指令并根据实际需求实时调整充电设施系统的供能与充电比例，使充电终端的输出量在最佳满足电动汽车的充电需求下，实现充电输出与用电供能效率的最大化；同时，在使用深度学习时间序列预测算法模型的过程中，结合实际的充电应用场景，对模型进行不断地训练、测试、验证和优化，从而使充电设施及相应的供电效率持续优化。
3、在对模型进行训练前，需要收集大量的历史数据和实时数据，创建特征数据库，通过特征数据库中的数据对模型进行反复地训练、验证和优化，关联数据用于计算电动汽车充电需求量、充电设备的实时充电量于充电站电能的供电量，参与学习训练不断优化系统充电电能管理模块，并预测各充电终端充电需求与响应能力，对各充电终端的充电能力与被充电电动汽车动力电池充电过程功率需求曲线进行实时对比，以最优实时响应充电需求和控制充电能力。
4、深度学习时间序列预测算法模型形成后，可以结合实际的充电应用场景，不断地通过输入实时的数值去训练、验证并优化模型，从而形成优化的充电系统能量控制供需平衡的控制模型输出，使得充电与供能优化方法是在持续优化的，根据实际情况灵活调整改变，实现充电设施系统的充电与用电效率最大化。
5、在充电需求多而充电终端不足的资源矛盾下，可通过本系统进行优化调度，从而提高充电设施、供配电与充电终端、待充电电动汽车之间的供需适配性，从而为本系统的资源动态优化实施提供了空间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种充电管理系统的充电与供能优化方法的流程示意图；
图2是本发明一种充电管理系统的充电与供能优化方法的深度学习模型实施步骤示意图；
图3是本发明一种充电管理系统的能量控制输出子流程示意图；
图4是本发明一种充电管理系统的充电与供能优化装置的结构示意图；
图5是本发明充电终端被充电电动汽车动力电池充电过程功率需求变化曲线图。
图中，1、数据管理模块；2、数据采集模块；3、数据存储模块；4、数据训练和输出模块；5、人机交互调度模块；6、通讯模块；7、云服务器；8、充电能力管理执行单元；9、充电能力训练优化单元。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
参见图1，本发明提供一种充电管理系统的充电与供能优化方法，包括：
步骤S1，获取充电站电能供能变配电信息、充电设施能力信息、充电终端输出信息以及电动汽车充电需求信息；
步骤S2，根据充电站电能供能变配电信息、充电设施能力信息、充电终端输出信息以及电动汽车充电需求信息确定充电站充电设施系统的充电能力、供电能力与实际充电容量；
步骤S3，将充电能力、供电能力与实际充电容量输入至预先训练的深度学习时间序列预测算法模型，并获得模型输出结果；
步骤S4，根据模型输出结果和充电站充电设施的实际充电容量以及待充电电动汽车的充电需求量，生成充电功率分配指令；
步骤S5，根据充电功率分配指令对各充电设施进行电能分配，并通过充电设施上设置的充电终端对电动汽车进行充电。
需要说明的是，本发明提供的充电管理系统包括充电能力执行管理单元8和充电能力训练优化单元9，充电能力训练优化单元9通过对初始的机器学习模型进行训练、测试和验证，形成预先训练的深度学习时间序列预测算法模型，在具体的电动汽车充电应用场景中，将实时采集的数据输入至深度学习时间序列预测算法模型中，根据模型输出结果，并结合充电设施的实际充电容量以及待充电电动汽车的充电需求，生成充电功率分配指令并发送至充电能力执行管理单元8，由充电能力执行管理单元8根据实际需求实时调整充电设施系统的供能与充电比例，使充电终端的输出量在最佳满足电动汽车的充电需求下，实现充电输出与用电供能效率的最大化；同时，在使用深度学习时间序列预测算法模型的过程中，结合实际的充电应用场景，对模型进行不断地训练、测试、验证和优化，从而使充电设施及相应的供电效率持续优化。
需要说明的是，充电设施系统的充电能力为所有充电设施的额定功率之和，充电设施系统的供电能力为充电站供能变配电变压器额定容量减去电网内其他设备用电功率后所能提供的最大输出容量，设定充电能力为∑P，供电能力为∑Q，实际充电容量为∑S，单个充电设施的额定功率为P，充电设施的数量为m，每个充电设施上设置的充电终端数量为n，可以得到：
∑P＝P1+P2+…+Pm
∑Q≧∑S
其中，充电设施的输出功率Pm≧Sm1+Sm2+…+Smn，Sm为充电终端的实际充电功率，与被充电电动汽车直接相关联，没有接入电动汽车时其值为0。充电终端的最大输出功率小于或等于电动汽车的最大受电容量，受电动汽车内电池充电管理系统的控制，同时受本系统供电能力的控制。
充电机实际输出功率Pn＝Sn，充电时实际所需的功率，除受被充电电动汽车动力容量、环境温度的影响很大外，更受充电电动汽车动力电池自身的荷电动态SOC等影响。根据被充电电动汽车动力电池充电过程的变化产生的功率需求曲线可以得知，当被充电电动汽车动力电池达到一定容量时，进入需要较长时间的低电流匀充阶段，此时如果∑Q富余，即使充电设施不足，一旦接收到新电动汽车的充电需求，应选择性控制充电终端，发出充电完成指令，以接入新的充电需求，从而对新电动汽车进行充电并实时监控充电状态。
本发明提供的充电管理系统的充电与供能优化方法是利用AI深度学习建立持续优化的管理控制模型，形成优化的充电系统能量控制供需平衡、最佳充电终端利用的控制模型输出，从而实现充电设施系统的充电与用电效率最大化。
具体的，结合附图4，本发明的充电管理系统包括充电能力执行管理单元8、充电能力训练优化单元9和云服务器7，充电能力执行管理单元8包括供能变配电站、充电设施分配控制模块以及若干个充电设施，充电设施设置有若干个充电终端，充电设施均与充电设施分配控制模块连接，充电设施分配控制模块连接至供能变配电站，充电设施分配控制模块用于接收充电能力训练优化单元发送的充电功率分配指令，并根据充电功率分配指令控制电能分配至充电设施；充电设施用于将电能转换成待充电电动汽车所需的工作电源，通过充电终端对待充电电动汽车进行直流快速充电或交流慢充。
充电能力训练优化单元9包括数据管理模块1、数据采集模块2、数据存储模块3、数据训练和输出模块4，数据采集模块2、数据存储模块3以及数据训练和输出模块4均通过数据管理模块1与充电设施分配控制模块连接，充电能力训练优化单元9还包括人机交互调度模块5和通讯模块6，人机交互调度模块9分别与数据管理模块1和通讯模块6连接，通讯模块6与数据训练和输出模块4连接。
云服务器7支持系统级的综合管理，通过通讯接口的共同协议支持数据信息的远程共享、收集处理、互用与调度，作为充电能力训练优化单元8数据管理中心的外延与局域网联管理与共享扩展，并可接受AI训练环境及模型的迁移、置入，更好地发挥大数据下人工智能技术的优势进行输出控制模型的训练与验证，从而优化局域多站充电管理系统下的数据共享与机器深度学习，实现各系统充电能力资源的互补与优化，实现局域内充电设施系统的充电与用电效率最大化。
参见图2，在步骤S1，获取充电站电能供能变配电信息、充电设施能力信息、充电终端输出信息以及电动汽车充电需求信息的步骤之前，方法还包括：
步骤S01，选择机器学习预模型，并设定模型中与充电容量相关的初始阈值和功能矩阵，建立充电与供能优化时序预测关系模型；
步骤S02，设置充电终端特征参数，并获取被充电电动汽车动力电池充电过程功率需求变化曲线，建立充电工作状态特征时序预测关系；
步骤S03，获取电动汽车的充电需求信息、充电设施的充电工作信息、供电信息以及环境信息，创建特征数据库；
步骤S04，将特征数据库中的数据输入至充电与供能优化时序预测关系模型中，结合充电工作状态特征时序预测关系，对充电与供能优化时序预测关系模型进行训练优化，获得预先训练的深度学习时间序列预测算法模型。
应理解的是，在使用预先训练的深度学习时间序列预测算法模型之前，需要先建立模型并对模型进行训练验证，首先是选择机器学习预模型，并设定模型中与充电容量相关的初始阈值和功能矩阵，建立充电与供能优化时序预测关系模型，在选择机器学习预模型时，需要结合应用场景进行选择，初始模型选定后，输入具体的充电系统中与充电容量相关的初始阈值，包括充电系统电能供能变配电站最大供电能力、充电设施系统的总额定充电能力、各充电设施额定充电容量及其充电终端的数量、位置信息，用于动态分析与处理充电系统的充电与供能能力，明确应用场景的状态特征。
充电与供能优化时序预测关系建立后，还需要建立充电工作状态特征时序预测关系，具体包括：设置各充电终端的充电容量与时间的对应关系为主变量，用于对应和响应电动汽车的充电需求，并对进入充电状态的电动汽车与充电终端建立一一对应的时间序列预测关系趋势，需要说明的是，被充电电动汽车动力电池充电过程功率需求变化曲线可以来源于历史数据库，也可以来源于被充电电动汽车的电池管理系统BMS，通过移动APP或互联网服务器或充电终端读取被充电电动汽车的电池管理系统BMS，即可获取到被充电电动汽车动力电池充电过程功率需求变化曲线，用于充电终端于被充电电动汽车实时充电能量状态的监督学习，并提高能量适配控制的准确性。
如图5所示，现有的电动汽车动力电池大多采用锂离子电池，充电过程所需时间很长。充电终端功率一般选配能满足电动汽车充电所需的最大额定功率，这样可保证当被充电电动汽车需要最大容量充电时，充电终端能提供相应的电能。动力电池所需充电容量同时受电池的剩余容量影响，也即动力电池自身的荷电动态SOC(动力电池剩余电量百分比)，剩余容量占电池容量的比值，当SOC＝1时为电池完全充满，当SOC＝0时表示电池放电完全，这种情况对动力电池的损害极大，实际应用中当SOC小于50％时即应充电补电，图5(a)是常温下动力电池的典型不同SOC下充电电流曲线图。随着动力电池充电过程的变化，充电机输出功率也发生相应的变化，图5(b)反应了充电终端实际输出功率随动力充电过程变化的曲线。
通过图5所给出的本实施例电动汽车动力电池充电容量与SOC的关系曲线可看出，当电动汽车动力电池容量达到90％的额定容量时，所需充电功率将快速减小，对应的用充电时间来表征为：本实施例的电动汽车动力电池容量完全充满需要250-300min，但实际只有开始充电的150min左右需要接近满功率快速充电，将达到电动汽车额定容量的90％，其余的时间充电终端实际输出容量逐渐变低。也就是说，一辆电动汽车要完全充满至额定容量，在充电终端富余的情况下，系统可提供支持，在充电需求多而充电终端不足的资源矛盾下，可通过本系统进行优化调度，从而提高充电设施、供配电与充电终端、待充电电动汽车之间的供需适配性，从而为本系统的资源动态优化实施提供了空间。
在对模型进行训练前，还需要收集大量的历史数据和实时数据，创建特征数据库，也就是模型训练的数据集，通过特征数据库中的数据对模型进行反复地训练、验证和优化，通过数据采集模块2采集数据，经过数据管理模块1处理后进入数据存储模块3进行存储，为数据训练和输出模块4提供历史和实时数据，对初始建立的充电与供能优化时序预测关系模型进行训练优化，相关采集参数包括充电设施工作信息状态参数、被充电电动汽车车辆数量及车型参数、被充电电动汽车充电需求参数、供电能力参数、环境状态参数、工作状态场景数据以及人机交互控制参数，关联数据用于计算电动汽车充电需求量、充电设备的实时充电量于充电站电能的供电量，参与学习训练不断优化系统充电电能管理模块，并预测各充电终端充电需求与响应能力，对各充电终端的充电能力与被充电电动汽车动力电池充电过程功率需求曲线进行实时对比，以最优实时响应充电需求和控制充电能力。
需要说明的是，在创建特征数据库时，包括训练集和测试集，初期设置90％为训练数据和10％为测试数据，随着数据的不断增多，调整95％为训练数据和5％为测试数据，为机器学习优化输出模型作准备。具体如以基于过去两年收集的充电数据，以小时充电数据为基本时间序列单元，分成两组数据：90％为训练数据集和10％为测试数据集，对过往数据做历史性分析后，做出时间序列预测、建模，再用测试数据做检验调整控制误差，可以很好的管理如季节环境变化造成的电动汽车充电负荷波动的影响。
参见图2，步骤S04，将特征数据库中的数据输入至充电与供能优化时序预测关系模型中，结合充电工作状态特征时序预测关系，对充电与供能优化时序预测关系模型进行训练优化，获得预先训练的深度学习时间序列预测算法模型的步骤之后，方法还包括：
步骤S05，在深度学习时间序列预测算法模型下对目标控制量进行比较、预测和优化控制，根据比较值，进行模型训练与数据输出；
步骤S06，累积一定的充电与供能数值，将采集的实时数据输入特征数据库，结合充电站与被充电电动汽车的应用场景特征，充实模型学习训练的数据集；
步骤S07，根据累积的数据集进行模型学习训练与数值分析，根据数值分析结果输出比较值，结合充电终端的充电状态与电动汽车的需求信息，控制充电终端的使用；
步骤S08，形成优化的充电系统能量控制供需平衡的控制模型输出。
应理解的是，深度学习时间序列预测算法模型形成后，还需要结合实际的充电应用场景，不断地通过输入实时的数值去训练、验证并优化模型，从而形成优化的充电系统能量控制供需平衡的控制模型输出，使得充电与供能优化方法是在持续优化的，根据实际情况灵活调整改变，实现充电设施系统的充电与用电效率最大化。
需要说明的是，在累积一定的充电与供能数值时，可根据不同场景或用户要求设置的算法，进入学习训练与数值分析，根据充电站与被充电电动汽车的应用场景特征，定期结合大量数据的采集，充实历史数据库与实时数据库，丰富机器学习的数据面，可采用的充电与供能时间序列预测算法构架模型包括自回归模型、LSTM模型等进行深度学习优化算法模型，提供更适合应用场景充电与供能需求关系的趋势预测，以适应不同充电系统之间的供需能力协调，达到更佳的供需平衡。
具体的，步骤S05，在深度学习时间序列预测算法模型下对目标控制量进行比较、预测和优化控制，根据比较值，进行模型训练与数据输出的步骤具体包括：
输入各充电终端实时接入的电动汽车信息、充电能力、供电能力以及实际充电容量至预先训练的深度学习时间序列预测算法模型；
计算总充电容量并与预定阈值进行对比，同时比较各充电终端的实际充电容量与充电终端的额定输出能力以及被充电电动汽车的充电需求的差值，根据比较值进行模型训练与数据输出；
当接收到新电动汽车的充电需求时，根据数据输出结果，结合充电站充电设施的实际充电容量、充电终端的充电状态与电动汽车的需求信息，输出充电功率分配指令，执行能量控制输出子流程，控制充电终端的使用；
当未接收到新电动汽车的充电需求时，返回执行获取电动汽车的充电需求信息、充电设施的充电工作信息、供电信息以及环境信息，创建特征数据库的步骤。
应理解的是，目标控制量为充电与供能之间的关系，在深度学习时间序列预测算法模型下，输入经过处理的实时数据，得到模型的输出结果，并根据模型输出结果，输出充电功率分配指令或继续对模型进行训练优化，将模型应用到实际的充电场景中，并在实际的充电场景中进行训练优化，从而提供更适合应用场景充电与供能需求关系的趋势预测，达到最佳的供需平衡，当需要响应或接收到新电动汽车的充电需求时，通过充电能力训练优化管理单元的输出指令给充电能力执行电能管理单元，执行能量控制输出子流程，控制充电终端的使用，满足新电动汽车的充电需求，同时提高充电终端的利用率，避免充电终端闲置或系统内富余的电能浪费。
具体的，步骤S07，根据累积的数据集进行模型学习训练与数值分析，根据数值分析结果输出比较值，结合充电终端的充电状态与电动汽车的需求信息，控制充电终端的使用的步骤具体包括：
当接收到新电动汽车的充电需求时，根据输出比较值，结合充电站充电设施的实际充电容量、充电终端的充电状态与电动汽车的需求信息，输出充电功率分配指令，执行能量控制输出子流程，控制充电终端的使用；
当未接收到新电动汽车的充电需求时，返回执行获取电动汽车的充电需求信息、充电设施的充电工作信息、供电信息以及环境信息，创建特征数据库的步骤。
应理解的是，在根据累积的数据集进行模型学习训练与数值分析的过程中，系统也会结合实际的充电需求作出响应，根据数值分析结果输出比较值，控制充电能力执行电能管理单元充电终端的使用，根据输出指令，结合电动汽车的需求信息判断充电终端的使用，如此时的输出比较值控制系统需要响应或接收新电动汽车的充电需求，即通过充电能力训练优化管理单元的输出指令给充电能力执行电能管理单元，执行能量控制输出子流程，控制充电终端的使用，满足新电动汽车的充电需求，同时提高充电终端的利用率，避免充电终端闲置或系统内富余的电能浪费。
参见图3，能量控制输出子流程的步骤包括：
接收充电功率分配指令；
接收新电动汽车的充电需求，并按照需求时序定义优先级；
检测充电终端的工作状态；
当充电终端处于空闲状态时，按照优先级接入新电动汽车，对新电动汽车进行充电并实时监控充电状态，同时将充电能量使用信息反馈至数据库；
当充电终端处于非空闲状态时，比较系统内电能供能是否富余；
当系统内电能供能有富余时，结合被充电电动汽车动力电池充电过程功率需求变化曲线，找到处于均充状态的被充电电动汽车以及相对应的充电终端，控制充电终端和被充电电动汽车停止充电，按照优先级接入新的电动汽车，对新电动汽车进行充电并实时监控充电状态，同时将充电能量使用信息反馈至数据库；
当系统内电能供能没有富余时，结合被充电电动汽车动力电池充电过程功率需求变化曲线，找到处于均充状态的被充电电动汽车以及相对应的充电终端，控制充电终端和被充电电动汽车停止充电，接入新的电动汽车并开始充电，同时调整其他充电终端的充电容量，按照优先级满足新电动汽车的充电需求并实时监控充电状态与能量补给调整，并将充电能量使用信息反馈至数据库。
需要说明的是，能量控制输出子流程是根据充电数据管理中心数值分析的输出结果，结合充电终端的充电状态与电动汽车的充电需求判断并控制充电终端的使用。数据训练和输出模块输出指令后，能量优化调度输出控制过程具体为：数据训练和输出模块4在输出指令的同时，充电能力执行管理单元8的充电设施分配控制模块也在时刻监控系统各充电终端的能量使用情况，一旦通过移动APP或互联网服务器或人机交互调度模块5等接收到新电动汽车的充电需求时，按需求时序定义优先级，并在系统内进行判断按识别与调度。
当充电终端有空闲时，充电设施分配控制模块即安排新待充电电动汽车接入，系统结合电能供能变配电站可用的总功率、实际使用功率以及供给分配最大充电容量对接入的新电动汽车进行充电，并实时监控充电状态，同时将新接入的充电终端与电动汽车的相关信息反馈至数据采集模块，进入大数据库。
当充电终端没有空闲时，充电设施分配控制模块判断系统内电能供能是否有富余，如果系统内电能供能有富余，找出各充电终端实时充电功率小于最大充电容量90％的对应接入的电动汽车，控制中心可结合图5中的被充电电动汽车动力电池充电过程功率需求变化曲线，判断其被充电电动汽车是否处于均充状态，如果已处于均充状态，可以优先停止充电，从而提高充电终端的利用率，控制该充电终端及其对应的电动汽车停止充电，同时接入新的被充电电动汽车，按照优先级以额定容量快充并实时监控充电状态；同时将充电终端与新接入电动汽车的相关信息反馈至数据采集模块，进入大数据库。
当充电终端没有空闲时，充电设施分配控制模块判断系统内电能供能是否有富余，如果系统内电能供能没有富余，找出各充电终端实时充电功率小于最大充电容量90％的对应接入的电动汽车，控制中心可结合图5中的被充电电动汽车动力电池充电过程功率需求变化曲线，判断其被充电电动汽车是否处于均充状态，如果已处于均充状态，可以优先停止充电，从而提高充电终端的利用率，控制该充电终端及其对应的电动汽车停止充电，接入新的被充电电动汽车并开始充电，同时通过充电设施分配控制模块调整其它被充电电动汽车充电容量正处于大幅下降的充电终端的充电容量，通过网内相关输出点的输出能量调度，满足有优先级需求的被充电电动汽车充电并实时监控充电状态与能量补给调整；同时各相关充电终端与接入电动汽车的相关信息反馈至数据采集模块，进入大数据库。
优选地，当充电终端没有空闲时，充电设施分配控制模块判断系统内电能供能是否有富余，如果系统内电能供能没有富余，在多网充电堆/设施充电能力管理系统互联下，可实现跨站资源互补调度，即推荐新需求充电电动汽车到临近有闲置电能资源的充电站进行优先充电。
参见图2，步骤S08，形成优化的充电系统能量控制供需平衡的控制模型输出的步骤之后，方法还包括：步骤S09，训练形成的充电系统能量控制供需平衡的控制模型输出并保存后，在此基础上每隔预设时间周期进行一次机器学习训练，优化充电系统能量控制供需平衡的控制模型。
应理解的是，在训练形成的充电系统能量控制供需平衡的控制模型基础上，每隔预设时间周期进行一次机器学习训练，将多个充电终端做一次充电优先级的调整，让多个充电终端对应的充电位做功率分配调整，以适应不同季节，不同新能源车用户的变化而优化整体充电效率，融合不同型号车辆及移动充电储能设施的充电需求。
本实施例的深度学习训练环境采用学习训练Facebook开源的PyTorch框架，基于Ubuntu操作系统的开源GUN/Linux操作系统，默认PyTorch安装环境，以其相关智能数据与模型为基础，包括Anaconda包管理工具、镜像设置、可视化工具、GPU(图像处理器)等，通过置入开发的基于本发明基于深度学习时间序列预测的充电设施管理系统并建立训练模型。用户也可通过服务器配置Ubuntu操作系统，迁移植入本学习系统的数据库进行远程交互。
具体的，与充电容量相关的初始阈值包括：充电系统电能供能变配电站最大供电能力、充电设施的总额定充电能力、各充电设施额定充电容量及其充电终端的数量和位置信息。
应理解的是，通过设定模型中充电容量相关的初始阈值，结合应用场景选择学习模型并输入具体充电系统的初始阈值，建立充电系统能量优化运行预训练模型，用于动态分析与处理充电系统的充电与供能能力，明确应用场景的状态特征。
具体的，电动汽车的充电需求信息、充电设施的充电工作信息、供电信息以及环境信息具体包括：充电设施工作信息状态参数、被充电电动汽车车辆数量及车型参数、被充电电动汽车充电需求参数、供电能力参数、环境状态参数、工作状态场景数据以及人机交互控制参数。
需要说明的是，充电设施工作信息状态参数采集包括充电电量及充电时长、实时电量与累计电量，来自充电设施及其终端或被充电电动汽车BMS管理系统，用来实时管理与控制同时进入数据库，支持机器学习与训练验证；被充电车数车型参数采集来自充电终端或电动汽车的车牌识别信号，信息进入数据库，用于AI控制模型训练、匹配、验证，制定充电能力与充电需求相结合的系统优化调度模型并实时调度；充电需求参数采集来自电动汽车充电请求及实时充电状态，包括正在充电的终端匹配和待充电电动汽车的需求信息，用于AI训练、匹配、验证，制定充电能力与充电需求相结合的系统优化调度模型并实时调度；供电能力参数采集来自电能供能变配电站的状态信息，包括最大供电能力与历史供电容量、实时供能数据，用于AI训练、匹配、验证，制定充电能力与充电需求相结合的系统优化调度模型并总体调度控制；环境状态参数采集主要是温湿度，来自电能供能变配电站的状态信息及系统内设备关键点的采集，用于训练、匹配、验证和优化控制模型，支持不同场景下的系统工作优化，并对关键点工作状态进行监控与保护；工作状态场景数据采集主要是系统监控、智能设备的工作状态识别，包括充电设施、充电接口、电动汽车等图像与数据，用于支持模型数据训练、验证和优化控制系统决策控制能力；人机交互控制参数采集来自人机交互调度单元、充电APP终端与远程服务器，包括实时状态数据及模型的调整、设置的需求信息，直接作为输入实现就地或远程的人机协同参数参与运算、控制与调度。
参见图4，此外，本发明还提供一种充电管理系统的充电与供能优化装置，包括：
数据采集模块2，用于获取充电站电能供能变配电信息、充电设施能力信息、充电终端输出信息以及电动汽车充电需求信息；
数据管理模块1，用于根据充电站电能供能变配电信息、充电设施能力信息、充电终端输出信息以及电动汽车充电需求信息确定充电站充电设施系统的充电能力、供电能力与实际充电容量；
数据存储模块3，用于存储电站电能供能变配电信息、充电设施能力信息、充电终端输出信息以及电动汽车充电需求信息；
数据训练和输出模块4，用于将充电能力、供电能力与实际充电容量输入至预先训练的深度学习时间序列预测算法模型，并获得模型输出结果，根据模型输出结果和充电站充电设施系统的实际充电容量以及待充电电动汽车的充电需求量，生成充电功率分配指令；
充电能力管理执行单元8，用于根据充电功率分配指令对各充电设施进行电能分配，并通过充电设施上设置的充电终端对电动汽车进行充电。
需要说明的是，本发明的充电管理系统的充电与供能优化装置以数据管理中心为核心，包括数据管理模块1、数据采集模块2、数据存储模块3、数据训练和输出模块4等，数据管理模块1作为数据管理中心的处理器，支持系统各数据库储存与处理，并负责与云服务器、各种充电APP、WiFi设备通讯连接，实现用户的远程交互；数据采集模块2、数据存储模块3、数据训练和输出模块4、人机交互调度模块5、通讯模块6一起组成本发明的充电管理运算中心，通过对多个充电站级系统进行集中式管理，实现充电管理系统的充电与供能优化，控制多个充电终端实现充电功率的动态分配。

Claims (10)

1.一种充电管理系统的充电与供能优化方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，获取充电站电能供能变配电信息、充电设施能力信息、充电终端输出信息以及电动汽车充电需求信息；
S2，根据所述充电站电能供能变配电信息、充电设施能力信息、充电终端输出信息以及电动汽车充电需求信息确定充电站充电设施系统的充电能力、供电能力与实际充电容量；
S3，将所述充电能力、供电能力与实际充电容量输入至预先训练的深度学习时间序列预测算法模型，并获得模型输出结果；
S4，根据所述模型输出结果和充电站充电设施的实际充电容量以及待充电电动汽车的充电需求量，生成充电功率分配指令；
S5，根据所述充电功率分配指令对各充电设施进行电能分配，并通过充电设施上设置的充电终端对电动汽车进行充电。
2.根据权利要求1所述的充电管理系统的充电与供能优化方法，其特征在于，所述S1，获取充电站电能供能变配电信息、充电设施能力信息、充电终端输出信息以及电动汽车充电需求信息的步骤之前，所述方法还包括：
S01，选择机器学习预模型，并设定模型中与充电容量相关的初始阈值和功能矩阵，建立充电与供能优化时序预测关系模型；
S02，设置充电终端特征参数，并获取被充电电动汽车动力电池充电过程功率需求变化曲线，建立充电工作状态特征时序预测关系；
S03，获取电动汽车的充电需求信息、充电设施的充电工作信息、供电信息以及环境信息，创建特征数据库；
S04，将所述特征数据库中的数据输入至所述充电与供能优化时序预测关系模型中，结合所述充电工作状态特征时序预测关系，对所述充电与供能优化时序预测关系模型进行训练优化，获得预先训练的深度学习时间序列预测算法模型。
3.根据权利要求2所述的充电管理系统的充电与供能优化方法，其特征在于，所述S04，将所述特征数据库中的数据输入至所述充电与供能优化时序预测关系模型中，结合所述充电工作状态特征时序预测关系，对所述充电与供能优化时序预测关系模型进行训练优化，获得预先训练的深度学习时间序列预测算法模型的步骤之后，所述方法还包括：
S05，在所述深度学习时间序列预测算法模型下对目标控制量进行比较、预测和优化控制，根据比较值，进行模型训练与数据输出；
S06，累积一定的充电与供能数值，将采集的实时数据输入特征数据库，结合充电站与被充电电动汽车的应用场景特征，充实模型学习训练的数据集；
S07，根据累积的数据集进行模型学习训练与数值分析，根据数值分析结果输出比较值，结合充电终端的充电状态与电动汽车的需求信息，控制充电终端的使用；
S08，形成优化的充电系统能量控制供需平衡的控制模型输出。
4.根据权利要求3所述的充电管理系统的充电与供能优化方法，其特征在于，所述S05，在所述深度学习时间序列预测算法模型下对目标控制量进行比较、预测和优化控制，根据比较值，进行模型训练与数据输出的步骤具体包括：
输入各充电终端实时接入的电动汽车信息、充电能力、供电能力以及实际充电容量至所述预先训练的深度学习时间序列预测算法模型；
计算总充电容量并与预定阈值进行对比，同时比较各充电终端的实际充电容量与充电终端的额定输出能力以及被充电电动汽车的充电需求的差值，根据比较值进行模型训练与数据输出；
当接收到新电动汽车的充电需求时，根据数据输出结果，结合充电站充电设施的实际充电容量、充电终端的充电状态与电动汽车的需求信息，输出充电功率分配指令，执行能量控制输出子流程，控制充电终端的使用；
当未接收到新电动汽车的充电需求时，返回执行所述获取电动汽车的充电需求信息、充电设施的充电工作信息、供电信息以及环境信息，创建特征数据库的步骤。
5.根据权利要求3所述的充电管理系统的充电与供能优化方法，其特征在于，所述S07，根据累积的数据集进行模型学习训练与数值分析，根据数值分析结果输出比较值，结合充电终端的充电状态与电动汽车的需求信息，控制充电终端的使用的步骤具体包括：
当接收到新电动汽车的充电需求时，根据输出比较值，结合充电站充电设施的实际充电容量、充电终端的充电状态与电动汽车的需求信息，输出充电功率分配指令，执行能量控制输出子流程，控制充电终端的使用；
当未接收到新电动汽车的充电需求时，返回执行所述获取电动汽车的充电需求信息、充电设施的充电工作信息、供电信息以及环境信息，创建特征数据库的步骤。
6.根据权利要求4或5所述的充电管理系统的充电与供能优化方法，其特征在于，所述能量控制输出子流程的步骤包括：
接收充电功率分配指令；
接收新电动汽车的充电需求，并按照需求时序定义优先级；
检测充电终端的工作状态；
当充电终端处于空闲状态时，按照优先级接入新电动汽车，对新电动汽车进行充电并实时监控充电状态，同时将充电能量使用信息反馈至数据库；
当充电终端处于非空闲状态时，比较系统内电能供能是否富余；
当系统内电能供能有富余时，结合被充电电动汽车动力电池充电过程功率需求变化曲线，找到处于均充状态的被充电电动汽车以及相对应的充电终端，控制充电终端和被充电电动汽车停止充电，按照优先级接入新的电动汽车，对新电动汽车进行充电并实时监控充电状态，同时将充电能量使用信息反馈至数据库；
当系统内电能供能没有富余时，结合被充电电动汽车动力电池充电过程功率需求变化曲线，找到处于均充状态的被充电电动汽车以及相对应的充电终端，控制充电终端和被充电电动汽车停止充电，接入新的电动汽车并开始充电，同时调整其他充电终端的充电容量，按照优先级满足新电动汽车的充电需求并实时监控充电状态与能量补给调整，并将充电能量使用信息反馈至数据库。
7.根据权利要求3所述的充电管理系统的充电与供能优化方法，其特征在于，所述S08，形成优化的充电系统能量控制供需平衡的控制模型输出的步骤之后，所述方法还包括：
S09，训练形成的充电系统能量控制供需平衡的控制模型输出并保存后，在此基础上每隔预设时间周期进行一次机器学习训练，优化充电系统能量控制供需平衡的控制模型。
8.根据权利要求2所述的充电管理系统的充电与供能优化方法，其特征在，所述与充电容量相关的初始阈值包括：充电系统电能供能变配电站最大供电能力、充电设施的总额定充电能力、各充电设施额定充电容量及其充电终端的数量和位置信息。
9.根据权利要求2所述的充电管理系统的充电与供能优化方法，其特征在，所述电动汽车的充电需求信息、充电设施的充电工作信息、供电信息以及环境信息具体包括：充电设施工作信息状态参数、被充电电动汽车车辆数量及车型参数、被充电电动汽车充电需求参数、供电能力参数、环境状态参数、工作状态场景数据以及人机交互控制参数。
10.一种充电管理系统的充电与供能优化装置，其特征在于，所述装置包括：
数据采集模块，用于获取充电站电能供能变配电信息、充电设施能力信息、充电终端输出信息以及电动汽车充电需求信息；
数据管理模块，用于根据所述充电站电能供能变配电信息、充电设施能力信息、充电终端输出信息以及电动汽车充电需求信息确定充电站充电设施系统的充电能力、供电能力与实际充电容量；
数据存储模块，用于存储所述电站电能供能变配电信息、充电设施能力信息、充电终端输出信息以及电动汽车充电需求信息；
数据训练和输出模块，用于将所述充电能力、供电能力与实际充电容量输入至预先训练的深度学习时间序列预测算法模型，并获得模型输出结果，根据所述模型输出结果和充电站充电设施系统的实际充电容量以及待充电电动汽车的充电需求量，生成充电功率分配指令；
充电能力管理执行单元，用于根据所述充电功率分配指令对各充电设施进行电能分配，并通过充电设施上设置的充电终端对电动汽车进行充电。
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