CN114056161A - 一种充电桩有序充电系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种充电桩有序充电系统以及控制方法，该系统包括充电功率控制单元、充电控制终端和充电集群调度平台；所述充电功率控制单元从充电桩中获取充电桩充电数据，并将所述充电桩充电数据上传至充电控制终端；所述充电控制终端接收每个充电功率控制单元发送的充电桩充电数据以及采集台区负荷数据，并将其上传至所述充电集群调度平台；所述充电集群调度平台接收每个充电控制终端发送的充电桩充电数据和台区负荷数据并生成充电计划下发。本发明通过有序充电控制系统及控制方法控制充电桩进行有序充电，实现电动汽车充电负荷与配电网供电能力相匹配，可保障电动汽车电能供给和电网运行安全，提升电网设备利用率，促进清洁能源消纳。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种充电桩有序充电系统及控制方法。
背景技术
随着电动汽车的推广和技术进步，发展电动汽车是节能减排、消纳可再生能源、发展低碳经济的重要手段。为满足越来越多的电动汽车出行需求，电动汽车充电设施建设在未来将迎来长期发展。目前电动汽车充电设备大多采用即时充电的方式，充电桩不能对电动汽车充电的时机和充电功率进行实时控制，随着电动汽车用户数量的增长，电动汽车规模化无序充电会进一步加剧电网的不确定性，恶化电力系统运行指标，导致居民负荷“峰上加峰”，迫使供电设备增容、扩容，并造成供电设备利用率下降，不利于电网的稳定、经济运行。因此，建设合理高效有序用电系统，为用户提供及时准确的用电信息，成为亟待解决的问题。
发明内容
基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种充电桩有序充电系统及控制方法，该系统能够根据电网运行情况、上级调度系统指令、台区负荷情况、电动汽车充电需求等方面综合决策，通过控制相关的充电设施，积极引导电动汽车用户进行有序充电，平抑电网负荷波动，减少配电网的投资建设成本，保证电网稳定。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种充电桩有序充电系统，包括充电功率控制单元、充电控制终端和充电集群调度平台；其中，
所述充电功率控制单元通过第一通信网络与充电桩连接，以从所述充电桩中获取充电桩充电数据，并将所述充电桩充电数据上传至所述充电控制终端；
所述充电控制终端通过所述第二通信网络连接多个充电功率控制单元以接收每个充电功率控制单元发送的充电桩充电数据；所述充电控制终端还采集台区负荷数据，并将所述充电桩充电数据和台区负荷数据上传至所述充电集群调度平台；
所述充电集群调度平台通过第三通信网络连接多个充电控制终端，以接收每个充电控制终端发送的充电桩充电数据和台区负荷数据。
进一步的，所述充电集群调度平台根据所述充电桩充电数据和台区负荷数据生成台区充电计划，并发送至其所连接的各充电控制终端。
进一步的，所述充电控制终端根据所述台区充电计划、台区负荷数据和充电桩充电数据，生成充电桩充电计划并发送至其所连接的各充电控制单元；
各所述充电控制单元根据充电桩充电计划执行充电操作。
进一步的，所述充电桩充电数据包括充电实时功率、遥信遥测数据和充电电量数据；所述台区负荷数据包括台区实时负荷数据和台区历史负荷数据。
进一步的，还包括用户操作终端；所述用户操作终端接收用户输入的充电请求并发送至所述充电控制终端；
所述充电控制终端根据所述充电请求生成充电桩充电计划。
进一步的，所述充电控制终端实时分析用户充电请求目标达成偏差，若所述偏差大于预期偏差，则通过所述用户操作终端反馈至用户，以使用户调整充电请求。
根据本发明的第二个方面，提供了一种如本发明第一个方面所述的充电桩有序充电系统的充电控制方法，所述充电控制方法由充电控制终端实施，包括：
接收用户的充电请求；
若台区容量充足，则按照先请求先处理的原则，使得当前充电控制终端采集所有启动中的充电桩充电功率总和不超过充电集群调度平台下发的充电功率规划值，根据充电桩上送充电时间和充电集群调度平台下发用户充电时间，计算当前请求充电桩的充电时间计划以及预计充电完成时间；
若台区容量临近超载，向所述充电集群调度服务平台告警，并根据超载策略调整或暂停部分充电负荷。
进一步的，所述根据超载策略调整或暂停部分充电负荷，包括：
优化充电时序：计算所述用户请求中充电桩用户的时间裕度，向后调整时间裕度大的用户，控制时间裕度小的用户优先充电；其中，时间裕度＝剩余充电时间/剩余充电电量。
进一步的，所述根据超载策略调整或暂停部分充电负荷，包括：
优化充电完成度：当优化充电时序无法使当前台区充电需求功率小于充电集群调度平台下发最大充电负荷时，则按照充电完成度较高的优先降功率进行功率调节。
进一步的，还包括：
当临近超载消除时，按照上述优化充电时序和优化充电完成度的调节相反的顺序依次恢复充电功率。
综上所述，本发明提供了一种充电桩有序充电系统以及控制方法，该系统包括充电功率控制单元、充电控制终端和充电集群调度平台；其中，所述充电功率控制单元从充电桩中获取充电桩充电数据，并将所述充电桩充电数据上传至所述充电控制终端；所述充电控制终端接收每个充电功率控制单元发送的充电桩充电数据以及采集台区负荷数据，并将所述充电桩充电数据和台区负荷数据上传至所述充电集群调度平台；所述充电集群调度平台接收每个充电控制终端发送的充电桩充电数据和台区负荷数据并生成充电计划下发。本发明提供的技术方案，通过有序充电控制系统及控制方法控制充电桩进行有序充电，实现电动汽车充电负荷与配电网供电能力相匹配，可保障电动汽车电能供给和电网运行安全，提升电网设备利用率，促进清洁能源消纳。
附图说明
图1是本发明充电桩有序充电系统的拓扑结构示意图；
图2是充电功率控制单元、充电控制终端和充电集群调度平台的交互示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
下面对结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种充电桩有序充电系统，该充电系统的拓扑结构示意图如图1所示，包括充电功率控制单元、充电控制终端和充电集群调度平台。
所述充电功率控制单元通过第一通信网络与充电桩连接，以从所述充电桩中获取充电桩充电数据，并将所述充电桩充电数据上传至所述充电控制终端。该充电功率控制单元可以包括CPU处理器、4G通信模块、CAN通信模块、RS485通信模块、时钟、电源管理等，用以完成数据采集、存储、通信、功率控制、策略执行等功能。该有序充电功率控制单元为具备数据采集、存储、通信、功率控制、策略执行等功能，实现电动汽车交流充电桩、直流充电桩等客户侧用能设备的灵活接入与交互。
所述充电控制终端通过所述第二通信网络连接多个充电功率控制单元以接收每个充电功率控制单元发送的充电桩充电数据；所述充电控制终端还采集台区负荷数据，并将所述充电桩充电数据和台区负荷数据上传至所述充电集群调度平台。该充电控制终端可以通过RS485通信接口从台区集中器或总表中获取台区负荷数据。该充电控制终端可以包括显示模块、CPU处理器、ESAM模块、非易失存储器、硬件接口、定位模块、4G通信模块、CAN通信模块、RS485通信模块、时钟、电源管理等部件构成，支持完成双向通信、台区信息采集、本地自制控制、台区识别、数据加密、充电负荷预测、充电设备资产管理、充电计划优化控制、故障异常告警保护、监测预警、和数据统计分析等功能。
所述充电集群调度平台通过第三通信网络连接多个充电控制终端，以接收每个充电控制终端发送的充电桩充电数据和台区负荷数据。该充电集群调度平台可以包括协议适配、数据采集、数据处理、远方控制、实时监控、设备管理等模块，用以实现有序充电、可视化展示等功能。
其中，所述充电桩充电数据包括充电实时功率、遥信遥测数据和充电电量数据；所述台区负荷数据包括台区实时负荷数据和/或台区历史负荷数据。
充电集群调度平台与充电控制终端之间、充电控制终端与充电功率控制单元之间、充电功率控制单元与充电桩之间相互交互，构成三层交互网络。其中，第一通信网络例如为4G通信网络，第二通信网络和第三通信网络例如为CAN总线通信网络。
所述充电集群调度平台根据所述充电桩充电数据和台区负荷数据生成台区充电计划，并发送至其所连接的各充电控制终端。所述充电控制终端根据所述台区充电计划、台区负荷数据和充电桩充电数据，生成充电桩充电计划并发送至其所连接的各充电控制单元；各所述充电控制单元根据充电桩充电计划执行充电操作。本实施例中，充电控制终端分析充电功率控制单元上送充电桩充电数据与台区变压器上送的台区负荷数据，并上送至充电集群调度平台，以分析计算站内充电桩最大输出功率，下发功率控制命令调节至充电桩，用以实现充电桩有序充电。充电集群调度平台用于实现不同台区内充电负荷预测和充电计划生成，协调多台充电控制终端进行调控工作。图2中示出了有序充电控制系统中充电功率控制单元、充电控制终端和充电集群调度平台之间相互交互的示意图。充电集群调度平台例如可以采用点对点倍比算法、倍比平滑算法和一次指数平滑法，对台区负荷分析得出未来充电负荷预测，以生成充电计划。各充电控制终端可以通过接收充电集群调度平台下发的台区基础负荷预测曲线以及台区日前充电负荷规划，根据当前台区信息和台区下各充电桩充电情况进行本地自治，生成各自充电桩对应的充电计划，管理充电桩有序充放电资源分配，实现有序充电控制。
该系统还包括用户操作终端；所述用户操作终端接收用户输入的充电请求并发送至所述充电控制终端；所述充电控制终端根据所述充电请求生成充电桩充电计划。所述充电控制终端实时分析用户充电请求目标达成偏差，若所述偏差大于预期偏差，则通过所述用户操作终端反馈至用户，以使用户调整充电请求。
本发明实施例所提供的有序充电控制系统，可以直接于充电桩组成有序充电系统，也可以用于现存无序充电桩的改造，充电功率控制电源采用小型模块化制作，可嵌与充电桩内部，在不改变现有充电桩结构和硬件的情况下，可用于充电桩有序充电改造。充电桩输出按照有序充电系统计算得出充电计划执行，台区充电负荷不超出台区用电限值。
根据本发明的第二个实施例，提供了一种如本发明第一个实施例所述的充电桩有序充电系统的充电控制方法，所述充电控制方法由充电控制终端实施，包括：
接收用户的充电请求；
若台区容量充足，例如当台区总表上送的当前负荷小于充电集群调度平台下发的最大负荷时，可以认为台区容量充足，则按照先请求先处理的原则，使得当前充电控制终端采集所有启动中的充电桩充电功率总和不超过充电集群调度平台下发的充电功率的规划值，根据充电桩上送充电时间和充电集群调度平台下发用户充电时间，计算当前请求充电桩的充电时间计划以及预计充电完成时间。
若台区容量临近超载，向所述充电集群调度服务平台告警，并根据超载策略调整或暂停部分充电负荷，该情况下，包括两种优化调整方法：
优化充电时序：计算所述用户请求中充电桩用户的时间裕度，向后调整时间裕度大的用户，控制时间裕度小的用户优先充电；其中，时间裕度＝剩余充电时间/剩余充电电量。
优化充电完成度：当优化充电时序无法使当前台区充电需求功率小于充电集群调度平台下发最大充电负荷时，则按照充电完成度较高的优先降功率进行功率调节。
当临近超载消除时，按照上述优化充电时序和优化充电完成度的调节相反的顺序依次恢复充电功率。
以下以一个具体示例说明本发明实施例提供的充电桩有序充电系统，面向电动汽车有序充电的应用场景时的有序充电控制过程：
1.用户车辆驶入停车位、完成充电电缆连接后，用户可通过手机APP或有序充电控制器等用户操作终端的人机操作界面，提交充电请求。
2.充电控制终端根据台区实时负荷情况和/或历史负荷数据，利用负荷算法，生成充电计划曲线下发到充电功率控制单元，由充电功率控制单元按充电计划曲线执行充电操作。
3.充电过程中，用户可通过手机APP或有序充电控制终端等用户操作终端实时查询充电功率、已充电量，充电时间等信息。
4.充电控制终端可以实时分析用户订单目标达成偏差情况，若发现将发生较大的预期偏差，将及时告知用户，以便用户根据自身用车安排调整充电计划。
5.充电目标达成时，将自动停止充电过程。同时，用户将接收到充电订单的完成情况信息。
在另外一个示例中，以配变安全运行为基本原则，以实际充电调度结果(实际负荷曲线)与充电负荷规划(充电集群调度平台下发)偏差的绝对值最小为目标(目标函数)，充分考虑用户有序充电需求，同时兼顾充电经济性,得到每辆电动汽车的最优充电时序：
1.充电资源分配策略:用户发起新订单或取消调整原有订单时，若台区容量充足，按照先请求先处理的原则，以当前请求桩充电时段内总体充电功率不超过充电功率规划值为依据，依据目标函数给出当前请求桩的充电时间计划以及预计充电完成时间，并将分配结果反馈给用户，将充电计划下发至各有序充电控制终端和有序充电控制单元。
2.台区配变超载时的策略:充电控制终端对配变进行实时负荷监测，当监测到配变出现台区负荷临近超载时，向充电集群调度服务平台告警，并按以下策略调整或暂停部分充电负荷。
首先，根据用户的取车时间在满足充电需求的情况下优先调整充电时序。计算每个充电桩用户的时间裕度(剩余充电时间/剩余充电电量)，优先调整时间裕度大的用户。
其次，在通过优化充电时序后已不能满足所有充电需求时，则按照充电完成度较高的优先降功率的原则进行功率调节，尽量满足用户需求。若进行降功率调节后保底充电量(保底阀值)也无法满足，则需立即提醒用户。
最后，配变超载情况消除后，按照上述两条的充电负荷调节相反的顺序依次恢复充电功率，在容量允许且不影响经济性的前提下尽量将充电时序前移。
3.输出:有序充电计划，下发至各有序充电功率控制单元；各时段的充电负荷裕度，下发至各有序充电功率控制单元，上送至充电集群调度平台。
综上所述，本发明提供了一种充电桩有序充电系统以及控制方法，该系统包括充电功率控制单元、充电控制终端和充电集群调度平台；其中，所述充电功率控制单元从充电桩中获取充电桩充电数据，并将所述充电桩充电数据上传至所述充电控制终端；所述充电控制终端接收每个充电功率控制单元发送的充电桩充电数据以及采集台区负荷数据，并将所述充电桩充电数据和台区负荷数据上传至所述充电集群调度平台；所述充电集群调度平台接收每个充电控制终端发送的充电桩充电数据和台区负荷数据并生成充电计划下发。本发明提供的技术方案，通过有序充电控制系统及控制方法控制充电桩进行有序充电，实现电动汽车充电负荷与配电网供电能力相匹配，可保障电动汽车电能供给和电网运行安全，提升电网设备利用率，促进清洁能源消纳。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种充电桩有序充电系统，其特征在于，包括充电功率控制单元、充电控制终端和充电集群调度平台；其中，
所述充电功率控制单元通过第一通信网络与充电桩连接，以从所述充电桩中获取充电桩充电数据，并将所述充电桩充电数据上传至所述充电控制终端；
所述充电控制终端通过所述第二通信网络连接多个充电功率控制单元以接收每个充电功率控制单元发送的充电桩充电数据；所述充电控制终端还采集台区负荷数据，并将所述充电桩充电数据和台区负荷数据上传至所述充电集群调度平台；
所述充电集群调度平台通过第三通信网络连接多个充电控制终端，以接收每个充电控制终端发送的充电桩充电数据和台区负荷数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述充电集群调度平台根据所述充电桩充电数据和台区负荷数据生成台区充电计划，并发送至其所连接的各充电控制终端。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述充电控制终端根据所述台区充电计划、台区负荷数据和充电桩充电数据，生成充电桩充电计划并发送至其所连接的各充电控制单元；
各所述充电控制单元根据充电桩充电计划执行充电操作。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述充电桩充电数据包括充电实时功率、遥信遥测数据和充电电量数据；所述台区负荷数据包括台区实时负荷数据和/或台区历史负荷数据。
5.根据权利要求3或4所述的系统，其特征在于，还包括用户操作终端；所述用户操作终端接收用户输入的充电请求并发送至所述充电控制终端；
所述充电控制终端根据所述充电请求生成充电桩充电计划。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述充电控制终端实时分析用户充电请求目标达成偏差，若所述偏差大于预期偏差，则通过所述用户操作终端反馈至用户，以使用户调整充电请求。
7.一种如权利要求1-6中任意一项所述的充电桩有序充电系统的充电控制方法，所述充电控制方法由充电控制终端实施，其特征在于，包括：
接收用户的充电请求；
若台区容量充足，则按照先请求先处理的原则，使得当前充电控制终端采集所有启动中的充电桩充电功率总和不超过充电集群调度平台下发的充电功率规划值，根据充电桩上送充电时间和充电集群调度平台下发用户充电时间，计算当前请求充电桩的充电时间计划以及预计充电完成时间；
若台区容量临近超载，向所述充电集群调度服务平台告警，并根据超载策略调整或暂停部分充电负荷。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据超载策略调整或暂停部分充电负荷，包括：
优化充电时序：计算所述用户请求中充电桩用户的时间裕度，向后调整时间裕度大的用户，控制时间裕度小的用户优先充电；其中，时间裕度＝剩余充电时间/剩余充电电量。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据超载策略调整或暂停部分充电负荷，包括：
优化充电完成度：当优化充电时序无法使当前台区充电需求功率小于充电集群调度平台下发最大充电负荷时，则按照充电完成度较高的优先降功率进行功率调节。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
当临近超载消除时，按照上述优化充电时序和优化充电完成度的调节相反的顺序依次恢复充电功率。
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