CN113263938A - 一种基于边缘计算的智能有序充电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于边缘计算的智能有序充电系统及方法，智能充电管理平台层通过边缘控制网关层对有序接入设备终端层实现数据采集和实时控制，实现有序充电需求和充电订单全过程交互；边缘控制网关层上行与智能充电管理平台层进行交互，下行分别与台区管理平台进行通信，获取台区运行状态信息，以及与有序接入设备终端层进行通信获取有序接入终端设备运行信息；并生成智能有序充电策略，下发给有序接入设备终端层进行执行以及上送到智能充电管理平台层进行策略运行监控，实现智能有序充电管理；有序接入设备终端层与边缘控制网关层通信，实现充电运行监控以及充电效率有效调节。实现了充电的智能化控制，解决了台区局部出现低电压的问题。

Description

一种基于边缘计算的智能有序充电系统及方法

技术领域

本发明涉及电量管理技术领域，更具体的说是涉及一种基于边缘计算的智能有序充电系统及方法。

背景技术

现有技术中由于电动汽车充电导致负荷增长，特别是大量电动汽车集中在负荷高峰期充电，将加剧电网负荷峰谷差，加重电力系统运行负担；由于电动汽车用户用车行为和充电时空分布的不确定性，电动汽车充电负荷具有较大的随机性，将加大电网优化控制的难度；电动汽车充电负荷属于非线性负荷，充电设备中的电力电子装置将产生谐波，会引起电能质量问题；大量电动汽车充电将改变电网，尤其是配电网负荷结构和特性，传统的电网规划方法可能无法适用于电动汽车大规模接入的情况。

因此，如何提供一种更智能的有序充电系统和方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于边缘计算的智能有序充电系统及方法，解决了用电高峰时电动汽车集中充电，造成台区局部出现低电压的问题，同时可以解决分布式新能源设备接入、储能放电、V2G车辆放电引起的低电压问题，从而减少低压台区扩容建设的投资和运维成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于边缘计算的智能有序充电系统，包括：智能充电管理平台层、边缘控制网关层和有序接入设备终端层；

所述智能充电管理平台层通过所述边缘控制网关层对所述有序接入设备终端层实现数据采集和实时控制，实现有序充电需求和充电订单全过程交互；

所述边缘控制网关层上行与所述智能充电管理平台层进行交互，下行分别与台区管理平台进行通信，获取台区运行状态信息，以及与所述有序接入设备终端层进行通信获取有序接入终端设备运行信息；并生成智能有序充电策略，下发给所述有序接入设备终端层进行执行以及上送到所述智能充电管理平台层进行策略运行监控，实现智能有序充电管理；

所述有序接入设备终端层与所述边缘控制网关层通信，实现充电运行监控以及充电效率有效调节。

优选的，所述智能充电管理平台层用于接收用户充电需求后生成有序充电订单，并下发至所述边缘控制网关层。

优选的，所述边缘控制网关层实时与所述台区管理平台进行通信，获取台区运行状态信息，包括电流、电压、功率、电量和时间数据，同时所述边缘控制网关层实时获取所述有序接入设备终端层中有序接入终端设备的运行信息，包括遥信、遥测、计量和时间信息。

优选的，所述有序接入设备终端层包括充电桩设备。

优选的，所述有序接入设备终端层还包括光伏设备以及储能设备。

优选的，所述边缘控制网关层根据接收的台区运行状态信息、有序接入终端设备的运行信息以及有序充电订单数据利用边缘计算能力运算生成智能有序充电策略，具体策略原则为：

1)当台区实时运行状况变化或用户充电需求订单中止、新增时，进行周期性有序充放电计划调整编排；

2)预测谷段负荷充足，优先安排谷段满功率充电，预测谷段负荷不足，则保证用户充电需求前提下，则减载调度安排；

3)监测台区三相不平衡，采取错时充电、提高或降低相应相位的充电桩输出功率以求平衡；

4)监测台区用户低电压或负荷不足时，依据用户用车时间需求和参与需求响应的情况，安排光伏就地消纳、储能放电、电动汽车放电平衡台区末端电压；

5)监测台区负荷不足，在满足充电需求的前提下，按比例下调此范围内的充电桩输出功率；

6)监测台区负荷不足，按比例下调仍不满足时，在用户参与需求响应的情况下依序停止后加入的充电订单，管控每隔预定时间段接收终端设备充电桩设备、光伏设备、储能设备的遥信、遥测及计量数据；

根据上述策略原则进行有序策略运算，生成智能有序充电策略，并根据实时获取的数据不断滚动更新智能有序充电策略。

优选的，所述台区管理平台包括台区智能终端或集中器。

优选的，所述边缘控制网关层通过4G/5G通信方式与所述智能充电管理平台层进行通讯，通过LoRa通信方式与所述有序接入设备终端层进行通信，通过RS-485与台区管理平台进行通信。

优选的，所述充电桩设备、所述光伏设备以及所述储能设备均连接有有序接入终端设备。

一种基于边缘计算的智能有序充电方法，包括：

接收用于用户充电需求后生成有序充电订单；

接收有序充电订单并获取台区运行状态信息和终端设备运行信息，根据获取的台区运行状态信息、终端设备运行信息以及有序充电订单数据利用边缘计算能力运算生成智能有序充电策略；

接收智能有序充电策略，并根据智能有序充电策略进行执行，并发送终端设备执行信息；

将执行信息加入到智能有序充电策略算法中进行滚动更新有序充电策略；

接收有序充电策略以及执行信息，实现有序充电订单运行监控。

本发明具有以下技术效果：

1)通过边缘控制网关层收集的有序充电订单数据、台区运行状态数据、终端设备运行数据运用边缘计算能力进行计算可以达到合理分配用电时间，对用电需求进行有序整合的目的。从而解决用电高峰，电动汽车集中充电，造成台区局部出现低电压情况；可以解决分布式新能源设备接入、储能放电、V2G车辆放电引起的低电压问题，从而减少低压台区扩容建设的投资和运维成本。

2)可以解决大量的光伏设备、储能设备及充电桩设备建设，所造成的三相负载分布不平衡问题，以及大量电动汽车用户集中时段充电时，引起三相不平衡的问题。

3)该系统安全可靠，在现场具备条件的情况下，可采用光纤接入的方式，能够确保可靠通信，有效避免无线公网信号波动对客户使用的影响；支持设备采用光纤连接，在现场环境复杂、不易维护的条件下，能够有效提高通信可靠性，降低运维维护工作量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为基于边缘计算的智能有序充电系统结构示意图。

图2附图为基于边缘计算的智能有序充电方法流程图。

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。

如图1所示，本发明实施例公开了一种基于边缘计算的智能有序充电系统，包括：智能充电管理平台层、边缘控制网关层和有序接入设备终端层；智能充电管理平台层接收到用户充电需求后，生成有序充电订单并下发至边缘控制网关层，并通过边缘控制网关层对有序接入设备终端层实现数据采集和实时控制，实现有序充电需求和充电订单全过程交互；边缘控制网关层上行通过4G/5G通信方式与智能充电管理平台层进行交互，实现云边交互与协同，利用RS-485与台区管理平台相连，获取台区运行状态信息，采用LoRa通信方式与有序接入设备终端层进行通信获取终端设备运行信息；根据接收的台区运行状态信息、终端设备的运行信息以及有序充电订单数据利用边缘计算能力运算生成智能有序充电策略，下发给有序接入设备终端层进行执行以及上送到智能充电管理平台层进行策略运行监控，实现智能有序充电管理；

有序接入设备终端层包括光伏设备、储能设备及充电桩设备，光伏设备、储能设备以及充电桩设备连接有序接入终端设备，实现充电运行监控及充电功率有效调节。

进一步的，台区管理平台包括台区智能终端或集中器，边缘控制网关层实时通过集中器或台区智能终端获取台区运行状态信息，包括电压、电流、功率、电量、时间等数据；同时边缘控制网关层会实时获取有序接入设备终端层中有序接入终端设备的运行数据，包括遥信、遥测、计量和时间等数据。

进一步的，边缘控制网关层会将收集到的台区运行状态数据、有序接入终端设备的运行信息和有序充电订单数据汇总利用边缘计算能力根据以下策略原则：

1)当台区实时运行状况变化或用户订单中止、新增时，进行周期性有序充放电计划调整编排；

2)预测谷段负荷充足，优先安排谷段满功率充电，预测谷段负荷不足，则保证用户充电需求前提下，则减载调度安排；

3)监测台区三相不平衡，采取错时充电、提高或降低相应相位的充电桩输出功率以求平衡；

4)监测台区用户低电压或负荷不足时，依据用户用车时间需求和参与需求响应的情况，安排光伏就地消纳、储能放电、电动汽车放电平衡台区末端电压；

5)监测台区负荷不足，在满足充电需求的前提下，按比例下调此范围内的充电桩输出功率；

6)监测台区负荷不足，按比例下调仍不满足时，在用户参与需求响应的情况下依序停止后加入的充电订单，管控每隔预定时间段接收充电设备层中岸基充电桩设备、光伏设备、储能设备的遥信数据、遥测数据及计量数据；

进行有序策略运算，生成智能有序充电策略。边缘控制网关层会根据实时获取的信息不断调整有序充电策略，滚动更新智能有序充电策略。

上述策略原则采用按照目前所列的顺序，排位靠前的优先处理，将处理的结果，再与后续排位的问题一起生成新的策略，以此类推。

进一步的，有序接入设备终端层接收到边缘控制网关层下发的策略计划根据计划进行执行，并且实时上送运行的遥信、遥测和计量等数据到边缘控制网关层。

进一步的，边缘控制网关层接收到有序接入设备终端层上送的运行数据后，将数据加入到有序策略算法中进行滚动更新智能有序充电策略。同时将有序充电策略运行过程与结果发送到智能充电管理平台层。

进一步的，智能充电管理平台层接收边缘控制网关层上送的有序充电策略运行过程与结果，用于有序充电订单运行监控。

如图2所示，本实施例公开了一种基于边缘计算的智能有序充电方法，包括：

接收用于用户充电需求后生成有序充电订单；

接收有序充电订单并获取台区运行状态信息和终端设备运行信息，根据获取的台区运行状态信息、终端设备运行信息以及有序充电订单数据利用边缘计算能力运算生成智能有序充电策略；

接收智能有序充电策略，并根据智能有序充电策略进行执行，并发送终端设备执行信息；

将执行信息加入到智能有序充电策略算法中进行滚动更新有序充电策略；

接收有序充电策略以及执行信息，实现有序充电订单运行监控。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于边缘计算的智能有序充电系统，其特征在于，包括：智能充电管理平台层、边缘控制网关层和有序接入设备终端层；

所述智能充电管理平台层通过所述边缘控制网关层对所述有序接入设备终端层实现数据采集和实时控制，实现有序充电需求和充电订单全过程交互；

所述边缘控制网关层上行与所述智能充电管理平台层进行交互，下行分别与台区管理平台进行通信，获取台区运行状态信息，以及与所述有序接入设备终端层进行通信获取有序接入终端设备运行信息；并生成智能有序充电策略，下发给所述有序接入设备终端层进行执行以及上送到所述智能充电管理平台层进行策略运行监控，实现智能有序充电管理；

所述有序接入设备终端层与所述边缘控制网关层通信，实现充电运行监控以及充电效率有效调节。

2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的智能有序充电系统，其特征在于，所述智能充电管理平台层用于接收用户充电需求后生成有序充电订单，并下发至所述边缘控制网关层。

3.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的智能有序充电系统，其特征在于，所述边缘控制网关层实时与所述台区管理平台进行通信，获取台区运行状态信息，包括电流、电压、功率、电量和时间数据，同时所述边缘控制网关层实时获取所述有序接入设备终端层中有序接入终端设备的运行信息，包括遥信、遥测、计量和时间信息。

4.根据权利要求3所述的一种基于边缘计算的智能有序充电系统，其特征在于，所述有序接入设备终端层包括充电桩设备。

5.根据权利要求4所述的一种基于边缘计算的智能有序充电系统，其特征在于，所述有序接入设备终端层还包括光伏设备以及储能设备。

6.根据权利要求5所述的一种基于边缘计算的智能有序充电系统，其特征在于，所述边缘控制网关层根据接收的台区运行状态信息、有序接入终端设备的运行信息以及有序充电订单数据利用边缘计算能力运算生成智能有序充电策略，具体策略原则为：

1)当台区实时运行状况变化或用户充电需求订单中止、新增时，进行周期性有序充放电计划调整编排；

2)预测谷段负荷充足，优先安排谷段满功率充电，预测谷段负荷不足，则保证用户充电需求前提下，则减载调度安排；

3)监测台区三相不平衡，采取错时充电、提高或降低相应相位的充电桩输出功率以求平衡；

4)监测台区用户低电压或负荷不足时，依据用户用车时间需求和参与需求响应的情况，安排光伏就地消纳、储能放电、电动汽车放电平衡台区末端电压；

5)监测台区负荷不足，在满足充电需求的前提下，按比例下调此范围内的充电桩输出功率；

6)监测台区负荷不足，按比例下调仍不满足时，在用户参与需求响应的情况下依序停止后加入的充电订单，管控每隔预定时间段接收终端设备充电桩设备、光伏设备、储能设备的遥信、遥测及计量数据；

根据上述策略原则进行有序策略运算，生成智能有序充电策略，并根据实时获取的数据不断滚动更新智能有序充电策略。

7.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的智能有序充电系统，其特征在于，所述台区管理平台包括台区智能终端或集中器。

8.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的智能有序充电系统，其特征在于，所述边缘控制网关层通过4G/5G通信方式与所述智能充电管理平台层进行通讯，通过LoRa通信方式与所述有序接入设备终端层进行通信，通过RS-485与台区管理平台进行通信。

9.根据权利要求5所述的一种基于边缘计算的智能有序充电系统，其特征在于，所述充电桩设备、所述光伏设备以及所述储能设备均连接有有序接入终端设备。

10.一种基于边缘计算的智能有序充电方法，其特征在于，包括：

接收用于用户充电需求后生成有序充电订单；

接收有序充电订单并获取台区运行状态信息和终端设备运行信息，根据获取的台区运行状态信息、终端设备运行信息以及有序充电订单数据利用边缘计算能力运算生成智能有序充电策略；

接收智能有序充电策略，并根据智能有序充电策略进行执行，并发送终端设备执行信息；

将执行信息加入到智能有序充电策略算法中进行滚动更新有序充电策略；

接收有序充电策略以及执行信息，实现有序充电订单运行监控。

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