CN114919452A - 一种台区内有序充电功率均衡分配的控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种台区内有序充电功率均衡分配的控制系统及方法，该方法，包括如下步骤：获取用户不同的功率请求，边缘计算控制器基于用户的功率请求下发的基底功率；当用户不同的功率请求满足预设条件申请配额请求时，针对满足预设条件的不同配额请求标定不同的权重，在功率池限定范围内进行轮询响应，使用动态权重均衡算法，每次选取配额请求中最高权重的用户进行功率配额调整，同时动态调整各用户配额请求的权重。本发明在满足紧急用户大功率请求和全部用户利益保障之间找到最佳平衡点，在有限容量内满足更多的客户充电需求，提升充电用户的使用体验。

Description

一种台区内有序充电功率均衡分配的控制方法及系统
技术领域
本发明涉及电动汽车配套设备技术领域，尤其涉及一种台区内有序充电功率均衡分配的控制方法及系统。
背景技术
电动汽车越来越多的走进千家万户，很多电动汽车使用者会申请在居民区内安装私人充电桩。每天下班之后，驾驶员将电动汽车连接上充电桩，开始充电。居民区内的台区供电能力有上限，改造一次配电的过程费时费力，有的小区甚至因为地形、产权等问题不具备改造能力。居民区内充电桩的用电符合与常规用电符合重合率高达80％以上(18:00～次日6:00)，越来越多的私人充电桩接入将会极大的冲击台区负荷，威胁到居民区正常的用电安全。
通过合理的有序充电控制，控制私人充电桩错峰充电，保障本台区内用电负荷安全，将能减少一次配电改造的工作量，减少用电负荷的叠加充电，在有限容量内满足更多的客户充电需求，提升充电用户的使用体验。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种台区内有序充电功率均衡分配的控制方法及系统。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种台区内有序充电功率均衡分配的控制方法，包括如下步骤：
获取用户不同的功率请求，边缘计算控制器基于用户的功率请求下发的基底功率；
当用户不同的功率请求满足预设条件申请配额请求时，针对满足预设条件的不同配额请求标定不同的权重，在功率池限定范围内进行轮询响应，使用动态权重均衡算法，每次选取配额请求中最高权重的用户进行功率配额调整，同时动态调整各用户配额请求的权重。
优选地，还包括如下步骤：若功率池超出限定范围，则发送告警信号。
优选地，所述功率池Pce，计算公式如下：
Pce＝Pco-Pct-Pci
式中，Pco为当前可用功率值，Pct为所有充电桩的基底功率相加得到的功率池基底，Pci为当前已经分配的功率配额。
优选地，所述基底功率为额定功率的1/3。
优选地，所述预设条件为：
所述各充电桩的额定功率为Pd，插枪启动充电后，根据用户选择的充电模式，生成功率需求Pn；
初始充电时，充电桩可立即启用本桩额定功率的1/3，计算充电桩的配额请求Pa＝Pn-Pd/3；当Pa≤0时，不申请配额需求；当Pa>0时，申请配额需求，并将配额需求通过智能断路器发送给边缘计算控制器；
持续充电过程中，获取充电桩的实时输出功率Pi，计算充电桩的配额请求Pa＝Pn-Pi；当Pa≤0时，不申请配额需求；当Pa>0时，申请配额需求，并将配额需求通过智能断路器发送给边缘计算控制器。
优选地，所述针对满足预设条件的不同配额请求标定不同的权重，具体包括如下步骤：
边缘计算控制器接收到每一台充电桩的配额请求Pa；
当Pa≤1.5kW时标记该配额请求的权重为1；当1.5kW<Pa≤3kW时标记该配额请求的权重为2；当3kW<Pa≤4.5kW时标记该配额请求的权重为3；以此类推，每增加1.5kW的配额请求对应的权重值加1，给不同的配额请求标定对应的权重Q。
优选地，所述动态权重均衡算法，包括：
基于初始配额请求生成初始权重后并进行第一轮选择，选择权重最高的配额请求得到第一次配额分配；
配额分配后，被选中的配额请求的权重需减去Qz，得到分配后的新权重，所述Qz为所有配额请求的权重之和；
所有的配额请求的权重值均加1，重新开始下一轮选择，直至所有的配额请求的权重变为0，或者Pce-n*1.5<1.5，即已无可分配功率池时，停止本次动态权重均衡算法，按照已有的分配结果下发给具体用户。
优选地，所述轮询的周期为3至7分钟。
一种台区内有序充电功率均衡分配的控制系统，包括：充电桩、融合终端、充电站边缘控制器和充电站管理云平台，其中，
所述融合终端，用于实时获取变压器台区的运行状况和各设备终端的运行数据并发送至边缘计算控制器；
所述边缘计算控制器，用于基于用户的功率请求向设备终端下发的基底功率，用于当用户不同的功率请求满足预设条件申请配额请求时，针对满足预设条件的不同配额请求标定不同的权重，在功率池限定范围内进行轮询响应，使用动态权重均衡算法，每次选取配额请求中最高权重的用户进行功率配额调整，同时动态调整各用户配额请求的权重；
所述设备终端，用于根据边缘计算控制器下发的基底功率以及调整后的功率配额提供电能；
所述充电站管理云平台，用于接收充电站边缘控制器的采集数据与分析结果，进行有序充电管理。
优选地，所述设备终端为充电桩。
基于上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明通过基底功率池的设定，可以保证所有充电桩能提供基本充电服务；
2.本发明利用可用功率池的动态刷新，可以快速响应充电桩的大功率充电需求；
3.本发明利用权重标定与动态权重均衡算法，将复杂变化的各种功率需求进行判定量化，大功率需求的充电桩将优先得到功率配额，小功率功率需求的充电桩讲延期得到功率配额，同时避免了将全部配额都发放给大功率充电桩的情况。
附图说明
图1是一个实施例中一种台区内有序充电功率均衡分配的控制方法流程图；
图2是一个实施例中一种台区内有序充电功率均衡分配的控制系统的结构示意图；
图3是一个实施例中动态权重均衡算法流程图；
图4是一个实施例中边缘计算控制器运行流程图；
图5是一个实施例中充电桩运行流程图。
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。
如图1至5所示，本实施例提供一种台区内有序充电功率均衡分配的控制方法，包括如下步骤：
步骤S101，获取用户不同的功率请求，边缘计算控制器基于用户的功率请求下发的基底功率；
步骤S102，当用户不同的功率请求满足预设条件申请配额请求时，针对满足预设条件的不同配额请求标定不同的权重，在功率池限定范围内进行轮询响应，使用动态权重均衡算法，每次选取配额请求中最高权重的用户进行功率配额调整，同时动态调整各用户配额请求的权重。
本控制方法使系统运行在满足紧急用户大功率请求和全部用户利益保障之间找到最佳平衡点，下面针对主要采用技术方案详细描述如下：
一、系统架构
参见图2，图2示出了一种台区内有序充电功率均衡分配的控制系统，台区内配置一个边缘计算控制器，边缘计算控制器通过与台区内融合终端通讯获得台区实时可用容量；每个充电桩具有功率调节功能，充电桩通过智能断路器、单相电表和无线中继器接入电网供电，充电桩与智能断路器通过RS485进行有线通信；台区内各智能断路器与边缘计算控制器实时无线通讯(Mesh/Lora/RF)，边缘计算通过以太网或者4G网络连接到区域级有序充电控制平台，有序充电控制平台可定期更新有序充电控制参数与策略，具体地：
所述融合终端，用于实时获取变压器台区的运行状况和各设备终端的运行数据并发送至边缘计算控制器；
所述边缘计算控制器，用于基于用户的功率请求向设备终端下发的基底功率，用于当用户不同的功率请求满足预设条件申请配额请求时，针对满足预设条件的不同配额请求标定不同的权重，在功率池限定范围内进行轮询响应，使用动态权重均衡算法，每次选取配额请求中最高权重的用户进行功率配额调整，同时动态调整各用户配额请求的权重；
所述设备终端即充电桩，用于根据边缘计算控制器下发的基底功率以及调整后的功率配额提供电能；
所述充电站管理云平台，用于接收充电站边缘控制器的采集数据与分析结果，进行有序充电管理。
二、功率池计算
所述有序充电控制系统的功率池计算方法具体如下：
1.所述台区侧融合终端通过对变压器台区的具体负荷数据，生成当前可用功率值Pco，提供给边缘计算控制器；
2.边缘计算控制器，通过统计本台区内充电桩的数量，把充电桩额定功率的1/3定为基底功率，所有充电桩的基底功率相加得到功率池基底Pct；
3.边缘控制器当前已经分配的功率配额为Pci；则当前时刻可用的功率池Pce＝Pco-Pct-Pci；
4.所述功率池Pce,当Pce<1.5kW时，表示功率池溢出，停止需求分配，并发出告警信号；
5.所述功率池Pce,当Pce≥1.5kW时，表示功率池可用，启动需求分配策略，最小分配功率块为1.5kW。
三、请求权值标定
标定流程：
1.所述各充电桩的额定功率为Pd，插枪启动充电后，根据用户选择的充电模式，生成功率需求Pn；
2.初始充电时，充电可立即启用本桩额定功率的1/3，并计算Pa＝Pn-Pd/3；当Pa≤0时，不申请配额需求，当Pa>0时，申请配额需求，并且将配额需求通过智能断路器发送给边缘计算控制器；
3.持续充电过程中，检测充电桩自身的实时输出功率Pi，并计算Pa＝Pn-Pi；当Pa≤0时，不申请配额需求，当Pa>0时，申请配额需求，并且将配额需求通过智能断路器发送给边缘计算控制器；
4.边缘计算控制器接收到每一台充电桩的配额请求Pa，当Pa≤1.5kW时标记该配额请求的权重为1；当1.5kW<Pa≤3kW时标记该配额请求的权重为2；当3kW<Pa≤4.5kW时标记该配额请求的权重为3；以此类推，每增加1.5kW的配额请求对应的权重值加1，最后给所有的配额请求标定对应的权重Q。
5.边缘计算网关每5分钟进行权重统计，即将不同的请求权重相加求和得到Qz；例如Q＝1的请求配额充电桩有3台，Q＝2的请求配额充电桩有2台，Q＝3的请求配额充电桩有3台，无大于3的Q值标定。则Qz＝1+2+3＝6。
四、动态权重均衡算法
在基于权重标定后，启动动态权重均衡算法。如图3所示，算法如下：
1.依靠初始权重进行第一轮选择，权重最高的请求得到第一次配额分配；
2.配额分配后，被选中的请求权重需减去Qz，得到分配后的新权重；
3.所有的请求权重值+1，开始下一轮选择，依旧是选择最高权重的请求；
4.重复2、3步，并记录分配的次数n；
当所有的请求权重变为0，或者Pce-n*1.5<1.5，即已无可分配功率池时，停止该次动态均衡算法，按照已有的分配结果下发给具体用户。
五、系统控制方案
如图4、5所示，所述有序充电桩控制系统为实时在线运行系统，刚启动充电的充电桩可立即按照本桩额定功率的1/3限值提供充电服务，当需要新增配额时，向边缘计算控制器申请新配额。边缘计算控制器标定所有的功率请求权重，并根据台区实际可用容量进行功率池计算。边缘计算控制器每5分钟使用动态权重均衡算法分配可用的功率配额。已满足功率需求的充电桩不再发送功率请求，未完全满足功率需求的充电桩可发送新的功率配额申请。
以上所述仅为本发明所公开的一种台区内有序充电功率均衡分配的控制方法及系统的优选实施方式，并非用于限定本说明书实施例的保护范围。凡在本说明书实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种台区内有序充电功率均衡分配的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取用户不同的功率请求，边缘计算控制器基于用户的功率请求下发的基底功率；
当用户不同的功率请求满足预设条件申请配额请求时，针对满足预设条件的不同配额请求标定不同的权重，在功率池限定范围内进行轮询响应，使用动态权重均衡算法，每次选取配额请求中最高权重的用户进行功率配额调整，同时动态调整各用户配额请求的权重。
2.根据权利要求1所述的一种台区内有序充电功率均衡分配的控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：若功率池超出限定范围，则发送告警信号。
3.根据权利要求2所述的一种台区内有序充电功率均衡分配的控制方法，其特征在于，所述功率池Pce，计算公式如下：
Pce＝Pco-Pct-Pci
式中，Pco为当前可用功率值，Pct为所有充电桩的基底功率相加得到的功率池基底，Pci为当前已经分配的功率配额。
4.根据权利要求1或3所述的一种台区内有序充电功率均衡分配的控制方法，其特征在于，所述基底功率为额定功率的1/3。
5.根据权利要求1所述的一种台区内有序充电功率均衡分配的控制方法，其特征在于，所述预设条件为：
所述各充电桩的额定功率为Pd，插枪启动充电后，根据用户选择的充电模式，生成功率需求Pn；
初始充电时，充电桩可立即启用本桩额定功率的1/3，计算充电桩的配额请求Pa＝Pn-Pd/3；当Pa≤0时，不申请配额需求；当Pa>0时，申请配额需求，并将配额需求通过智能断路器发送给边缘计算控制器；
持续充电过程中，获取充电桩的实时输出功率Pi，计算充电桩的配额请求Pa＝Pn-Pi；当Pa≤0时，不申请配额需求；当Pa>0时，申请配额需求，并将配额需求通过智能断路器发送给边缘计算控制器。
6.根据权利要求5所述的一种台区内有序充电功率均衡分配的控制方法，其特征在于，所述针对满足预设条件的不同配额请求标定不同的权重，具体包括如下步骤：
边缘计算控制器接收到每一台充电桩的配额请求Pa；
当Pa≤1.5kW时标记该配额请求的权重为1；当1.5kW<Pa≤3kW时标记该配额请求的权重为2；当3kW<Pa≤4.5kW时标记该配额请求的权重为3；以此类推，每增加1.5kW的配额请求对应的权重值加1，给不同的配额请求标定对应的权重Q。
7.根据权利要求1所述的一种台区内有序充电功率均衡分配的控制方法，其特征在于，所述动态权重均衡算法，包括：
基于初始配额请求生成初始权重后并进行第一轮选择，选择权重最高的配额请求得到第一次配额分配；
配额分配后，被选中的配额请求的权重需减去Qz，得到分配后的新权重，所述Qz为所有配额请求的权重之和；
所有的配额请求的权重值均加1，重新开始下一轮选择，直至所有的配额请求的权重变为0，或者Pce-n*1.5<1.5，即已无可分配功率池时，停止本次动态权重均衡算法，按照已有的分配结果下发给具体用户。
8.根据权利要求1所述的一种台区内有序充电功率均衡分配的控制方法，其特征在于，所述轮询的周期为3至7分钟。
9.一种台区内有序充电功率均衡分配的控制系统，其特征在于，包括：充电桩、融合终端、充电站边缘控制器和充电站管理云平台，其中，
所述融合终端，用于实时获取变压器台区的运行状况和各设备终端的运行数据并发送至边缘计算控制器；
所述边缘计算控制器，用于基于用户的功率请求向设备终端下发的基底功率，用于当用户不同的功率请求满足预设条件申请配额请求时，针对满足预设条件的不同配额请求标定不同的权重，在功率池限定范围内进行轮询响应，使用动态权重均衡算法，每次选取配额请求中最高权重的用户进行功率配额调整，同时动态调整各用户配额请求的权重；
所述设备终端，用于根据边缘计算控制器下发的基底功率以及调整后的功率配额提供电能；
所述充电站管理云平台，用于接收充电站边缘控制器的采集数据与分析结果，进行有序充电管理。
10.根据权利要求9所述的一种台区内有序充电功率均衡分配的控制系统，其特征在于，所述设备终端为充电桩。
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