CN114142500A - 一种适用于交流充电桩的有序充电控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种适用于交流充电桩的有序充电控制方法包括以下步骤，获取当前时间并记为Ts，获取充电桩运行数据和配电变压器运行数据，计算配电变压器的剩余可用容量，若剩余可用容量大于0则调升充电桩充电功率，若剩余可用容量小于0则调降充电桩充电功率，若剩余可用容量等于0则不调节充电桩充电功率，再次获取当前时间并记为Te，若(Te‑Ts)≥控制周期则立即返回第一步，否则睡眠(控制周期‑(Te‑Ts))时长后返回第一步。一种适用于交流充电桩的有序充电控制装置采用前面所述适用于交流充电桩的有序充电控制方法进行有序充电控制。该方法调控适度，既可保障配电变压器不过载，也可最大程度保障充电桩的自由充电、满功率充电，提高配电变压器的利用率。

Description

一种适用于交流充电桩的有序充电控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电力物联网技术领域，尤其涉及一种适用于交流充电桩的有序充电控制方法及装置。

背景技术

近年来，在政策和市场的双重驱动下，我国的电动汽车发展迅猛，私家车电动车化趋势明显，电动汽车充电负荷和居民家庭用电负荷存在同向叠加、峰上加峰的情况。随着电动汽车数量的不断增长，越来越多的家用交流充电桩接入小区，势必加剧对配电变压器和分支线路的影响，尤其对于老旧小区，配变和线路线缆在设计之初未考虑电动汽车负荷，电动汽车的接入极易引发重过载跳闸乃至电气安全事故。而对于新小区，电动汽车无序充电必然要求考虑较大的配变备用容量，这会增加初期投资和带来不必要的浪费。

交流充电桩一般支持7kW和1.3kW两档调节，目前有“请求”—“响应”的有序充电机制，“请求”由充电桩发给有序充电中央控制单元，当电动车接入了充电桩，在用户刷卡或扫码后，充电桩将发出充电请求。有序充电中央控制单元接收到充电请求后进行响应，根据特定的算法决策出是否允许充电桩开机充电以及以多大的初始功率充电，并下发控制命令，充电桩根据接收到的控制命令进行工作。有序充电中央控制单元定时轮询所有在充充电桩的充电数据以及配电变压器的负载率，依据给定的多个负载率阈值进行分层次分阶段的终止充电或充电功率调节，例如负载率超过阈值1时，新接入车辆一律按1.3kW的初始功率进行充电，当负载率继续上升达到阈值2时，调低车辆的充电功率至1.3kW，当负载率达到阈值3时，终止所有车辆的充电。而在负载率下降时，采用相反的调节过程。

应该认识到，一般的交流充电桩只要刷卡或扫码就会开机以较大功率充电，并不会等待控制命令才开机充电，上述有序充电方法依赖定制的充电桩型号，若充电桩不支持“请求”—“响应”的有序充电机制则上述有序充电方法无法实现。同时上述有序充电方法也高度依赖通信，当通信质量下降乃至通信故障时，新接入的车辆无法请求充电，将造成车主空等，影响充电体验。另外，充电功率调控的范围和深度取决于阈值和规则，阈值整定始终是个绕不开的难题，如果整定不合理，将影响有序充电效果，而分阶段调控规则的普适性较差，配变容量不能得到充分利用，例如配变负载率一直介于阈值1和阈值2之间时，所有新接入车辆都只能一律按较低的功率充电，而配变此时并没有过载，事实上可供新接入车辆按额定功率充电。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种控制效率高、控制过程简单可靠、适用性广的有序充电控制方法及有序充电控制装置。

为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于交流充电桩的有序充电控制方法，包括以下步骤：

步骤S1，获取当前时间并记为Ts；

步骤S2，获取充电桩运行数据和配电变压器运行数据；

步骤S3，计算配电变压器的剩余可用容量；

步骤S4，若剩余可用容量大于0则调升充电桩充电功率；

步骤S5，若剩余可用容量小于0则调降充电桩充电功率；

步骤S6，若剩余可用容量等于0则不调节充电桩充电功率；

步骤S7，再次获取当前时间并记为Te；

步骤S8，若(Te-Ts)≥控制周期则立即执行步骤S1，否则睡眠(控制周期-(Te-Ts))时长后执行步骤S1。

更进一步，步骤S2所述获取充电桩运行数据包括以下步骤：采用轮询或并发的方式抄读各个充电桩的电压、电流、功率、充电时长、充电电量等数据。

更进一步，所述采用轮询的方式抄读各个充电桩数据包括以下步骤：

步骤S21，置循环计数器i等于1，从第1台充电桩开始抄读；

步骤S22，有序充电控制装置下发抄读第i台充电桩运行数据的命令并启动计时；

步骤S23，若在超时时间内收回第i台充电桩的返回报文则进行解析，若在超时时间内未返回报文则一直等待直至超时；

步骤S24，将i自增1；

步骤S25，若i大于充电桩数量则结束流程，否则执行步骤S22。

更进一步，步骤S3所述计算配电变压器的剩余可用按照公式Cusable＝Tc–Ap–Ps计算，其中，Cusable为剩余可用容量，Tc为配电变压器总容量，Ap为获取到的配电变压器实时视在功率，Ps为预备容量。

更进一步，步骤S4所述调升充电桩充电功率包括以下步骤：

步骤S41，对在充充电桩按充电功率或者按充电电量或者按充电时长从小到大的规则进行排序，最小的标记为第1台，最大的标记为第N台；

步骤S42，初始化循环计数器i为1；

步骤S43，若i大于N则结束调升充电桩充电功率，否则执行下一步；

步骤S44，计算第i台充电桩的可调升功率Hi；

步骤S45，更新剩余可用容量Cusable＝Cusable-Hi；

步骤S46，若Cusable大于等于0则有序充电控制装置下发调高充电功率的命令给第i台充电桩，i自增1，执行步骤S43；

步骤S47，若Cusable小于0则结束调升充电桩充电功率。

更进一步，步骤S44所述计算第i台充电桩的可调升功率Hi的步骤为：Hi＝第i台充电桩额定功率Pi-第i台充电桩在充实际功率Si。

更进一步，步骤S5所述调降充电桩充电功率包括以下步骤：

步骤S51，对在充充电桩按充电功率或者按充电电量或者按充电时长从大到小的规则进行排序，最小的标记为第1台，最大的标记为第N台；

步骤S52，初始化循环计数器i为1；

步骤S53，若i大于N则结束调降充电桩充电功率，否则执行下一步；

步骤S54，有序充电控制装置下发调降充电功率的命令给第i台充电桩；

步骤S55，计算第i台充电桩的可调降功率Li；

步骤S56，更新剩余可用容量Cusable＝Cusable+Li；

步骤S57，若Cusable小于0则i自增1，执行步骤S53；

步骤S58，若Cusable大于等于0则结束调降充电桩充电功率。

更进一步，步骤S55所述计算第i台充电桩的可调降功率Li的步骤为：Li＝第i台充电桩在充实际功率Si-第i台充电桩最小充电功率。

本发明还提供一种适用于交流充电桩的有序充电控制装置，包括CPU、内存、Flash、载波模块，采用前面所述适用于交流充电桩的有序充电控制方法进行有序充电控制。

本发明的有益效果在于：

本发明公开的有序充电控制方法根据配电变压器剩余可用容量的正负来判断调升还是调降充电桩充电功率，仅有Ps预备容量一个阈值，该阈值不仅不影响调控逻辑，还增强了系统的鲁棒性，从而大大简化了判定阈值，避免了整定阈值的难题。在调升充电功率前，会先判断调升是否会导致配电变压器的剩余可用容量变成负数，避免人为造成变压器过载，调升充电功率时按照功率或充电电量或充电时长从小到大的顺序依次调升。调降充电功率时按照功率或充电电量或充电时长从大到小的顺序依次调降，当配电变压器剩余可用容量已经从负数恢复到0及以上，停止调降，避免过度调节，保障充电桩的正常用电。本发明公开的适用多种充电桩，只要充电桩具备两档可调的功能，该方法就适用。该方法实用性强，因其采用的是“事后调节”方法，不会干预车主的刷卡或扫码，能够避免通信异常或故障情况下无法开启充电的问题，也不会将充电功率调至0，避免造成充电桩停止充电或停止计量计费。该方法调控适度，既可保障配电变压器不过载，也可最大程度保障充电桩的自由充电、满功率充电，提高配电变压器的利用率。

附图说明

图1是本发明一种适用于交流充电桩的有序充电控制方法实施方式的流程图。

图2是图1中获取获取充电桩运行数据流程图。

图3是图1中调升充电桩功率流程图。

图4是图1中调降充电桩功率流程图。

图5是包含本发明一种适用于交流充电桩的有序充电控制装置实施方式的供电系统结构图。

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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如图1所示，一种适用于交流充电桩的有序充电控制方法，包括以下步骤：

步骤S101，获取当前时间并记为Ts。

步骤S102，获取充电桩运行数据：有序充电控制装置通过远程通信，采用轮询或并发的方式抄读各个充电桩的电压、电流、功率、充电时长、充电电量等数据。

步骤S103，配电变压器运行数据：有序充电控制装置采集配电变压器低压侧的电压、电流和功率数据。通过外接CT电流互感器和PT电压互感器来实现，也可从配电变压器低压侧总表间接取得。

步骤S104，计算配电变压器的剩余可用容量：有序充电控制装置获取到配电变压器的运行数据后，即可计算出剩余可用容量，公式如下：Cusable＝Tc–Ap–Ps

式中，Cusable表示剩余可用容量；Tc表示配电变压器总容量，通常由变压器铭牌给出；Ap表示获取到的配电变压器实时视在功率；Ps表示预备容量，可根据实际情况灵活调整。考虑预备容量的原因有电子设备测计量存在一定误差、有序充电的功率调节存在固有控制周期和响应周期、实际应用中存在偶发的充电桩通信失效、电动车辆不完全按照给定功率充电等情形都会影响有序充电实施的及时性和精准性，为了确保电气安全，有必要设置一定的备用容量，这根据配变变压器的容量、居民负荷和充电桩负荷的实际情况灵活调整。

剩余可用容量Cusable为正表示配电变压器的容量富余，可接入更多的电动车充电或调高在充车辆的充电功率，以提高配变电压器的利用率。Cusable为负表示配电变压器的容量不足，已经过载或有过载的风险，需立即降低充电负荷。Cusable为零表示配电变压器的容量没有富余也没有过载，不需要做任何调节，实际情况下，正好为零的情况很少发生。

步骤S105，若剩余可用容量大于0则调升充电桩充电功率；

步骤S106，若剩余可用容量小于0则调降充电桩充电功率；

步骤S107，再次获取当前时间并记为Te；

步骤S108，若(Te-Ts)≥控制周期则立即返回步骤S101，否则睡眠(控制周期-(Te-Ts))时长后返回步骤S101。

如图2所示，步骤S102中采用轮询方式抄读的步骤如下：

步骤S201，置循环计数器i等于1，从第1台充电桩开始抄读；

步骤S202，若i大于充电桩数量则结束流程，否则执行下一步；

步骤S203，有序充电控制装置下发抄读第i台充电桩运行数据的命令

步骤S204，启动计时；

步骤S205，若在超时时间内收回第i台充电桩的返回报文则进行解析，若在超时时间内未返回报文则一直等待直至超时；

步骤S206，将i自增1，返回步骤S202。

如图3所示，步骤S105中调升充电桩充电功率的步骤如下：

步骤S301，对在充充电桩按充电功率从小到大的规则进行排序，最小的标记为第1台，最大的标记为第N台；

步骤S302，初始化循环计数器i为1；

步骤S303，若i大于N则结束调升充电桩充电功率，否则执行下一步；

步骤S304，计算第i台充电桩的可调升功率Hi，Hi等于充电桩高档充电功率HighGradePower减去当前充电桩的在充实际功率Si，其物理含义是充电桩当前的实际功率距离其高档功率的大小；作为更优化的方案，充电桩的高档充电功率HighGradePower等于额定功率，额定功率为7kW；

步骤S305，更新剩余可用容量Cusable＝Cusable-Hi；

步骤S306，若Cusable大于等于0则有序充电控制装置下发调高充电功率的命令给第i台充电桩，i自增1，返回步骤S303；

步骤S307，若Cusable小于0则结束调升充电桩充电功率。

如图4所示，步骤S106中调降充电桩充电功率的步骤如下：

步骤S401，对在充充电桩按充电功率从大到小的规则进行排序，最小的标记为第1台，最大的标记为第N台；

步骤S402，初始化循环计数器i为1；

步骤S403，若i大于N则结束调降充电桩充电功率，否则执行下一步；

步骤S404，有序充电控制装置下发调降充电功率的命令给第i台充电桩；

步骤S405，计算第i台充电桩的可调降功率Li，Li等于当前充电桩的在充实际功率Si减去充电桩的低档功率LowGradePower，其物理含义是充电桩当前的实际功率距离其低档功率的大小；作为更优化的方案，充电桩的低档功率LowGradePower为1.3kW；

步骤S406，更新剩余可用容量Cusable＝Cusable+Li；

步骤S407，若Cusable小于0则i自增1，执行步骤S403；

步骤S408，若Cusable大于等于0则结束调降充电桩充电功率。

本发明还提供一种适用于交流充电桩的有序充电装置，该装置包括CPU、内存、Flash、载波模块，采用前面所述适用于交流充电桩的有序充电控制方法进行有序充电控制。

如图5所示，在一个供电区域内，配电变压器将10kV高压电降至380V，分成多个支路提供给居民和充电桩，有序充电控制装置布置在配电房，与配电变压器近距离布放，直接通过CT和PT采集配电变压器低压侧的电压、电流与功率，也可经过其他采集装置(如配电变压器低压侧总表)间接采集配电变压器的运行数据。交流充电桩与有序充电控制装置之间通过HPLC载波、485、lora、小无线等方式通信连接。

本发明实施例可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

实施例对本方案进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种适用于交流充电桩的有序充电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，获取当前时间并记为Ts；

S2，获取充电桩运行数据和配电变压器运行数据；

S3，计算配电变压器的剩余可用容量；

S4，若剩余可用容量大于0则调升充电桩充电功率；

S5，若剩余可用容量小于0则调降充电桩充电功率；

S6，若剩余可用容量等于0则不调节充电桩充电功率；

S7，再次获取当前时间并记为Te；

S8，若(Te-Ts)≥控制周期则立即执行步骤S1，否则睡眠(控制周期-(Te-Ts))时长后执行步骤S1。

2.根据权利要求1所述适用于交流充电桩的有序充电控制方法，其特征在于，步骤S2所述获取充电桩运行数据包括以下步骤：

采用轮询或并发的方式抄读各个充电桩的电压、电流、功率、充电时长、充电电量。

3.根据权利要求2所述适用于交流充电桩的有序充电控制方法，其特征在于，所述采用轮询的方式抄读各个充电桩数据包括以下步骤：

S21，置循环计数器i等于1，从第1台充电桩开始抄读；

S22，有序充电控制装置下发抄读第i台充电桩运行数据的命令并启动计时；

S23，若在超时时间内收回第i台充电桩的返回报文则进行解析，若在超时时间内未返回报文则一直等待直至超时；

S24，将i自增1；

S25，若i大于充电桩数量则结束流程，否则执行步骤S22。

4.根据权利要求1所述适用于交流充电桩的有序充电控制方法，其特征在于，步骤S3所述计算配电变压器的剩余可用容量包括以下步骤：

S31，按照公式Cusable＝Tc–Ap–Ps计算配电变压器的剩余可用容量，

其中，Cusable为剩余可用容量，Tc为配电变压器总容量，Ap为获取到的配电变压器实时视在功率，Ps为预备容量。

5.根据权利要求1所述适用于交流充电桩的有序充电控制方法，其特征在于，步骤S4所述调升充电桩充电功率包括以下步骤：

S41，对在充充电桩按充电功率或者按充电电量或者按充电时长从小到大的规则进行排序，最小的标记为第1台，最大的标记为第N台；

S42，初始化循环计数器i为1；

S43，若i大于N则结束调升充电桩充电功率，否则执行下一步；

S44，计算第i台充电桩的可调升功率Hi；

S45，更新剩余可用容量Cusable＝Cusable-Hi；

S46，若Cusable大于等于0则有序充电控制装置下发调高充电功率的命令给第i台充电桩，i自增1，执行步骤S43；

S47，若Cusable小于0则结束调升充电桩充电功率。

6.根据权利要求5所述适用于交流充电桩的有序充电控制方法，其特征在于，步骤S44所述计算第i台充电桩的可调升功率Hi的步骤为：Hi＝第i台充电桩额定功率Pi-第i台充电桩在充实际功率Si。

7.根据权利要求1所述适用于交流充电桩的有序充电控制方法，其特征在于，步骤S5所述调降充电桩充电功率包括以下步骤：

S51，对在充充电桩按充电功率或者按充电电量或者按充电时长从大到小的规则进行排序，最小的标记为第1台，最大的标记为第N台；

S52，初始化循环计数器i为1；

S53，若i大于N则结束调降充电桩充电功率，否则执行下一步；

S54，有序充电控制装置下发调降充电功率的命令给第i台充电桩；

S55，计算第i台充电桩的可调降功率Li；

S56，更新剩余可用容量Cusable＝Cusable+Li；

S57，若Cusable小于0则i自增1，执行步骤S53；

S58，若Cusable大于等于0则结束调降充电桩充电功率。

8.根据权利要求7所述适用于交流充电桩的有序充电控制方法，其特征在于，步骤S55所述计算第i台充电桩的可调降功率Li的步骤为：Li＝第i台充电桩在充实际功率Si-第i台充电桩最小充电功率。

9.一种适用于交流充电桩的有序充电控制装置，包括CPU、内存、Flash、载波模块，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述适用于交流充电桩的有序充电控制方法进行有序充电控制。

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