CN115534738A - 基于固态开关柜的充电桩集群装置及其使用方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统领域，具体涉及了一种基于固态开关的充电桩集群装置、电力调度方法和系统，旨在解决现有技术的智能的充电桩集群安装扩充成本高，终端设备体积大，易出现油车或满电车辆占用所造成的个体利用率低问题。本发明包括：配电柜和N个交流慢充桩；所述配电柜，内置通讯模块、主控制器、计量传感器和N个固态开关，所述配电柜通过充电支路与所述交流慢充桩连接。本发明通过采用集中式的固态开关的配电柜，通过主控制器集中根据配电容量与充电进度同时控制多个固态开关进行断开/闭合，实现固定配网容量下的高密度充电桩建设，提高个体利用率，充电桩终端不包含控制系统，无需额外的高防护设计，降低制造与安装成本。

Description

基于固态开关柜的充电桩集群装置及其使用方法和系统

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体涉及了一种基于固态开关柜的充电桩集群装置、电力调度方法和系统。

背景技术

近年来，在双碳目标提出的背景下，电动汽车被更多的家庭选择。电动汽车作为高度灵活的移动储能单元，在缓解不可再生能源的使用方面，有着巨大潜力。电动汽车能够大量普及，除了需要充足的充电站外，充电设备体系的不断完善也非常关键。

对于现有技术中的园区有序交流慢充桩集群装置，根据园区配网容量建设有限数量充电桩，从配电柜引出对应数量支路，分别用空气开关进行线路保护，支路终端的交流充电桩内部均需要装配一套充电智能系统，系统包含主控制器、机械接触器、传统熔断器、计量传感器等以实现对每个充电桩的控制。当电动汽车到达停车点进行充电时，个体充电桩接入后触动设置于各充电桩内部的计量传感器，对电动汽车的电量与状态进行实时监测，再通过通讯模块实现人机交互与云端交互，经由主控制器控制机械开关闭合，来对电动汽车进行充电。当线路出现故障后，配电柜内部相应的空气开关断开，停止相应充电桩充电，保护线路安全。当充电过程出现故障时，需通过额外的熔断器触发阻断故障电流。为了尽可能避免油车占用，常需在充电车位添加监控摄像头与地锁，增加制造成本，且仍旧无法根本解决车位占用导致的后续到达车辆无法充电问题。如果用户对新能源汽车进行了升级或更换，容易出现与已有充电桩不兼容问题，需要对充电桩进行更换。如果需要进行有序充电，则需要增加相应模块。

现有的园区有序交流慢充桩集群装置需要为每个充电桩均设置一套智能充电系统，安装扩充成本高，终端设备体积大；受配网容量约束，现有的园区有序交流慢充集群装置的充电桩建设数量有限，慢充桩的建设成本远高于停车位，通常多个车位只能配备少量甚至一个慢充桩，否则会带来资源消耗过高的问题，但慢充桩与停车位不满足一一对应的情况容易产生油车占用带慢充桩车位，或电车充电结束未能及时离开而引入的充电桩占用问题，造成充电设施闲用，降低个体充电桩和园区功率利用率，影响后续到达车辆充电需求。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有技术的智能的充电桩集群安装扩充成本高，终端设备体积大，需要建设高密度充电桩提高个体充电桩以及园区功率利用率问题，本发明提供了一种基于固态开关柜的充电桩集群装置，包括：

固态开关柜和N个交流慢充桩；

所述固态开关柜，为基于固态开关构建的配电柜，所述配电柜，内置通讯模块、主控制器、计量传感器和N个固态开关，所述配电柜通过充电支路与所述交流慢充桩连接；N为预设的整数；

所述交流慢充桩，与园区车位一一对应设置，包括充电枪头和底座。

在一些优选的实施方式中，所述固态开关，与所述交流慢充桩一一对应设置，用于控制充电支路的通断，进而控制各交流慢充桩的工作状态。本发明可实现多充电桩之间的协同，实现有序充电。

在一些优选的实施方式中，所述固态开关，由机械触点和半导体功率器件组成，可通过控制指令设定电流保护阈值。所述控制指令，可通过具有人机交互界面的软件进行输入或预先设置。

本发明的另一方面，提出了一种基于固态开关柜的充电桩集群装置电力调度方法，基于上述的基于固态开关柜的充电桩集群装置实施，所述电力调度方法包括：

步骤S100，主控制器通过通讯模块获取当前用户的充电信息；

步骤S200，主控制器根据负责区域内的充电信息、配网当前时刻剩余容量和实时供电成本，设置当前时间段内进行充电的慢充桩编号，生成或更新当前时间段内的充电指令；本发明使各充电用户的需求充电量在要求时间内实现完全满足的同时，实现充电时间、成本公平性。

步骤S300，固态开关根据当前时间段内的充电指令控制充电支路向交流慢充桩供电，通过计量传感器记录充电执行状况并生成充电进度信息；

步骤S400，主控制器根据所述充电进度信息更新充电指令。

在一些优选的实施方式中，所述充电信息包括：期望充电容量和预计离开时间。车辆停入车位后，用户可通过扫码、预先下载app或提前预约等方式进行数据通讯，输入充电信息。

在一些优选的实施方式中，所述充电指令，具体为对选定充电支路的固态开关进行0/1控制；其中1表示固态开关导通，充电枪执行充电任务，0表示固态开关断开，充电枪停止或暂停充电任务。

在一些优选的实施方式中，所述步骤S200，具体为：

设园区内充电桩的运行总成本C1为：

其中，P_i表示慢充桩的输出功率，t表示t时刻，M表示配电柜数量，N表示每个配电柜负责的慢充桩的数量，S_SS，I，i表示第I个配电柜内的第i个慢充桩对应的固态开关的闭合状态，t_now表示当前调度时间，t_last表示园区内当前所有充电车辆所设离开时间中最晚离开车辆的离开时间，C_e表示单个慢充桩的供电成本，Δt表示持续充电时间；

其中，S_SS，I，i的具体表达为：

固态开关闭合时，配电柜对对应的慢充桩提供充电电能，固态开关断开时，对应的慢充桩暂停或停止充电；

设单个配电柜管理的充电用户的充电时长差为：

其中，t_d表示离开时间，t_a表示车辆到达时间；

则园区内所有充电用户的充电时长差C2为：

其中，j表示第j个慢充桩；

设园区内所有充电用户的充电成本与停车时间段平均成本比例差值为：

其中，供电成本C_e(t)为包括从电能产生至慢充桩完成供电所产生的成本，通常可以从电价中得到体现，为了便于理解和实施在本发明中可将电价代入进行计算，供电成本不以实施者的主体意志改变。

使运行总成本、充电时长差、平均成本比例差值为最小值，使各用户在同一时间段内分配到相近的充电时长并且支付的充电成本与停车时间内的平均供电成本趋于相同，再使整个园区的运行总成本最低，获得园区内的慢充桩优化调度目标模型为：

通过该目标模型，调整各慢充电桩所对应固态开关在各时刻下的状态S_SS以及持续充电时长Δt，使所述优化调度目标模型C取最小值，最终得到当前时段内进行充电的慢充桩编号。

在一些优选的实施方式中，所述步骤S200，还包括慢充桩的约束条件，具体为：

慢充桩选择与固态开关约束条件：

车位没有电车时停车时，固态开关始终保持闭合，即：

在同一时刻，同一个配电柜内导通的固态开关数量小于或等于停车数；

慢充桩输出功率约束条件：

园区内所有慢充桩的输出功率小于或等于配网在当前时刻的最大剩余容量：

P_load(t)表示t时刻下所在区域的其他负载，

表示t时刻下配网的剩余可用最大容量；

慢充桩t时刻的的充电功率P_i(t)不超过慢充桩额定值：

0≤P_i(t)≤P_max(i)，t∈[t_now，t_last]

P_max(i)表示第i个慢充桩的额定功率；

充电状态SOC更新约束条件：

在第i个慢充桩对应的车位有电车新停入时，将该电车此时的SOC_now(i，t)记为电车到达时的充电状态SOC_a，即：

SOC_now(i，t)＝SOC_a(i，t)，S_pa，I，i(t-1)＝0&S_pa，I，i(t)＝1

其中，S_pa，I，i(t)表示第I个配电柜管理的第i个车位t时刻的停车状态，S_pa，I，i(t)＝1表示t时刻有电车停放，S_pa，I，i(t-1)第I个配电柜管理的第i个车位t-1时刻的停车状态；

当第i个车位有电车停放，并进行充电时，通过上一时刻SOC、电车到达时的SOC_a、充电功率和电池容量E对当前电车当前SOC进行更新，即：

S_pa，I，i(t)＝1

其中，γ表示充电效率，λ_i表示更新权重，具体的取值为：

通过不断进行充电调整SOC，最终充电得到的SOC不应超过用户的需求量。

在一些优选的实施方式中，所述步骤S400，具体为：

当目前调度时间段配网剩余容量无法满足用户充电需求，或充电进度信息中包含充电完成信息时，则通过主控制器发出控制对应固态开关关断的指令。

在一些优选的实施方式中，所述电力调度方法还包括紧急断电的步骤，具体为：

当固态开关内部的霍尔元件传感器检测到充电支路出现故障时，即充电支路的充电电流超出预设的电流保护阈值时，主控制器向故障充电支路的固态开关发出断开指令。

本发明的第三方面，提出了一种基于固态开关柜的充电桩集群装置电力调度系统，所述系统包括：

充电信息获取模块，配置为主控制器通过通讯模块获取当前用户的充电信息；

充电指令更新模块，配置为主控制器根据负责区域内的充电信息、配网当前时刻剩余容量和实时供电成本，设置当前时间段内进行充电的慢充桩编号，生成或更新当前时间段内的充电指令；

充电桩供电模块，配置为固态开关根据当前时间段内的充电指令控制充电支路向交流慢充桩供电，通过计量传感器记录充电执行状况并生成充电进度信息；

充电指令更新模块，配置为主控制器根据所述充电进度信息更新充电指令。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过采用集中式的固态开关的配电柜，通过主控制器集中根据配电容量与充电进度同时控制多个固态开关分别进行断开/闭合，实现固定配网容量下的高密度充电桩建设。

(2)本发明通过仅在集成式配电柜端安装一套控制系统，充电桩终端不包含控制系统，无需额外的高防护设计，降低制造与安装成本。

(3)本发明通过配电柜对各低成本充电桩的独立控制，可以实现园区内充电桩与车位的一一对应，从而解决油车与满电车辆所在车位的充电插头占用，所造成的后续到达用户充电需求无法满足的问题，提高个体充电桩与园区功率利用率。

(4)本发明通过主控制器集中根据配电容量与充电进度，同时控制多个固态开关分别进行断开/闭合，可以实现园区内多充电桩间的协同充电。

(5)本发明通过配电柜端充分利用固态开关既可以开断正常电流，也可以瞬态开断超大故障电流的特点，可以采用固态开关代替空气开关、接触器(继电器)和熔断器，更集成化。

(6)具备微秒级的保护与断开优势，能够更安全有效的保护线路安全，且保护后可自行恢复。

(7)本发明可通过编程定义保护值，对新能源车型升级实现系统兼容，可以自适应所接入车辆的电流，灵活调整保护值。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明基于固态开关的充电桩集群装置的布设原理示意图；

图2是现有技术中的智能充电桩集群装置的布设原理示意图；

图3是本发明的基于固态开关柜的充电桩集群装置电力调度方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本发明提供一种基于固态开关柜的充电桩集群装置，本装置通过主控制器集中根据配电容量与充电进度同时控制多个固态开关进行断开/闭合，实现固定配网容量下的高密度充电桩建设，提高个体利用率。

本发明的一种基于固态开关柜的充电桩集群装置，所述装置包括：

固态开关柜和N个交流慢充桩；

所述固态开关柜，为基于固态开关构建的配电柜，所述配电柜内置通讯模块、主控制器、计量传感器和N个固态开关，所述配电柜通过充电支路与所述交流慢充桩连接；N为预设的整数，且N可根据需要增加或减少；

所述交流慢充桩，与园区车位一一对应设置，包括充电枪头和底座。所述底座，可用于安放充电枪头。

为了更清晰地对本发明基于固态开关的充电桩集群装置进行说明，下面结合图1对本发明实施例展开详述。

本发明第一实施例的基于固态开关的充电桩集群装置，包括固态开关柜和N个交流慢充桩，细描述如下：

所述固态开关柜，为基于固态开关构建的配电柜，所述配电柜内置通讯模块、主控制器、计量传感器和N个固态开关，所述配电柜通过充电支路与所述交流慢充桩连接；N为预设的整数；

在本实施例中，所述固态开关，与所述交流慢充桩一一对应设置，用于控制充电支路的通断，进而控制各交流慢充桩的工作状态，实现通过一个配电柜控制多慢充桩之间的协同、对电车有序充电。

在本实施例中，所述固态开关，由机械触点和半导体功率器件组成，可通过软件自定义设定电流保护阈值。所述半导体功率器件可选用IGBT、IGCT、SiC MOSFET。

所述交流慢充桩，与园区车位一一对应设置，包括充电枪头和底座，底座用于安放、固定或保护充电枪头。

现有的智能充电桩集群装置的布设原理如图2所示，在图2中，从传统的配电柜中引出数条支路，每条支路通过一个空气开关进行线路保护，每条支路连接着一个交流慢充桩，每个慢充装内部均需要装配一套智能充电系统，包括主控制器、机械接触器、传统熔断器、通讯模块和计量传感器。当电车到达充电位置时，通过通讯模块实现人机交互与云端交互，并通过充电桩内部各自的主控制器控制内部机械开关的闭合进行充电。当充电过程出现故障时，通过熔断触发阻断故障电流。若需要进行有序充电，还需要增加相应的模块。现有的智能充电桩集群装置每一条支路的充电桩都装有一套智能充电系统，安装扩充成本高，终端设备体积大；受配网容量约束，不利于建设高密度充电桩，存在被充满电的电动汽车或者油车占用车位，无法满足所有用户的充电需求；导致充电桩利用率偏低的问题；通过机械接触器(继电器)控制充电桩电流关断，但是机械接触器(继电器)能断开的电流值有限，无法断开故障短路电流，需要额外的熔断器提供故障电流阻断功能，此外配电柜仍需要安装空气开关进行各充电桩支路的控制和保护，增加成本，且保护后无法自行恢复，需要人为操作及更换熔断器；机械接触器(继电器)自身寿命短，且无法进行智能化编程，容易出现新能源汽车升级后的不兼容问题，需要对已有充电桩进行更换；每个充电桩内的电子器件、接触器等敏感器件都需要应对恶劣天气，增加防护设计成本。

而本实施例，对于一个供给N个停车位的配电柜，只需要在内部装配一套主控充电系统，与现有技术的充电桩比少了N-1套通讯模块、N个断路器和N个机械接触器，降低了布设成本和扩增难度。并且本实施例采用固态开关对充电桩进行控制与保护，兼顾了机械接触器与断路器的保护功能，使结构更简单，能在固定配网容量下，建设大量高密度充电桩，同时对大量固态开关进行闭合/关断控制，解决油车与满电车辆占用问题，保证后续到达车辆充电需求，提高个体利用率，并且可通过对固态开关软件自定义保护值，兼容后续新能源车型升级。并且本实施例仅在集成式配电柜端安装一套控制系统，充电桩终端不包含控制系统，无需额外的高防护设计，降低制造与安装成本。

本发明第二实施例的基于固态开关柜的充电桩集群装置电力调度方法，基于上述的基于固态开关的充电桩集群装置实施，如图3所示，所述电力调度方法包括：

步骤S100，主控制器通过通讯模块获取当前用户的充电信息；用户可通过扫描二维码的方式与配电箱的通讯模块连接并传输信息，也可通过手机app的方式与所述通讯模块建立连接。

在本实施例中，所述充电信息包括：期望充电容量和预计离开时间。

步骤S200，主控制器根据负责区域内的充电信息、配网当前时刻剩余容量和实时供电成本，设置当前时间段内进行充电的慢充桩编号，生成或更新当前时间段内的充电指令；

在本实施例中，所述充电指令，具体为对选定充电支路的固态开关进行0/1控制；其中1表示固态开关导通，充电枪执行充电任务，0表示固态开关断开，充电枪停止或暂停充电任务。

在本实施例中，所述步骤S200，具体为：

设园区内充电桩的运行总成本C1为：

其中，P_i表示慢充桩的输出功率，t表示t时刻，M表示配电柜数量，N表示每个配电柜负责的慢充桩的数量，S_SS，I，i表示第I个配电柜内的第i个慢充桩对应的固态开关的闭合状态，t_now表示当前调度时间，t_last表示园区内当前所有充电车辆所设离开时间的最晚离开车辆的离开时间，C_e表示单个慢充桩的供电成本，Δt表示持续充电时间；

其中，S_SS，I，i的具体表达为：

固态开关闭合时，配电柜对对应的慢充桩提供充电电能，固态开关断开时，对应的慢充桩暂停或停止充电；

设单个配电柜管理的充电用户的充电时长差为：

其中，t_d表示离开时间，t_a表示车辆到达时间；

则园区内所有充电用户的充电时长差C2为：

其中，j表示第j个慢充桩；

设园区内所有充电用户的充电成本与停车时间段平均成本比例差值为：

其中，供电成本C_e(t)为包括从电能产生至慢充桩完成供电所产生的成本，通常可以从电价中得到体现，为了便于理解和实施在本发明中可将电价代入进行计算，供电成本不以实施者的主体意志改变。

使运行总成本、充电时长差、平均成本比例差值为为最小值，使各用户在同一时间段内分配到相近的充电时长并且支付的充电成本与停车时间内的平均供电成本趋于相同，再使整个园区的运行总成本最低，获得园区内的慢充桩优化调度目标模型为：

通过该目标模型，调整各慢充电桩所对应固态开关在各时刻下的状态S_SS以及持续充电时长Δt，使所述优化调度目标模型C取最小值，最终得到当前时段内进行充电的慢充桩编号。

本实施例的优化调度目标模型，充分保障充电的公平性，使各用户的实际充电时长之间的差距缩小；同时由于充电需求量不同、时间段不同，供电成本均存在差异，例如，在高峰期间进行充电的用户的充电成本高于在低谷期充电的用户，不同时段之间的充电成本同样存在不同，因此，对各用户之间的充电成本公平性可以采用停车时间内的平均电价进行衡量，即使得用户的实际充电平均成本与停车时间内的总平均成本比值接近1，可将充电成本公平合理地分摊到各用户中，提高用电的效率。

当目前配电柜可提供的剩余电量不足以支撑园区所有车辆充电时，配电柜内部的主控制器会根据云端的调度结果向部分支路的固态开关进行控制，使其断开，停止充电；等到配网容量充足时，控制器向符合容量要求的固态开关发送驱动器号使其闭合，继续进行充电。通过固态开关柜不断重复主控制器对整个停车场充电桩进行断开/闭合控制，实现园区整体的电动汽车充电调度；

在本实施例中，所述步骤S200，还包括慢充桩的约束条件，具体为：

慢充桩选择与固态开关约束条件：

车位没有电车时停车时，固态开关始终保持闭合，即：

在同一时刻，同一个配电柜内导通的固态开关数量小于或等于停车数；

慢充桩输出功率约束条件：

园区内所有慢充桩的输出功率小于或等于配网在当前时刻的最大剩余容量：

P_load(t)表示t时刻下所在区域的其他负载，

表示t时刻下配网的剩余可用最大容量；

慢充桩t时刻的的充电功率P_i(t)不超过慢充桩额定值：

0≤P_i(t)≤P_max(i)，t∈[t_now，t_last]

P_max(i)表示第i个慢充桩的额定功率；

充电状态SOC更新约束条件：

在第i个慢充桩对应的车位有电车新停入时，将该电车此时的SOC_now(i，t)记为电车到达时的充电状态SOC_a，即：

SOC_now(i，t)＝SOC_a(i，t)，S_pa，I，i(t-1)＝0&S_pa，I，i(t)＝1

其中，S_pa，I，i(t)表示第I个配电柜管理的第i个车位t时刻的停车状态，S_pa，I，i(t)＝1表示t时刻有电车停放，S_pa，I，i(t-1)第I个配电柜管理的第i个车位t-1时刻的停车状态；

当第i个车位有电车停放，并进行充电时，通过上一时刻SOC、电车到达时的SOC_a、充电功率和电池容量E对当前电车当前SOC进行更新，即：

S_pa，I，i(t)＝1

其中，γ表示充电效率，λ_i表示更新权重，具体的取值为：

通过不断进行充电调整SOC，最终充电得到的SOC不应超过用户的需求量。

步骤S300，固态开关根据充电指令控制充电支路向交流慢充桩供电，通过计量传感器记录充电执行状况并生成充电进度信息；

步骤S400，主控制器根据所述充电进度信息更新充电指令。

在本实施例中，所述步骤S400，具体为：

当目前调度时间段配网剩余容量无法满足用户充电需求，或充电进度信息中包含充电完成信息时，则通过主控制器发出控制对应固态开关关断的指令。所述充电完成信息，可以是电车充满电，或计量传感器检测到对目标电车已经充入了预设的需求，即向通讯模块发送带有充电完成信息的充电进度信息，主控制器控制关断对应的固态开关，停止充电。

在本实施例中，所述电力调度方法还包括紧急断电的步骤，具体为：

当检测到充电支路或用户设备出现故障时，即充电支路的充电电流超出所设阈值时，主控制器向故障充电支路的固态开关发出断开指令。

本实施例配电柜端充分利用固态开关既可以开断正常电流，也可以瞬态开断超大故障电流的特点，可以采用固态开关代替空气开关、接触器(继电器)和熔断器，更集成化并具备微秒级的保护与断开优势，能够更安全有效的保护线路安全，且保护后可自行恢复。

且可通过编程定义保护值，对新能源车型升级实现系统兼容，可以自适应所接入车辆的电流，灵活调整保护值。

本发明的第三实施例公开了一种基于固态开关柜的充电桩集群装置电力调度系统，所述系统基于上述的基于固态开关的充电桩集群装置实施，所述系统包括：

充电信息获取模块，配置为主控制器通过通讯模块获取当前用户的充电信息；

充电指令更新模块，配置为主控制器根据负责区域内的充电信息、配网当前时刻剩余容量和实时供电成本，设置当前时间段内进行充电的慢充桩编号，生成或更新当前时间段内的充电指令；

充电桩供电模块，配置为固态开关根据当前时间段内的充电指令控制充电支路向交流慢充桩供电，通过计量传感器记录充电执行状况并生成充电进度信息；

充电指令更新模块，配置为主控制器根据所述充电进度信息更新充电指令。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

需要说明的是，上述实施例提供的基于固态开关柜的充电桩集群装置的使用系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于固态开关柜的充电桩集群装置，其特征在于，所述装置包括：

固态开关柜和N个交流慢充桩；

所述固态开关柜，为基于固态开关构建的配电柜，所述配电柜内置通讯模块、主控制器、计量传感器和N个固态开关，所述配电柜通过充电支路与所述交流慢充桩连接；N为预设的整数；

所述交流慢充桩，与园区车位一一对应设置，包括充电枪头和底座。

2.根据权利要求1所述的基于固态开关柜的充电桩集群装置，其特征在于，所述固态开关，与所述交流慢充桩一一对应设置，用于控制充电支路的通断，进而控制各交流慢充桩的工作状态。

3.根据权利要求1所述的基于固态开关柜的充电桩集群装置，其特征在于，所述固态开关，由机械触点和半导体功率器件组成，可通过控制指令设定电流保护阈值。

4.一种基于固态开关柜的充电桩集群装置电力调度方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-3任一项所述的基于固态开关的充电桩集群装置实施，所述电力调度方法包括：

步骤S100，主控制器通过通讯模块获取当前用户的充电信息；

步骤S200，主控制器根据负责区域内的充电信息、配网当前时刻剩余容量和实时供电成本，设置当前时间段内进行充电的慢充桩编号，生成或更新当前时间段内的充电指令；

步骤S300，固态开关根据当前时间段内的充电指令控制充电支路向交流慢充桩供电，通过计量传感器记录充电执行状况并生成充电进度信息；

步骤S400，主控制器根据所述充电进度信息更新充电指令。

5.根据权利要求4所述的基于固态开关柜的充电桩集群装置电力调度方法，其特征在于，用户进入停车位后，输入充电信息，所述充电信息包括：期望充电容量和预计离开时间。

6.根据权利要求4所述的基于固态开关柜的充电桩集群装置电力调度方法，其特征在于，所述充电指令，具体为对选定充电支路的固态开关进行0/1控制；其中1表示固态开关导通，充电枪执行充电任务，0表示固态开关断开，充电枪停止或暂停充电任务。

7.根据权利要求4所述的基于固态开关柜的充电桩集群装置电力调度方法，其特征在于，所述步骤S200，具体为：

设园区内充电桩的运行总成本C1为：

其中，P_i表示慢充桩的输出功率，t表示t时刻，M表示配电柜数量，N表示每个配电柜负责的慢充桩的数量，S_SS，I，i表示第I个配电柜内的第i个慢充桩对应的固态开关的闭合状态，t_now表示当前调度时间，t_lase表示园区内最晚离开车辆的离开时间，C_e表示单个慢充桩的供电成本，Δt表示持续充电时间；

其中，S_SS，I，i的具体表达为：

固态开关闭合时，配电柜对对应的慢充桩提供充电电能，固态开关断开时，对应的慢充桩暂停或停止充电；

设单个配电柜管理的充电用户的充电时长差为：

其中，t_d表示离开时间，t_a表示车辆到达时间；

则园区内所有充电用户的充电时长差C2为：

其中，j表示第j个慢充桩；

设园区内所有充电用户的充电成本与停车时间段平均成本比例差值C3为：

使运行总成本、充电时长差、平均成本比例差值为最小值，使各用户在同一时间段内分配到相近的充电时长并且支付的充电成本与停车时间内的平均供电成本趋于相同，再使整个园区的运行总成本最低，获得园区内的慢充桩优化调度目标模型为：

通过该目标模型，调整各慢充电桩所对应固态开关在各时刻下的状态S_SS以及持续充电时长Δt，使所述优化调度目标模型C取最小值，最终得到当前时段内进行充电的慢充桩编号。

8.根据权利要求7所述的基于固态开关柜的充电桩集群装置电力调度方法，其特征在于，所述步骤S200，还包括慢充桩的约束条件，具体为：

慢充桩选择与固态开关约束条件：

车位没有电车时停车时，固态开关始终保持闭合，即：

在同一时刻，同一个配电柜内导通的固态开关数量小于或等于停车数；

慢充桩输出功率约束条件：

园区内所有慢充桩的输出功率小于或等于配网在当前时刻的最大剩余容量：

P_load(t)表示t时刻下所在区域的其他负载，

表示t时刻下配网的剩余可用最大容量；

慢充桩t时刻的的充电功率P_i(t)不超过慢充桩额定值：

0≤P_i(t)≤P_max(i)，t∈[t_now，t_last]

P_max(i)表示第i个慢充桩的额定功率；

充电状态SOC更新约束条件：

在第i个慢充桩对应的车位有电车新停入时，将该电车此时的SOC_now(i，t)记为电车到达时的充电状态SOC_a，即：

SOC_now(i，t)＝SOC_a(i，t)，S_pa，I，i(t-1)＝0&S_pa，I，i(t)＝1

其中，S_pa，I，i(t)表示第I个配电柜管理的第i个车位t时刻的停车状态，S_pa，I，i(t)＝1表示t时刻有电车停放，S_pa，I，i(t-1)第I个配电柜管理的第i个车位t-1时刻的停车状态；

当第i个车位有电车停放，并进行充电时，通过上一时刻SOC、电车到达时的SOC_a、充电功率和电池容量E对当前电车当前SOC进行更新，即：

S_pa，I，i(t)＝1

其中，γ表示充电效率，λ_i表示更新权重，具体的取值为：

通过不断进行充电调整SOC，最终充电得到的SOC不应超过用户的需求量。

9.根据权利要求4所述的基于固态开关柜的充电桩集群装置电力调度方法，其特征在于，所述步骤S400，具体为：

当目前调度时间段配网剩余容量无法满足用户充电需求，或充电进度信息中包含充电完成信息时，则通过主控制器发出控制对应固态开关关断的指令。

10.根据权利要求4所述的基于固态开关柜的充电桩集群装置电力调度方法，其特征在于，所述电力调度方法还包括紧急断电的步骤，具体为：

当固态开关内部的霍尔元件传感器检测到充电支路出现故障时，即充电支路的充电电流超出预设的电流保护阈值时，主控制器向故障充电支路的固态开关发出断开指令。

11.一种基于固态开关柜的充电桩集群装置电力调度系统，其特征在于，所述系统基于权利要求1-3任一项所述的基于固态开关的充电桩集群装置实施，所述系统包括：

充电信息获取模块，配置为主控制器通过通讯模块获取当前用户的充电信息；

充电指令更新模块，配置为主控制器根据负责区域内的充电信息、配网当前时刻剩余容量和实时供电成本，设置当前时间段内进行充电的慢充桩编号，生成或更新当前时间段内的充电指令；

充电桩供电模块，配置为固态开关根据当前时间段内的充电指令控制充电支路向交流慢充桩供电，通过计量传感器记录充电执行状况并生成充电进度信息；

充电指令更新模块，配置为主控制器根据所述充电进度信息更新充电指令。

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