CN113561834B - 一种充电桩有序充电管理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种充电桩有序充电管理方法及系统，包括：步骤S1，所述控制模块获取所述目标电动汽车的一预期充电时间以及所述充电桩所属的一配电台区的一历史负荷数据序列；步骤S2，所述控制模块将所述历史负荷数据序列输入预先建立的一预测模型得到所述预期充电时间内的预测负荷数据序列；步骤S3，所述控制模块获取所述配电台区当前的实际负荷数据，并根据所述实际负荷数据和所述预测负荷数据序列生成一充电策略，以在对所述目标电动汽车的充电过程中自适应调整所述充电桩的充电功率进行有序充电管理。有益效果是实现配电台区电网的削峰填谷，优化能源配置，减少集中式充电站对电网的负荷冲击，使得电网负荷更加稳定。

Description

一种充电桩有序充电管理方法及系统

技术领域

本发明涉及充电管理技术领域，尤其涉及一种充电桩有序充电管理方法及系统。

背景技术

随着能源的紧缺以及环境保护的需要，电动汽车被广泛推广和应用，以降低燃油车辆对能源的消耗以及减少尾气排放对环境的影响。随着新能源电动汽车的加速发展，当前电动汽车数量急剧上升，充电站的建设解决了一部分的电动汽车充电问题。充电站内一般配置几十到几百个不同参数的充电桩。当前电动汽车充电过程中多数是恒定功率，大规模电动汽车接入配电网自由充电时，会产生电网高峰负荷增加、电压偏移及波动加大、供电效率及经济性下降、影响配网安全稳定等一系列问题，进而增加电网调频与调压的难度。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种充电桩有序充电管理方法，于充电站的各充电桩内分别配置一控制模块，所述控制模块与连接所述充电桩的一目标电动汽车建立通信连接；

则所述充电桩有序充电管理方法包括：

步骤S1，所述控制模块获取所述目标电动汽车的一预期充电时间以及所述充电桩所属的一配电台区的一历史负荷数据序列；

步骤S2，所述控制模块将所述历史负荷数据序列输入预先建立的一预测模型得到所述预期充电时间内的预测负荷数据序列；

步骤S3，所述控制模块获取所述配电台区当前的实际负荷数据，并根据所述实际负荷数据和所述预测负荷数据序列生成一充电策略，以在对所述目标电动汽车的充电过程中自适应调整所述充电桩的充电功率进行有序充电管理。

优选的，所述控制模块中预先配置有一第一时长，所述步骤S1中，所述控制模块获取所述目标电动汽车连接所述充电桩时刻之前的所述第一时长的各所述实际负荷数据形成所述历史负荷数据序列。

优选的，所述控制模块中预先配置有多个波动等级，每个所述波动等级关联一第二时长；则执行所述步骤S1之前，还包括一负荷波动监测过程，包括：

步骤A1，所述控制模块实时监测所述配电台区的所述实际负荷数据，并处理得到所述实际负荷数据随时间变化的波动指标；

步骤A2，所述控制模块根据所述波动指标处理得到所述实际负荷数据随时间变化的所述波动等级，并根据所述波动等级匹配得到对应的所述第二时长；

所述步骤S1中，所述控制模块获取所述目标电动汽车连接所述充电桩时刻之前的所述第二时长的各所述实际负荷数据形成所述历史负荷数据序列。

优选的，所述步骤S2中，所述预测模型为差分整合移动平均自回归模型，或自回归模型，或移动平均模型，或自回归滑动平滑模型。

优选的，所述步骤S3包括：

步骤S31，所述控制模块获取所述配电台区当前的所述实际负荷数据，并判断所述实际负荷数据与所述预测负荷数据序列中对应的各预测负荷数据之间的差值是否为负值：

若否，则转向步骤S32；

若是，则转向步骤S33；

步骤S32，所述控制模块在所述预测负荷数据对应的预期充电时刻调大所述充电桩的所述充电功率使得所述差值为零，随后转向步骤S34；

步骤S33，所述控制模块在所述预测负荷数据对应的预期充电时刻调小所述充电桩的所述充电功率至预设的一最小功率值，随后转向步骤S34；

步骤S34，所述控制模块获取并根据所述预期充电时间包含的各所述预期充电时刻对应的所述充电功率生成所述充电策略，以在对所述目标电动汽车的充电过程中自适应调整所述充电桩的充电功率进行有序充电管理。

优选的，执行所述步骤S34之后还包括一策略调整过程，包括：

步骤B1，所述控制模块根据所述充电策略处理得到所述目标电动汽车的充满电时间，并判断所述充满电时间是否大于所述预期充电时间：

若否，则控制所述充电桩根据所述充电策略对所述目标电动汽车进行充电，随后退出；

若是，则转向步骤B2；

步骤B2，所述控制模块对所述充电策略进行调整，随后控制所述充电桩根据调整后的所述充电策略对所述目标电动汽车进行充电。

优选的，所述步骤B2中，所述控制模块将负值的各所述差值的总和绝对值最小作为目标，将所述充满电时间不大于所述预期充电时间为约束条件，调大所述最小功率值，并根据调整后的所述充电功率对所述充电策略进行调整，随后控制所述充电桩根据调整后的所述充电策略对所述目标电动汽车进行充电。

优选的，执行所述步骤B2之前，还包括：

所述控制模块生成一通知信息，以告知所述目标电动汽车的车主在所述预期充电时间内无法充满电，需要延长充电时间；

所述控制模块接收所述车主根据所述通知信息给出的反馈信号，并在所述反馈信号表示用户接受延长充电时间时控制所述充电桩根据所述充电策略对所述目标电动汽车进行充电，以及在所述反馈信号表示用户拒绝延长充电时间时转向所述步骤B2。

优选的，所述通知信息中还包括一延长时长；

所述控制模块计算所述充满电时间与所述预期充电时间的时间差值作为所述延长时长。

本发明还提供一种充电桩有序充电管理系统，应用上述的充电桩有序充电管理方法，所述充电桩有序充电管理系统包括：

配电管理端，用于检测一充电站内的各充电桩所属的一配电台区当前的实际负荷数据并输出；

控制模块，分别连接所述充电桩和所述配电管理端，所述控制模块包括：

数据获取单元，用于获取连接所述充电桩的所述目标电动汽车的一预期充电时间以及所述充电桩所属的所述配电台区的一历史负荷数据序列；

数据处理单元，连接所述数据获取单元，用于将所述历史负荷数据序列输入预先建立的一预测模型得到所述预期充电时间内的预测负荷数据序列；

策略生成单元，连接所述数据处理单元，用于获取所述配电台区当前的实际负荷数据，并根据所述实际负荷数据和所述预测负荷数据序列生成一充电策略，以在对所述目标电动汽车的充电过程中自适应调整所述充电桩的充电功率进行有序充电管理。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：通过对预期充电时间的电网配电台区的负荷数据进行预测，并结合当前的实际负荷数据制定充电策略，实现配电台区电网的削峰填谷，优化能源配置，减少集中式充电站对电网的负荷冲击，使得电网负荷更加稳定。

附图说明

图1为本发明的较佳的实施例中，一种充电桩有序充电管理方法的流程示意图；

图2为本发明的较佳的实施例中，负荷波动监测过程的流程示意图；

图3为本发明的较佳的实施例中，充电策略生成过程的流程示意；

图4为本发明的较佳的实施例中，策略调整过程的流程示意图；

图5为本发明的较佳的实施例中，一种充电桩有序充电管理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种充电桩有序充电管理方法，于充电站的各充电桩内分别配置一控制模块，控制模块与连接充电桩的一目标电动汽车建立通信连接；

如图1所示，则充电桩有序充电管理方法包括：

步骤S1，控制模块获取目标电动汽车的一预期充电时间以及充电桩所属的一配电台区的一历史负荷数据序列；

步骤S2，控制模块将历史负荷数据序列输入预先建立的一预测模型得到预期充电时间内的预测负荷数据序列；

步骤S3，控制模块获取配电台区当前的实际负荷数据，并根据实际负荷数据和预测负荷数据序列生成一充电策略，以在对目标电动汽车的充电过程中自适应调整充电桩的充电功率进行有序充电管理。

具体地，本实施例中，上述控制模块可以内嵌于充电桩供电侧断路器中，在目标电动汽车连接充电桩时，该控制模块与目标电动汽车的车载电池管理系统建立通信连接，进而获取目标电动汽车的预期充电时间。其中，该控制模块还可以与配电台区的配电管理端建立通信连接，从而由配电管理端获取该历史负荷数据序列。

作为一种优选的实施方式，充电桩上可以配置有人机交互界面，以供目标电动汽车的车主输入预期充电时间，进而由人机交互界面将预期充电时间发送至控制模块。作为另一种优选的实施方式，控制模块可以与一车主终端建立通信连接，目标电动汽车的车主通过车主终端输入预期充电时间，进而由车主终端将该预期充电时间发送至控制模块。上述预期充电时间的输入方式可以是按键输入或语音输入。需要说明的是，上述各实施方式以及输入方式并不作为对本发明的限定。

进一步地，历史负荷数据序列为目标电动汽车连接充电桩时刻之前的一定时间段之内的各历史负荷数据按照采集时间的先后顺序形成。该一定时间段可以根据需求自行配置，也可以根据监测得到负荷数据的波动情况自适应调整。

其中，在根据需求自动配置时，控制模块中预先配置有一第一时长，步骤S1中，控制模块获取目标电动汽车连接充电桩时刻之前的第一时长的各实际负荷数据形成历史负荷数据序列。该第一时长可以是12小时，也可以是4小时，满足历史负荷数据序列的预测数据需求即可，此处不作限定。

在根据波动情况自适应调整时，控制模块中预先配置有多个波动等级，每个波动等级关联一第二时长；则执行步骤S1之前，还包括一负荷波动监测过程，如图2所示，包括：

步骤A1，控制模块实时监测配电台区的实际负荷数据，并处理得到实际负荷数据随时间变化的波动指标；

步骤A2，控制模块根据波动指标处理得到实际负荷数据随时间变化的波动等级，并根据波动等级匹配得到对应的第二时长；

步骤S1中，控制模块获取目标电动汽车连接充电桩时刻之前的第二时长的各实际负荷数据形成历史负荷数据序列。

具体地，本实施例中，上述波动等级可以包括第一等级和第二等级，其中，第一等级相对第二等级波动更为明显，则优选第一等级对应的第二时长小于第二等级对应的第二时长，如可以选取第一等级对应的第二时长为4小时，第二等级对应的第二时长为12小时。更为优选的，由于第二等级对应的实际负荷数据随时间波动较为平稳，在选取第二时长的各实际负荷数据时可以选取粗时间粒度的实际负荷数据，给定较长的第二时长便于数据提取。由于第一等级对应的实际负荷数据随时间波动较为明显，为更好体现当前时间段的实际负荷数据的变化，优选选取细时间粒度的实际负荷数据，如选择秒级的实际负荷数据。上述波动等级也可以包括更多的波动等级，相应第二时长的配置以此类推，此处不再赘述。

进一步地，上述波动指标可以通过方差表征，则步骤A2中，可以将方差与预设的至少一个方差阈值进行比较，方差小于该方差阈值时表示实际负荷数据随时间变化的波动较小，其对应的波动等级关联的第二时长更大，方差不小于该方差阈值则表示实际负荷数据随时间变化的波动较大，其对应的波动等级关联的第二时长更小。上述波动指标还可以通过四分位数，或最值差值，或标准差等进行表征，只需对应配置相应的评价标准即可，此处不作限定。

本实施例中，在获取历史负荷数据序列之后，通过预先建立的预测模型对历史负荷数据序列进行时间序列预测分析得到预期充电时间内的预测负荷数据序列。在进行时间序列预测分析时，需要被分析的历史负荷数据序列为平稳非白噪声序列，因此，优选的，在将历史负荷数据序列输入预测模型之前，需要首先对其进行平稳性检测和白噪声检测，若平稳性检测不通过，优选采取对数、差分等相应的变换将其变为平稳序列，随后对该平稳序列进行白噪声检测，若其不是白噪声序列，则可以采用预测模型进行拟合，随后进行预测得到预期充电时间内的预测负荷数据序列。

本发明的较佳的实施例中，步骤S2中，预测模型为差分整合移动平均自回归模型，或自回归模型，或移动平均模型，或自回归滑动平滑模型。

本发明的较佳的实施例中，如图3所示，步骤S3包括：

步骤S31，控制模块获取配电台区当前的实际负荷数据，并判断实际负荷数据与预测负荷数据序列中对应的各预测负荷数据之间的差值是否为负值：

若否，则转向步骤S32；

若是，则转向步骤S33；

步骤S32，控制模块在预测负荷数据对应的预期充电时刻调大充电桩的充电功率使得差值为零，随后转向步骤S34；

步骤S33，控制模块在预测负荷数据对应的预期充电时刻调小充电桩的充电功率至预设的一最小功率值，随后转向步骤S34；

步骤S34，控制模块获取并根据预期充电时间包含的各预期充电时刻对应的充电功率生成充电策略，以在对目标电动汽车的充电过程中自适应调整充电桩的充电功率进行有序充电管理。

具体地，本实施例中，在实际负荷数据与预测负荷数据之间的差值为非负值时，说明该配电台区的可使用的剩余负荷为非负值，为了实现电网的填谷，需要增大充电桩的充电功率，此时，目标电动汽车的电池管理系统以较大的实际充电负荷进行充电，以尽量用足剩余负荷。在实际负荷数据与预测负荷数据之间的差值为负值时，说明该配电台区的可使用的剩余负荷为负值，说明此时配电台区为满负荷运转状态，为了实现车主的正常充电同时实现电网的削峰，需要减小充电桩的充电功率，优选减小至预设的最小功率值，此时，目标电动汽车的电池管理系统以较小的实际充电负荷进行充电，有效减轻配电台区的供电负担。

进一步地，在实际负荷数据与预测负荷数据之间的差值为负值的供电峰值时段，由于采用较小的实际充电负荷进行充电，可能会导致在该充电策略下无法满足车主在预期充电时间充满电的需求，因此，需要在实现配电台区的供电压力尽可能小的情况下进行充电策略的调整，则本实施例中，执行步骤S34之后还包括一策略调整过程，如图4所示，包括：

步骤B1，控制模块根据充电策略处理得到目标电动汽车的充满电时间，并判断充满电时间是否大于预期充电时间：

若否，则控制充电桩根据充电策略对目标电动汽车进行充电，随后退出；

若是，则转向步骤B2；

步骤B2，控制模块对充电策略进行调整，随后控制充电桩根据调整后的充电策略对目标电动汽车进行充电。

本发明的较佳的实施例中，步骤B2中，控制模块将负值的各差值的总和绝对值最小作为目标，将充满电时间不大于预期充电时间为约束条件，调大最小功率值，并根据调整后的充电功率对充电策略进行调整，随后控制充电桩根据调整后的充电策略对目标电动汽车进行充电。

为进一步实现配电台区的电网平稳，在充满电时间大于预期充电时间时，在调整充电策略之前可以先与车主进行数据交互，具体地，执行步骤B2之前，还包括：

控制模块生成一通知信息，以告知目标电动汽车的车主在预期充电时间内无法充满电，需要延长充电时间；

控制模块接收车主根据通知信息给出的反馈信号，并在反馈信号表示用户接受延长充电时间时控制充电桩根据充电策略对目标电动汽车进行充电，以及在反馈信号表示用户拒绝延长充电时间时转向步骤B2。

具体地，本实施例中，上述通知消息可以显示于充电桩的人机交互界面上，也可以显示于车主终端上，以供车主及时查看反馈。

本发明的较佳的实施例中，通知信息中还包括一延长时长；

控制模块计算充满电时间与预期充电时间的时间差值作为延长时长。

具体地，本实施例中，在通知信息中给出延长时长，以便车主明确需要延长的时间，为车主给出反馈提供参考，提升车主使用体验。作为一个优选的实施方式，该通知信息还可以包括相应的运营策略展示，该运营策略可以包括若用户接受延长充电时间给予用户一定的费用补偿，如费用折扣、补偿金返还以及优惠券等。作为另一个优选的实施方式，该运营策略可以包括多个备选延长时长，每个备选延长时长分别对应不同的优惠策略，优选备选延长时长越长，则对应的优惠策略的优惠力度越大，且各备选延长时长不大于通知消息中给出的延长时长。车主选定相应的备选延长时长后发送至控制模块，控制模块根据该备选延长时长对充电策略进行适应性调整。

本发明还提供一种充电桩有序充电管理系统，应用上述的充电桩有序充电管理方法，如图5所示，充电桩有序充电管理系统包括：

配电管理端1，用于检测一充电站内的各充电桩2所属的一配电台区当前的实际负荷数据并输出；

控制模块3，分别连接充电桩2和配电管理端1，控制模块3包括：

数据获取单元31，用于获取连接充电桩的目标电动汽车的一预期充电时间以及充电桩所属的配电台区的一历史负荷数据序列；

数据处理单元32，连接数据获取单元31，用于将历史负荷数据序列输入预先建立的一预测模型得到预期充电时间内的预测负荷数据序列；

策略生成单元33，连接数据处理单元32，用于获取配电台区当前的实际负荷数据，并根据实际负荷数据和预测负荷数据序列生成一充电策略，以在对目标电动汽车的充电过程中自适应调整充电桩的充电功率进行有序充电管理。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种充电桩有序充电管理方法，其特征在于，于充电站的各充电桩内分别配置一控制模块，所述控制模块与连接所述充电桩的一目标电动汽车建立通信连接；

则所述充电桩有序充电管理方法包括：

步骤S1，所述控制模块获取所述目标电动汽车的一预期充电时间以及所述充电桩所属的一配电台区的一历史负荷数据序列；

步骤S2，所述控制模块将所述历史负荷数据输入预先建立的一预测模型得到所述预期充电时间内的预测负荷数据序列；

步骤S3，所述控制模块获取所述配电台区当前的实际负荷数据，并根据所述实际负荷数据和所述预测负荷数据序列生成一充电策略，以在对所述目标电动汽车的充电过程中自适应调整所述充电桩的充电功率进行有序充电管理；

所述步骤S3包括：

步骤S31，所述控制模块获取所述配电台区当前的所述实际负荷数据，并判断所述实际负荷数据与所述预测负荷数据序列中对应的各预测负荷数据之间的差值是否为负值：

若否，则转向步骤S32；

若是，则转向步骤S33；

步骤S32，所述控制模块在所述预测负荷数据对应的预期充电时刻调大所述充电桩的所述充电功率使得所述差值为零，随后转向步骤S34；

步骤S33，所述控制模块在所述预测负荷数据对应的预期充电时刻调小所述充电桩的所述充电功率至预设的一最小功率值，随后转向步骤S34；

步骤S34，所述控制模块获取并根据所述预期充电时间包含的各所述预期充电时刻对应的所述充电功率生成所述充电策略，以在对所述目标电动汽车的充电过程中自适应调整所述充电桩的充电功率进行有序充电管理；

执行所述步骤S34之后还包括一策略调整过程，包括：

步骤B1，所述控制模块根据所述充电策略处理得到所述目标电动汽车的充满电时间，并判断所述充满电时间是否大于所述预期充电时间：

若否，则控制所述充电桩根据所述充电策略对所述目标电动汽车进行充电，随后退出；

若是，则转向步骤B2；

步骤B2，所述控制模块对所述充电策略进行调整，随后控制所述充电桩根据调整后的所述充电策略对所述目标电动汽车进行充电；

所述步骤B2中，所述控制模块将负值的各所述差值的总和绝对值最小作为目标，将所述充满电时间不大于所述预期充电时间为约束条件，调大所述最小功率值，并根据调整后的所述充电功率对所述充电策略进行调整，随后控制所述充电桩根据调整后的所述充电策略对所述目标电动汽车进行充电。

2.根据权利要求1所述的充电桩有序充电管理方法，其特征在于，所述控制模块中预先配置有一第一时长，所述步骤S1中，所述控制模块获取所述目标电动汽车连接所述充电桩时刻之前的所述第一时长的各所述实际负荷数据形成所述历史负荷数据序列。

3.根据权利要求1所述的充电桩有序充电管理方法，其特征在于，所述控制模块中预先配置有多个波动等级，每个所述波动等级关联一第二时长；则执行所述步骤S1之前，还包括一负荷波动监测过程，包括：

步骤A1，所述控制模块实时监测所述配电台区的所述实际负荷数据，并处理得到所述实际负荷数据随时间变化的波动指标；

步骤A2，所述控制模块根据所述波动指标处理得到所述实际负荷数据随时间变化的所述波动等级，并根据所述波动等级匹配得到对应的所述第二时长；

所述步骤S1中，所述控制模块获取所述目标电动汽车连接所述充电桩时刻之前的所述第二时长的各所述实际负荷数据形成所述历史负荷数据序列。

4.根据权利要求1所述的充电桩有序充电管理方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述预测模型为差分整合移动平均自回归模型，或自回归模型，或移动平均模型，或自回归滑动平滑模型。

5.根据权利要求1所述的充电桩有序充电管理方法，其特征在于，执行所述步骤B2之前，还包括：

所述控制模块生成一通知信息，以告知所述目标电动汽车的车主在所述预期充电时间内无法充满电，需要延长充电时间；

所述控制模块接收所述车主根据所述通知信息给出的反馈信号，并在所述反馈信号表示用户接受延长充电时间时控制所述充电桩根据所述充电策略对所述目标电动汽车进行充电，以及在所述反馈信号表示用户拒绝延长充电时间时转向所述步骤B2。

6.根据权利要求5所述的充电桩有序充电管理方法，其特征在于，所述通知信息中还包括一延长时长；

所述控制模块计算所述充满电时间与所述预期充电时间的时间差值作为所述延长时长。

7.一种充电桩有序充电管理系统，其特征在于，应用如权利要求1-6中任意一项所述的充电桩有序充电管理方法，所述充电桩有序充电管理系统包括：

配电管理端，用于检测一充电站内的各充电桩所属的一配电台区当前的实际负荷数据并输出；

控制模块，分别连接所述充电桩和所述配电管理端，所述控制模块包括：

数据获取单元，用于获取连接所述充电桩的所述目标电动汽车的一预期充电时间以及所述充电桩所属的所述配电台区的一历史负荷数据序列；

数据处理单元，连接所述数据获取单元，用于将所述历史负荷数据序列输入预先建立的一预测模型得到所述预期充电时间内的预测负荷数据序列；

策略生成单元，连接所述数据处理单元，用于获取所述配电台区当前的实际负荷数据，并根据所述实际负荷数据和所述预测负荷数据序列生成一充电策略，以在对所述目标电动汽车的充电过程中自适应调整所述充电桩的充电功率进行有序充电管理。

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