CN115431811A - 一种基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制系统和方法，所述系统包括电动汽车充电桩、电网调度系统、用户及车辆信息采集系统、用电信息采集系统、集中器，电动汽车充电桩获取充电桩充电参数信息并将其传输至集中器；用电信息采集系统分别采集电网调度系统、用户及车辆信息采集系统的台区负荷预测信息、用户及车辆信息，并将采集的信息下发至集中器；集中器设有有序充电优化策略计算模块，该计算模块计算并输出有序充电优化策略，该策略下发至电动汽车充电桩执行，实现基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制。本发明充分利用电网现有用电信息采集设备及网络，实现了电动汽车负荷有序充电，经济性优异，利于工程应用推广。

Description

一种基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制系统和 方法
技术领域
本发明属于电动汽车充电控制技术领域，涉及一种基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制系统和方法。
背景技术
国家大力提倡发展新能源汽车产业，受国家政策激励与新能源汽车技术创新推动，新能源汽车销量与保有量呈现爆发式增长。截至2022年6月底，新能源保有量突破1001万辆，纯电动汽车达到810.4万辆，占新能源汽车总量的80.93%。但电动汽车充电负荷大规模随机接入将进一步加剧台区负荷峰谷差，会对台区配电变压器运行的经济性和安全性造成严重影响。
台区电动汽车有序充电系统可以柔性调控电动汽车负荷，通过生成电网运行最稳定、用户经济性最优等多维目标下电动汽车充电策略最优化，实现台区峰谷差与用户充电费下降，达到用户与电网双赢。
目前，电动汽车有序充电系统往往依赖通信公网与数据专线构建数据采集、通信及控制系统架构，一方面数据安全难以得到保障，且难以获取台区负荷等电网公司业务信息，另一方面自建网络与系统耗财费力，难以大规模推广应用。例如，公开号为CN102842946 B的专利提供了一种针对配电变压器的电动汽车有序充电系统及方法，其主机和网关之间通过WLAN连接，其网关和充电桩之间通过CAN总线通讯，其主机和电网负荷调度器通过GPRS通讯。公开号为CN 102055217 B的专利涉及一种电动汽车有序充电控制系统，该系统的站级管理层级需要向电网管理中心提交电动汽车负荷预测等信息、电网管理中心向站级管理层提交充电策略等信息。此类系统一方面均不基于用电信息采集系统等电网内部业务系统，需要与电网内部业务系统进行信息交互，必然增加了内外网隔离等环节，流程繁琐，效率低下。另一方面，此类系统需要额外部署CAN通信线等，增加系统建设成本，不利于系统的工程推广。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制系统和方法，涉及电动汽车充电桩、数据采集装置、边端控制装置及主站系统，其中数据采集装置为智能电能表等设备、边端控制装置为集中器、主站系统为用电信息采集系统等内网业务系统，本发明数据通信不增加任何新通信信道与方式，沿用用电信息采集系统的通信信道与方式，成本低、效率高，易于工程推广。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
一种基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制系统，包括电动汽车充电桩以及电网数据采集网络中的电网调度系统、用户及车辆信息采集系统、电网用户用电信息采集系统和集中器；
所述电动汽车充电桩与集中器通信，用于获取充电桩充电参数信息并将其传输至集中器；
所述用电信息采集系统分别与电网调度系统、用户及车辆信息采集系统对接，用于采集台区负荷预测信息、用户及车辆信息，并将采集的信息下发至集中器；
所述集中器设有有序充电优化策略计算模块，该计算模块基于充电桩充电参数信息、台区负荷预测信息、用户及车辆信息计算并输出有序充电优化策略，该策略下发至电动汽车充电桩执行，用于基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制。
本发明进一步包括以下优选方案：
优选地，所述电动汽车充电桩内置HPLC通信模块，与集中器采用HPLC通信方式进行通信，用于柔性控制输出充电功率。
优选地，所述用户及车辆信息采集系统中，用户通过APP或小程序扫描充电桩上二维码的方式，将用户及车辆信息传输至电网客户服务外网系统，电网客户服务外网系统经过内外网隔离装置与用电信息采集系统的用电信息采集主站对接。
优选地，所述集中器基于原有HPLC通道采集充电桩充电参数信息，基于原有专网通道获取用电信息采集系统采集的信息，且集中器通过有序充电控制优化策略计算模块，实时产生每个充电桩有序充电优化策略，并通过HPLC通道下发给各个充电桩。
优选地，所述有序充电优化策略计算模块通过二次规划优化算法进行有序充电优化策略计算。
本发明还提供一种基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制方法，包括以下步骤：
步骤1、用户通过用户及车辆信息采集系统输入用户及车辆信息，用户及车辆信息采集系统将用户及车辆信息上传至用电信息采集系统；
电网调度系统将未来一天的细粒度台区负荷预测信息上传至用电信息采集系统；
步骤2、用电信息采集系统分别采集电网调度系统、用户及车辆信息采集系统上传的台区负荷预测信息、用户及车辆信息，并将采集的信息下发至集中器；
步骤3、获取充电桩充电参数信息并将其传输至集中器；
步骤4、将充电桩充电参数信息及用电信息采集系统下发的信息输入至有序充电优化策略计算模块，该模块基于充电桩充电参数信息、台区负荷预测信息、用户及车辆信息计算并输出有序充电优化策略，并通过HPLC网络将优化策略下发至对应的电动汽车充电桩；
步骤5、各电动汽车充电桩接收到有序充电优化策略之后，按策略要求执行通断控制或者不同等级功率的柔性控制，用于基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制。
优选地，所述用户及车辆信息包括：用户车辆型号信息或电池容量信息、用户本次充电选择的充电模式、用户设定车辆充电时长信息、车辆到达时刻荷电状态信息以及用户设定车辆出发时刻电量最低需求；
其中，用户车辆型号信息或电池容量信息仅在用户首次登陆注册时填写。
优选地，所述台区负荷预测信息的颗粒度为15分钟；
电网调度系统将未来一天的细颗粒度台区负荷预测信息传输至用电信息采集系统中，用电信息采集系统将接收到的台区负荷预测信息定时下发至对应台区集中器，时间步长为15分钟。
优选地，所述充电桩充电参数信息，具体包括：充电桩最大充电功率，充电桩是通断控制还是功率柔性控制，以及充电桩功率柔性控制时的柔性控制功率输出颗粒度。
优选地，所述有序充电优化策略计算模块通过二次规划优化算法进行有序充电优化策略计算。
一种终端，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行所述方法的步骤。
计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比：
本发明分析电动汽车有序充电控制的影响因素，筛选具体的用户及车辆信息、充电桩充电参数信息，基于筛选得到的信息进行二次规划优化计算，得到有序充电优化策略，充分利用电网现有用电信息采集设备及网络，有效保障了有序充电策略下发与执行的可靠性与实时性，实现电动汽车负荷有序充电，达到台区负荷削峰填谷的效果；本发明不新增任何设备、不配置任何通信网络的独特优势，极大节约了系统建设部署成本与运维费用，经济性优异，利于工程应用推广。
附图说明
图1为本发明实施例电动汽车有序充电系统框图。
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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的实施例1提供了一种基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制系统，在本发明优选但非限制性的实施方式中，所述电动汽车有序充电控制系统包括电动汽车充电桩、电网调度系统、用户及车辆信息采集系统、用电信息采集系统和集中器；
进一步优选地，所述电动汽车充电桩与集中器通信，用于获取充电桩充电参数信息并将其传输至集中器；
所述电动汽车充电桩内置HPLC（High-speed power line carriercommunications，高速电力线载波通信）通信模块，与集中器采用HPLC通信方式进行通信，并可以柔性控制输出充电功率。
所述用电信息采集系统分别与电网调度系统、用户及车辆信息采集系统对接，用于采集台区负荷预测信息、用户及车辆信息，并将采集的信息下发至集中器；
即用电信息采集系统一方面与电网调度系统对接，获取细粒度台区负荷预测信息，另一方面与国网客户服务外网系统对接，获取用户扫码信息，并将这些信息通过4G专网下发给集中器。
所述用户及车辆信息采集系统中，用户通过网上电网APP或电网客服微信小程序扫描充电桩上二维码的方式，将用户及车辆信息传输至电网客户服务外网系统，电网客户服务外网系统经过内外网隔离装置与用电信息采集系统的用电信息采集主站对接。
所述集中器设有有序充电优化策略计算模块，该计算模块基于充电桩充电参数信息、台区负荷预测信息、用户及车辆信息计算并输出有序充电优化策略，该策略下发至电动汽车充电桩执行，用于基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制。
所述集中器基于原有HPLC通道采集充电桩充电参数信息，基于原有4G专网通道获取用电信息采集系统采集的信息，且集中器在不新增任何硬件成本基础上，在软件层面设计台区有序充电控制优化策略计算模块，实时产生每个充电桩有序充电优化策略，并通过HPLC通道下发给各个充电桩。
所述有序充电优化策略计算模块可编写形式各异的有序充电优化算法，包括但不限于二次规划等数学优化方法。
本发明的实施例2提供了一种基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制方法，基于电网公司已有内网用电信息采集系统、外网客服服务系统，通过电动汽车信息采集、用户行为意愿信息采集、台区负荷预测信息采集、有序充电策略生成、有序充电策略下发、有序充电策略执行等实现台区电动汽车有序充电，所述方法具体包括以下步骤：
步骤1、用户通过用户及车辆信息采集系统输入用户及车辆信息，用户及车辆信息采集系统将用户及车辆信息上传至用电信息采集系统；
具体的，所述用户及车辆信息采集系统中，用户通过网上电网APP或电网客服微信小程序扫描充电桩上二维码的方式，将用户及车辆信息传输至电网客户服务外网系统，电网客户服务外网系统经过内外网隔离装置与用电信息采集系统的用电信息采集主站对接。需要指出的是，不同省份电网客服微信小程序不一样，以江苏为例，此小程序为国网江苏电力。
电网调度系统将未来一天的细粒度台区负荷预测信息上传至用电信息采集系统；
所述用户及车辆信息包括：
1）、用户车辆型号信息或电池容量信息；
2）、用户本次充电选择的充电模式，包括有序充电模式、即充即走模式等。
3）、用户设定车辆充电时长信息；
4）、车辆到达时刻荷电状态信息（剩余电量百分比）；
5）、用户设定车辆出发时刻电量最低需求；
其中，用户车辆型号信息或电池容量信息仅在用户首次登陆注册时填写，此后不再重复填写。
所述台区负荷预测信息的颗粒度为15分钟；
电网调度系统将未来一天的细颗粒度台区负荷预测信息传输至用电信息采集系统中，用电信息采集系统将接收到的台区负荷预测信息定时通过4G专网下发至对应台区集中器，时间步长为15分钟。
步骤2、用电信息采集系统分别采集电网调度系统、用户及车辆信息采集系统上传的台区负荷预测信息、用户及车辆信息，并将采集的信息下发至集中器；
步骤3、获取充电桩充电参数信息并将其传输至集中器；
步骤4、将充电桩充电参数信息及用电信息采集系统下发的信息输入至有序充电优化策略计算模块，该模块基于充电桩充电参数信息、台区负荷预测信息、用户及车辆信息计算并输出有序充电优化策略，并通过HPLC网络将优化策略下发至对应的电动汽车充电桩；
台区集中器通过HPLC获取所有充电桩充电参数信息，充电桩充电参数信息，具体包括：
1）、充电桩最大充电功率；
2）、充电桩是通断控制还是功率柔性控制；
3）、充电桩如是功率柔性控制，柔性控制功率输出颗粒度。
需要指出的是，台区集中器每隔15分钟更新用电信息采集系统下发信息，并重新进行优化策略计算与策略下发。
步骤5、各电动汽车充电桩接收到有序充电优化策略之后，按策略要求执行通断控制或者不同等级功率的柔性控制，以实现电动汽车负荷科学最优的时段转移与充电功率安排，实现基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制。
所述有序充电优化策略计算模块可编写形式各异的优化算法，包括但不限于二次规划等数学优化方法。
本发明的实施例3提供了终端，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据所述方法的步骤。
本发明的实施例4提供了计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比：
本发明充分利用电网现有用电信息采集设备及网络，有效保障了有序充电策略下发与执行的可靠性与实时性，实现电动汽车负荷有序充电，达到台区负荷削峰填谷的效果；本发明不新增任何设备、不配置任何通信网络的独特优势，极大节约了系统建设部署成本与运维费用，经济性优异，利于工程应用推广。
本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构（ISA）指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列（FPGA）或可编程逻辑阵列（PLA），该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
这里参照根据本公开实施例的方法、装置（系统）和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其它设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制系统，包括电动汽车充电桩以及电网数据采集网络中的电网调度系统、用户及车辆信息采集系统、电网用户用电信息采集系统和集中器，其特征在于：
所述电动汽车充电桩与集中器通信，用于获取充电桩充电参数信息并将其传输至集中器；
所述用电信息采集系统分别与电网调度系统、用户及车辆信息采集系统对接，用于采集台区负荷预测信息、用户及车辆信息，并将采集的信息下发至集中器；
所述集中器设有有序充电优化策略计算模块，该计算模块基于充电桩充电参数信息、台区负荷预测信息、用户及车辆信息计算并输出有序充电优化策略，该策略下发至电动汽车充电桩执行，用于基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制系统，其特征在于：
所述电动汽车充电桩内置HPLC通信模块，与集中器采用HPLC通信方式进行通信，用于柔性控制输出充电功率。
3.根据权利要求1所述的一种基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制系统，其特征在于：
所述用户及车辆信息采集系统中，用户通过APP或小程序扫描充电桩上二维码的方式，将用户及车辆信息传输至电网客户服务外网系统，电网客户服务外网系统经过内外网隔离装置与用电信息采集系统的用电信息采集主站对接。
4.根据权利要求1所述的一种基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制系统，其特征在于：
所述集中器基于原有HPLC通道采集充电桩充电参数信息，基于原有专网通道获取用电信息采集系统采集的信息，且集中器通过有序充电控制优化策略计算模块，实时产生每个充电桩有序充电优化策略，并通过HPLC通道下发给各个充电桩。
5.根据权利要求1所述的一种基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制系统，其特征在于：
所述有序充电优化策略计算模块通过二次规划优化算法进行有序充电优化策略计算。
6.一种基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制方法，其特征在于：
所述方法包括以下步骤：
步骤1、用户通过用户及车辆信息采集系统输入用户及车辆信息，用户及车辆信息采集系统将用户及车辆信息上传至用电信息采集系统；
电网调度系统将未来一天的细粒度台区负荷预测信息上传至用电信息采集系统；
步骤2、用电信息采集系统分别采集电网调度系统、用户及车辆信息采集系统上传的台区负荷预测信息、用户及车辆信息，并将采集的信息下发至集中器；
步骤3、获取充电桩充电参数信息并将其传输至集中器；
步骤4、将充电桩充电参数信息及用电信息采集系统下发的信息输入至有序充电优化策略计算模块，该模块基于充电桩充电参数信息、台区负荷预测信息、用户及车辆信息计算并输出有序充电优化策略，并通过HPLC网络将优化策略下发至对应的电动汽车充电桩；
步骤5、各电动汽车充电桩接收到有序充电优化策略之后，按策略要求执行通断控制或者不同等级功率的柔性控制，用于基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制。
7.根据权利要求6所述的一种基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制方法，其特征在于：
所述用户及车辆信息包括：用户车辆型号信息或电池容量信息、用户本次充电选择的充电模式、用户设定车辆充电时长信息、车辆到达时刻荷电状态信息以及用户设定车辆出发时刻电量最低需求；
其中，用户车辆型号信息或电池容量信息仅在用户首次登陆注册时填写。
8.根据权利要求6所述的一种基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制方法，其特征在于：
所述台区负荷预测信息的颗粒度为15分钟；
电网调度系统将未来一天的细颗粒度台区负荷预测信息传输至用电信息采集系统中，用电信息采集系统将接收到的台区负荷预测信息定时下发至对应台区集中器，时间步长为15分钟。
9.根据权利要求6所述的一种基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制方法，其特征在于：
所述充电桩充电参数信息，具体包括：充电桩最大充电功率，充电桩是通断控制还是功率柔性控制，以及充电桩功率柔性控制时的柔性控制功率输出颗粒度。
10.根据权利要求6所述的一种基于电网数据采集网络的电动汽车有序充电控制方法，其特征在于：
所述有序充电优化策略计算模块通过二次规划优化算法进行有序充电优化策略计算。
11.一种终端，包括处理器及存储介质；其特征在于：
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求6-10任一项所述方法的步骤。
12.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求6-10任一项所述方法的步骤。
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