CN113437754A - 一种基于台区智能融合终端的电动汽车有序充电方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于台区智能融合终端的电动汽车有序充电方法及系统，属于电动汽车充放电技术领域。本发明方法，包括：获取台区充电桩的基本信息，根据基本信息，确定台区充电桩的日负荷预测结果，并将日负荷预测结果及电价信息输入台区智能融合终端；根据新接入的电动汽车电池的SOC信息、日负荷预测结果、实时更新的负荷信息及用户需求信息判断台区充电桩是否能满足充电需求；确定充电方案，并以新制定的充电方案为新接入的电动汽车充电。本发明可以有效地提高充电设施数据信息实时性及互联互通性，提高配电自动化终端与电动汽车充电设施兼容性，使得采集数据足以支撑电动汽车充电设施参与互动。

Description

一种基于台区智能融合终端的电动汽车有序充电方法及系统
技术领域
本发明涉及电动汽车充放电技术领域，并且更具体地，涉及一种基于台区智能融合终端的电动汽车有序充电方法及系统。
背景技术
电动汽车的开发和使用可以加速化石燃料的替代并减少汽车尾气排放，从而有助于确保能源安全，促进减排并防止空气污染。现阶段充电设施数据信息实时性及互联互通性差：配电自动化终端与电动汽车充电设施兼容性较差，采集数据不足以支撑电动汽车充电设施参与互动。新能源规模化发展导致传统电网调频和备用资源减少，大受端电网面临系统安全问题突出，亟需推动传统的“源随荷动”调度模式向“负荷实时调控”模式转变，实现电网安全稳定水平和调控精益化水平的有效提升。电动汽车的开发和使用可以加速化石燃料的替代并减少汽车尾气排放，从而有助于确保能源安全，促进减排并防止空气污染。亟需解决发挥电动汽车负荷的自动性配合调度实现实时调度的难题。
目前的居民小区充电桩难以接受运营平台的有序充电调控。据统计私人电动汽车的数量占比较大，其中私人电动汽车80％的充电是在居民小区完成的充电。且目前居民小区充电桩多为无通信、无调控的桩，无法接入平台运营。为充分发挥居民小区电动汽车接入配电网总量巨大、调控灵活的特点，应重点开展面向居民小区的电动汽车参与配电网调节的应用研究。同时，由于居民小区有序充电是目前对电网改造成本最低、经济性最好的方式，因此近年来20kW惯量有序充电桩、7kW惯量有序充电桩的市场需求量将逐年增大，是客户侧柔性资源参与电网辅助服务市场的重要组成部分。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种基于台区智能融合终端的电动汽车有序充电方法，包括：
获取台区充电桩的基本信息，根据基本信息，确定台区充电桩的日负荷预测结果，并将日负荷预测结果及电价信息输入台区智能融合终端；
通过台区智能融合终端实时更新台区充电桩的负荷信息及用户需求信息，确定当台区充电桩接收新的电动汽车接入信息后，若用户选择电网调度模式充电，根据新接入的电动汽车电池的SOC信息、日负荷预测结果、实时更新的负荷信息及用户需求信息判断台区充电桩是否能满足充电需求；
如满足，当在新的时间节点前有新的电动汽车接入台区充电桩后，确定是否有已接入的电动汽车修改充电计划及是否实时负荷信息与日负荷预测结果差距过大，若否，以历史充电方案为新接入的电动汽车充电；若是，获取新接入的电动汽车的基本信息，根据基本信息及电价信息，确定充电方案，并以新制定的充电方案为新接入的电动汽车充电。
可选的，台区充电桩的基本信息，包括：日负荷曲线、电价信息、电动汽车基本信息和充电设施信息。
可选的，新接入的电动汽车根据电池的SOC信息还可以选择接入即充模式充电。
可选的，电动汽车的基本信息，包括：接入时间、结束时间、接入时的电池SOC、离开时的电池SOC和额定充电功率。
可选的，充电方案满足台区充电桩的负荷上限约束、用户需求、削峰填谷和电网稳定的顺序的要求。
本发明还提出了一种基于台区智能融合终端的电动汽车有序充电系统，包括：
台区智能融合终端单元，获取台区充电桩的基本信息，根据基本信息，确定台区充电桩的日负荷预测结果；
通过台区智能融合终端实时更新台区充电桩的负荷信息及用户需求信息，确定当台区充电桩接收新的电动汽车接入信息后，若用户选择电网调度模式充电，根据新接入的电动汽车电池的SOC信息、日负荷预测结果、实时更新的负荷信息及用户需求信息判断台区充电桩是否能满足充电需求；
如满足，当在新的时间节点前有新的电动汽车接入台区充电桩后，确定是否有已接入的电动汽车修改充电计划及是否实时负荷信息与日负荷预测结果差距过大，若否，以历史充电方案为新接入的电动汽车充电；若是，获取新接入的电动汽车的基本信息，根据基本信息及电价信息，确定充电方案，并以新制定的充电方案为新接入的电动汽车充电；
数据交互单元，数据交互单元用于台区智能融合终端单元与台区充电桩的数据交互。
可选的，台区充电桩的基本信息，包括：日负荷曲线、电价信息、电动汽车基本信息和充电设施信息。
可选的，新接入的电动汽车根据电池的SOC信息还可以选择接入即充模式充电。
可选的，电动汽车的基本信息，包括：接入时间、结束时间、接入时的电池SOC、离开时的电池SOC和额定充电功率。
可选的，充电方案满足台区充电桩的负荷上限约束、用户需求、削峰填谷和电网稳定的顺序的要求。
本发明可以有效地提高充电设施数据信息实时性及互联互通性，提高配电自动化终端与电动汽车充电设施兼容性，使得采集数据足以支撑电动汽车充电设施参与互动。
本发明中有序充电方式结合实时负荷信息完成充电方案制定，更加精确的捕捉负荷的峰谷信息，进一步保证电网的稳定运行；同时与用户实时反馈，充分考虑用户的需求，为用户节约充电成本，并实现充电行为的透明化。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明充电设施物联网控制器系统架构图；
图3为本发明边缘计算控制架构图；
图4为本发明基于分布式边缘计算的配电网实时充放电控制架构图；
图5为本发明电网实际负荷与预测负荷相同时两种有序充电方案负荷曲线图；
图6为本发明电网实际负荷与预测负荷不同时两种有序充电方案负荷曲线图；
图7为本发明系统的结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
下面结合实施例及附图对本发明进行进一步的说明：
本发明提供了一种基于台区智能融合终端的电动汽车有序充电方法，如图1所示，包括：
获取并输入系统的基本信息，输入日负荷预测结果和电价信息。
实时更新负荷信息和用户需求信息，接收新的电动汽车接入信息，并更新电动汽车的电池SOC信息。可通过通信模块向用户反馈实时电池SOC情况。
初步判断能否满足用户的充电需求，若不能满足，给用户提醒并反馈充电最大值和相应的充电方案。
在新的时间节点前是否有新的电动汽车接入，若有新的电动汽车接入，获取电动汽车的信息，该信息包括接入时间、结束时间、接入时的电池SOC、离开时的电池SOC和额定充电功率；是否有已接入用户修改充电计划，若有修改，获取修改信息，并修改之前的信息；是否实时负荷信息与预测负荷差距过大，若是，修订负荷曲线。若都没有发生改变，则再新的时间节点中采用既定的方案。
根据获取的信息以满足负荷上限约束、用户需求、削峰填谷和电网稳定的顺序为目标确定充电方案。
在新的时间节点按照确定的充电方案运行，并更新电动汽车电池充电状态和荷电信息，向用户反馈实时充电信息以及充电结束结算提醒。
如图2所示，将充电设施物联网控制器作为通用的控制模块外置到充电桩上，充电设施物联网控制器模块向下连接充电桩主板，收集充电桩主板的信息并进行控制，向上连接终端，被终端管理控制。充电设施物联网控制器不经过智能电表就能跟终端连接，充电设施物联网控制器通过与台区智能融合终端进行数据交互，使智能融合终端起到台区配电网电能转换枢纽和能源管理基础平台的作用。以上采集、控制功能的实现，需要升级充电桩主板的控制程序，在终端的通讯规约中增加有序充电和电力市场方面的数据采集、控制。
充电设施物联网控制器需通过电力载波通讯连接到台区配电物联网能量管理器，并通过配电物联网能量管理器和管理平台连接；充电设施以智能控制板作为核心部件，与汽车BMS通讯和对充电桩电源模块进行功率控制和分配，将数据通过台区配电物联网能量管理器上传到管理平台，同时接受管理平台和物联网能量管理器的控制，实现智能有序充电和远程管理。
兼容台区智能融合终端的电动汽车充电设施物联网控制器采用电力载波通信，将数据信号以数位讯号的方法处理，并调制到一定的载波频率上(中国低压电力线载波通信专用频段为3-500kHz)，利用既有的电力线进行传输。与传统的调制技术相比，电力载波技术具有如下优势：抗噪声及抗干扰能力强，通信可靠、稳定；对电力线信道的变化具有自适应能力，当个别子载波受到干扰时仍可能成功通信；数据速率高，通常在几十kbps以上。
在充电设施物联网控制器与台区智能融合终端进行数据交互后，本发明中的台区智能融合终端将主要采用边缘计算技术对数据进行处理分析。
如图3所示，边缘计算是指在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供最近端服务。其应用程序在边缘侧发起，产生更快的网络服务响应，满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。边缘计算处于物理实体和工业连接之间，或处于物理实体的顶端。而云端计算，仍然可以访问边缘计算的历史数据。对物联网而言，边缘计算技术取得突破，意味着许多控制将通过本地设备实现而无需交由云端，处理过程将在本地边缘计算层完成。这无疑将大大提升处理效率，减轻云端的负荷。由于更加靠近用户，还可为用户提供更快的响应，将需求在边缘端解决。
基于分布式边缘计算的配电网实时充放电控制架构如图4所示。首先是用户侧，用户侧由充电桩、即插即用模块以及用户电能表组成。用户侧负责将充电桩信息和用户表信息发送到台区侧。其次是台区侧，台区侧由边缘计算模块、通信模块、以及智能传感模块组成。台区侧首先从用户侧接收充电桩信息和用户表信息，然后由边缘计算模块进行运算处理之后再将储能信息、充电桩信息、以及配变信息发送到主站侧。最后是主站侧，主站侧由云主站、配电自动化主站、以及用采系统组成。主站侧将从台区侧接收到的储能信息、充电桩信息、以及配变信息进行分析之后，为车联网平台和充电桩用户提供优化策略及建议。
综合用户出行习惯因素，采用蒙特卡洛的方法生成电动汽车的数量、电动汽车充电开始时间、电动汽车充电结束时间和电动汽车起始SOC，默认用户设定结束时电动汽车充满电。
其中，电动汽车数量服从均值为80，标准差为5的正态分布；充电开始时间服从均值为19:00，标准差为2的正态分布；充电结束时间服从均值为7:30，标准差为1的正态分布；电动汽车起始SOC服从均值为0.5，标准差为0.2的正态分布，并且取值范围为0～1。
为防止频繁的将电动汽车投入切出给电池使用给电网稳定带来问题，保证充电的连续性，每两个时间节点之间相差15分钟，同一个电动汽车在两个时间节点间只有充电和不充电两种状态，直到充电结束。
在确定新的电动汽车的接入参数后，首先确定电动汽车需要的充电时间段数：
Figure BDA0003080554410000071
其中，m为电动汽车充满电需要的时间段数，B为电动汽车电池容量，Sc为电动汽车起始荷电状态，η为充电效率，t为每次充电时间间隔15分钟，p为电动汽车额定充电功率。
然后，确定电动汽车总的充电时间段数：
Figure BDA0003080554410000072
其中，n为电动汽车总的充电时间段数，tb和tf分别为电动汽车充电的起始和结束时间。通过比较n和m，初步判断能否满足用户需求，当m大于n时，令m＝n来重置m的数值。并提示用户最大可充电量，经过上面处理后可得m≤n。
当确定当前节点的电动汽车的充电需求后，获取该电动汽车在可充电时间段tf～tb内的n个时间节点的负荷信息，并存入矩阵P中：
P＝(P1 P2 …Pn)
Pi不是对应时间点预测的负荷值，而是该时间点预测的基础负荷值和已确定充电计划的电动汽车在该时间点有充电计划的负荷叠加后的结果。
不考虑实时负荷和用户交互的方案完全以给定预测的负荷曲线来制定充电策略，可以直接将该电动汽车所需的m个充电时间段按照负荷波动最小的充电策略分配到P中n个时间节点对应的时间段中充电。因此，它的优化目标函数用式(4)表达：
Figure BDA0003080554410000073
Figure BDA0003080554410000081
式中，
Figure BDA0003080554410000082
为确定充电计划后n个时间点的负荷均值，Ki为对应时间点充电桩的开关情况，充电对应数值1，关断对应数值0，且Ki满足式(6)，也是优化函数的约束条件。
Figure BDA0003080554410000083
确定充电计划后,将确定的Pi＝Pi+Kip0值更新到矩阵P的对应时间的负荷中，并等待新的充电请求。
考虑用户需求和实时负荷变化的方案，要根据获取的实时负荷信息修正最近时间节点即P1的负荷信息，而P2～Pn的值与预测值保持一致。根据用户的实时负荷需求修正矩阵P中的可充电节点的信息，该信息包含该节点的时间信息和负荷信息。并根据修正后的矩阵P，采用相同的负荷波动最小的控制策略确定充电时间。
无实时负荷和用户交互的方案完全以给定预测的负荷曲线来制定充电策略，将每个电动汽车所需的充电时间分配到它们各自充电时间范围内负荷较小的时间段内。考虑到实时负荷因素以及用户中途修改充电方案的影响，会在每个新的时间节点之前更新负荷信息和电动汽车的充电信息，并根据新的数据制定充电策略。在制定充电方案中应满足的几个约束：充电时间约束；用户需求约束；变压器容量限制，即所有负荷之和不应超过小区变压器容量；优先安排负荷最低时间点充电。
在本实施例中，电网实际负荷与预测负荷不同时两种有序充电方案负荷曲线分别如图5和图6所示。可以看出当实际负荷曲线与预测负荷曲线出现偏差时，完全以预测曲线设计的方案就会随着实际负荷曲线的偏差而产生较大偏差，而根据实时负荷信息调整的方案仍然能够很好的实现削峰填谷，保障电网稳定的目标。
因此通过本实施例可以发现，依靠台区智能融合终端实时获取网侧、用户侧和充电桩的信息，根据边缘计算技术实时优化可以满足用户需求的同时更好的保障电网稳定，促进电动汽车进行有序充电。
本发明还提出了一种基于台区智能融合终端的电动汽车有序充电系统200，如图7所示，包括：
台区智能融合终端单元201，获取台区充电桩的基本信息，根据基本信息，确定台区充电桩的日负荷预测结果；
通过台区智能融合终端实时更新台区充电桩的负荷信息及用户需求信息，确定当台区充电桩接收新的电动汽车接入信息后，若用户选择电网调度模式充电，根据新接入的电动汽车电池的SOC信息、日负荷预测结果、实时更新的负荷信息及用户需求信息判断台区充电桩是否能满足充电需求；
如满足，当在新的时间节点前有新的电动汽车接入台区充电桩后，确定是否有已接入的电动汽车修改充电计划及是否实时负荷信息与日负荷预测结果差距过大，若否，以历史充电方案为新接入的电动汽车充电；若是，获取新接入的电动汽车的基本信息，根据基本信息及电价信息，确定充电方案，并以新制定的充电方案为新接入的电动汽车充电；
数据交互单元202，数据交互单元用于台区智能融合终端单元与台区充电桩的数据交互。
其中，台区充电桩的基本信息，包括：日负荷曲线、电价信息、电动汽车基本信息和充电设施信息。
其中，新接入的电动汽车根据电池的SOC信息还可以选择接入即充模式充电。
其中，电动汽车的基本信息，包括：接入时间、结束时间、接入时的电池SOC、离开时的电池SOC和额定充电功率。
其中，充电方案满足台区充电桩的负荷上限约束、用户需求、削峰填谷和电网稳定的顺序的要求。
本发明可以有效地提高充电设施数据信息实时性及互联互通性，提高配电自动化终端与电动汽车充电设施兼容性，使得采集数据足以支撑电动汽车充电设施参与互动。
本发明中有序充电方式结合实时负荷信息完成充电方案制定，更加精确的捕捉负荷的峰谷信息，进一步保证电网的稳定运行；同时与用户实时反馈，充分考虑用户的需求，为用户节约充电成本，并实现充电行为的透明化。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于台区智能融合终端的电动汽车有序充电方法，所述方法包括：
获取台区充电桩的基本信息，根据基本信息，确定台区充电桩的日负荷预测结果，并将日负荷预测结果及电价信息输入台区智能融合终端；
通过台区智能融合终端实时更新台区充电桩的负荷信息及用户需求信息，确定当台区充电桩接收新的电动汽车接入信息后，若用户选择电网调度模式充电，根据新接入的电动汽车电池的SOC信息、日负荷预测结果、实时更新的负荷信息及用户需求信息判断台区充电桩是否能满足充电需求；
如满足，当在新的时间节点前有新的电动汽车接入台区充电桩后，确定是否有已接入的电动汽车修改充电计划及是否实时负荷信息与日负荷预测结果差距过大，若否，以历史充电方案为新接入的电动汽车充电；若是，获取新接入的电动汽车的基本信息，根据基本信息及电价信息，确定充电方案，并以新制定的充电方案为新接入的电动汽车充电。
2.根据权利要求1所述的方法，所述台区充电桩的基本信息，包括：日负荷曲线、电价信息、电动汽车基本信息和充电设施信息。
3.根据权利要求1所述的方法，所述新接入的电动汽车根据电池的SOC信息还可以选择接入即充模式充电。
4.根据权利要求1所述的方法，所述电动汽车的基本信息，包括：接入时间、结束时间、接入时的电池SOC、离开时的电池SOC和额定充电功率。
5.根据权利要求1所述的方法，所述充电方案满足台区充电桩的负荷上限约束、用户需求、削峰填谷和电网稳定的顺序的要求。
6.一种基于台区智能融合终端的电动汽车有序充电系统，所述系统包括：
台区智能融合终端单元，获取台区充电桩的基本信息，根据基本信息，确定台区充电桩的日负荷预测结果；
通过台区智能融合终端实时更新台区充电桩的负荷信息及用户需求信息，确定当台区充电桩接收新的电动汽车接入信息后，若用户选择电网调度模式充电，根据新接入的电动汽车电池的SOC信息、日负荷预测结果、实时更新的负荷信息及用户需求信息判断台区充电桩是否能满足充电需求；
如满足，当在新的时间节点前有新的电动汽车接入台区充电桩后，确定是否有已接入的电动汽车修改充电计划及是否实时负荷信息与日负荷预测结果差距过大，若否，以历史充电方案为新接入的电动汽车充电；若是，获取新接入的电动汽车的基本信息，根据基本信息及电价信息，确定充电方案，并以新制定的充电方案为新接入的电动汽车充电；
数据交互单元，数据交互单元用于台区智能融合终端单元与台区充电桩的数据交互。
7.根据权利要求6所述的系统，所述台区充电桩的基本信息，包括：日负荷曲线、电价信息、电动汽车基本信息和充电设施信息。
8.根据权利要求6所述的系统，所述新接入的电动汽车根据电池的SOC信息还可以选择接入即充模式充电。
9.根据权利要求6所述的系统，所述电动汽车的基本信息，包括：接入时间、结束时间、接入时的电池SOC、离开时的电池SOC和额定充电功率。
10.根据权利要求6所述的系统，所述充电方案满足台区充电桩的负荷上限约束、用户需求、削峰填谷和电网稳定的顺序的要求。
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