CN118316049A - 一种充电桩集群负荷分配控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及充电桩负荷控制领域，具体公开一种充电桩集群负荷分配控制方法，初始阶段，充电桩集群进行决策选出一个充电桩为主机，其余充电桩为从机；主机实时检测自身和各个从机的在线状态以及需求功率；主机每隔第一预设时间，根据第一分配控制策略向当前在线的各个充电桩发送功率控制；当有从机离线时，主机根据第二分配控制策略向各个充电桩发送功率控制；当主机离线时，主机根据第三分配控制策略调整自身功率，其余从机重新决策选出新的主机。本发明通过在本地形成一主多从的功率控制场景，提高保障功率合理分配的有效性，进而避免用电高峰期电网过载的问题，保障特殊时段的有效功率控制。

Description

一种充电桩集群负荷分配控制方法

技术领域

本发明涉及充电桩负荷控制领域，具体涉及一种充电桩集群负荷分配控制方法。

背景技术

随着充电桩集群的电能需求量大、负荷突变程度高，特别是在高峰期，负荷会集中突增，会对电网产生冲击，造成供电压力。充电场景下随之而来的问题也不断突显，其中功率分配不合理是一突出问题。充电桩功率分配的重要性在于能够最大化充电设施的使用效率，以满足用户的充电需求。在一个充电站中，如果功率分配不合理，可能会导致某些充电桩被占用而无法使用，同时另一些充电桩则处于闲置状态，比如大型车辆将后端的输入功率全部使用，浪费了能源和资源。另外，在用电高峰期间，电网的负荷达到峰值，这对于整个电网的稳定运行是一个巨大的挑战。特别是在夏季，由于空调、风扇等制冷设备的集中使用，电网负荷本来就处于一个相对较高的水平。如果此时充电桩的功率分配不合理，使得部分电网区域的负荷进一步增加，那么就可能导致电网过载，负荷超过了其设计的承受能力，可能会导致一系列严重的问题。同时，如果在一个充电站中，某个充电桩的功率过高，而其他充电桩的功率过低，就会导致充电速度不均衡，有些用户会等待很长时间才能充电，而有些用户则可以快速充电。这样不仅会影响用户体验，还会造成充电站资源的浪费。

然而，目前充电桩的负控主要依赖平台负控，且充电桩与平台通信多使用无线通信，受运营商网络，本地信号质量、干扰等多方面因素影响较大，一旦出现设备离线，无法做到有效得负控调节，造成功率分配不合理。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种充电桩集群负荷分配控制方法，通过在本地形成一主多从的功率控制场景，提高保障功率合理分配的有效性，进而避免用电高峰期电网过载的问题，保障特殊时段的有效功率控制。

本发明的技术方案包括：一种充电桩集群负荷分配控制方法，包括以下步骤：

初始阶段，充电桩集群进行决策选出一个充电桩为主机，其余充电桩为从机；

主机实时检测自身和各个从机的在线状态以及需求功率；

主机每隔第一预设时间，根据第一分配控制策略向当前在线的各个充电桩发送功率控制；

当有从机离线时，主机根据第二分配控制策略向各个充电桩发送功率控制；

当主机离线时，主机根据第三分配控制策略调整自身功率，其余从机重新决策选出新的主机。

在一个可选的实施方式中，初始阶段，充电桩集群进行决策选出一个充电桩为主机，其余充电桩为从机，具体包括：

为各个充电桩分配桩号；

将各个充电桩以桩号从大到小排序；

选出桩号最大的充电桩作为主机，其余充电桩作为从机。

在一个可选的实施方式中，主机实时检测自身和各个从机的在线状态以及需求功率，具体包括：

主机和各个从机每隔第二预设时间向总线发送一次心跳信息，广播自身桩号和当前需求功率；

主机每隔第三预设时间检测一次各个从机的心跳信息，若连续N次未检测到从机的心跳信息，则判定从机离线；其中，第三预设时间大于第二预设时间，第一预设时间大于第三预设时间；

从机每隔第三预设时间检测一次主机的心跳信息，若所有从机连续N次未检测到主机的心跳信息，则判定主机离线。

在一个可选的实施方式中，主机每隔第一预设时间，根据第一分配控制策略向当前在线的各个充电桩发送功率控制，具体包括：

计算所有当前在线充电桩的最近一次需求功率的总和；

判断最近一次需求功率的总和是否超过总功率，所述总功率是指电网分配给充电桩集群的总功率；

若否，主机按照各个当前在线充电桩的最近一次实际需求功率进行功率分配，根据分配结果依次向各个当前在线充电桩发送功率控制；

若是，主机按照各个当前在线充电桩最近一次需求功率的百分比进行功率分配，根据分配结果依次向各个当前在线充电桩发送功率控制。

在一个可选的实施方式中，根据分配结果依次向各个当前在线充电桩发送功率控制之后，还包括以下步骤：

等待当前充电桩的反馈信息；

根据反馈信息判断充电桩是否功率调整成功；

若是，向下一个充电桩发送功率控制；

若否，尝试M次向当前充电桩发送功率控制，若M次均功率调整失败，则固定当前充电桩的功率为上一次功率控制的功率，将总功率减去当前充电桩所固定功率，所计算剩余功率作为新的总功率对其余当前在线充电桩的分配功率重新计算。

在一个可选的实施方式中，当有从机离线时，主机根据第二分配控制策略向各个充电桩发送功率控制，具体包括：

将离线从机离线前倒数第一次需求功率与倒数第二次需求功率进行比对；

选出较大的需求功率作为初始分配功率；

记总功率的预设比例功率记为阈值功率，判断初始分配功率是否小于阈值功率；

若是，则将离线从机的分配功率配置为阈值功率，将总功率减去阈值功率，所计算剩余功率作为新的总功率对当前在线充电桩的分配功率进行计算，根据分配结果依次向各个充电桩发送功率控制；

若否，则将初始分配功率配置为离线从机的分配功率，将总功率减去初始分配功率，所计算剩余功率作为新的总功率对当前在线充电桩的分配功率进行计算，根据分配结果依次向各个充电桩发送功率控制，且预设时长后，若从机仍处于离线状态，则将离线从机的分配功率配置为阈值功率，将总功率减去阈值功率，所计算剩余功率作为新的总功率对当前在线充电桩的分配功率进行计算，根据分配结果依次向各个充电桩发送功率控制。

在一个可选的实施方式中，当主机离线时，主机根据第三分配控制策略调整自身功率，具体包括：

检测所有从机的最近一次需求功率；

将所有从机的最近一次需求功率求和，其中最近一次需求功率小于阈值功率的，以阈值功率计算；

将总功率减去所求和功率的剩余功率作为主机的分配功率。

在一个可选的实施方式中，其余从机重新决策选出新的主机，具体包括：

在剩余从机中选出桩号最大的从机作为新的主机。

在一个可选的实施方式中，其余从机重新决策选出新的主机之后，还包括以下步骤：

新的主机将总功率减去离线主机所分配功率的剩余功率作为新的总功率，根据新的总功率对剩余充电桩的分配功率重新计算。

在一个可选的实施方式中，该方法还包括以下步骤：

若主机或任一从机接收到其他主机的功率控制，则执行重新决策主机的流程。

本发明提供的一种充电桩集群负荷分配控制方法，相对于现有技术，具有以下有益效果：首先在本地充电桩集群中选出一个主机，其余作为从机，然后由主机检测各个充电桩的状态和需求功率，基于检测信息通过相应分配控制策略来控制各个充电桩的功率分配，形成一主多从的功率控制场景，实现电动汽车充电过程中的功率合理分配， 避免用电高峰期电网过载的问题，保障特殊时段的有效功率控制。本发明合理规划和调度充电负荷，可以减少充电桩的功率、数量和配电设备的投资，降低建设成本，在设备与平台失去连接时，可实现站级的本地调控，同时通过不增加硬件，不增加容量，不增加额外负控产品，不通过人工干预的情况下达到负荷分配的功能，可满足用户负控需求，实现智能集群负荷控制功能。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种充电桩集群负荷分配控制方法流程示意图。

图2是主机筛选示意图。

图3是从机离线示意图。

图4是主机离线示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

图1是本发明实施例提供的一种充电桩集群负荷分配控制方法流程示意图。根据不同的需求，该流程图中步骤的顺序可以改变，某些可以省略。

如图1所示，该方法包括以下步骤。

S1，初始阶段，充电桩集群进行决策选出一个充电桩为主机，其余充电桩为从机。

S2，主机实时检测自身和各个从机的在线状态以及需求功率。

S3，主机每隔第一预设时间，根据第一分配控制策略向当前在线的各个充电桩发送功率控制。

S4，当有从机离线时，主机根据第二分配控制策略向各个充电桩发送功率控制。

S5，当主机离线时，主机根据第三分配控制策略调整自身功率，其余从机重新决策选出新的主机。

本实施例将多个充电桩自行决策使其中一台充电桩成为负荷调控设备来调控自生及其他充电桩的充电功率，形成一主多从的功率控制场景，实现电动汽车充电过程中功率合理分配，解决用电高峰期电网过载的问题，保证对特殊时段功率的有效控制。

为进一步理解本发明，以下提供具体实施例对上述各步骤进一步详细说明。

步骤S1的目的是在初始阶段，在本地充电桩集群中选出一个主机，其余作为从机，图2是主机筛选示意图，各个充电桩为前端机，前端机通过总线连接到后端机，车辆连接到前端机充电。

在一个可选的实施方式中，通过以下步骤1.1-步骤1.3实现主机筛选。

步骤1.1，为各个充电桩分配桩号。

步骤1.2，将各个充电桩以桩号从大到小排序。

步骤1.3，选出桩号最大的充电桩作为主机，其余充电桩作为从机。

示例性的，图2中充电桩从左到右依次分配桩号4、3、2、1，则经决策筛选出最左侧4号充电桩作为主机，其余1、2、3号充电桩为从机。

一旦决策完成，系统将按照主机发送的指令进行相应的操作。这一步确保了系统的协调性和统一性，使得所有设备能够有序地运行。

步骤S2的目的是实现相关数据的检测，以基于检测数据实现功率的合理分配，所检测数据包括各个充电桩的在线状态和需求功率，主机及时对检测数据进行存储，确保对各充电桩的全面掌握，有助于更好地协调和控制设备运行。在一个可选的实施方式中，通过以下步骤2.1-步骤2.3实现相关数据的检测。

步骤2.1，主机和各个从机每隔第二预设时间向总线发送一次心跳信息，广播自身桩号和当前需求功率。

步骤2.2，主机每隔第三预设时间检测一次各个从机的心跳信息，若连续N次未检测到从机的心跳信息，则判定从机离线。图3是从机离线示意图。

步骤2.3，从机每隔第三预设时间检测一次主机的心跳信息，若所有从机连续N次未检测到主机的心跳信息，则判定主机离线。图4是主机离线示意图。

其中，第三预设时间大于第二预设时间，第一预设时间大于第三预设时间。

示例性的，主机和从机3s一次定时向总线发送心跳信息，广播自己桩端信息，包括桩号和当前需求功率。主机4s一次检测各个从机心跳信息，如果3次未收到从机心跳，判定从机离线。从机4s一次检测主机心跳信息，如果3次未收到主机心跳，判定主机离线。

检测信息对于主机的决策和控制至关重要。定期操作有助于确保系统信息的实时性和准确性，提高了系统的可靠性和稳定性。

步骤S3的目的是实现正常状态下（指当前无从机和主机自身不离线）主机对各个充电桩的功率控制，在此状态下，每隔第一预设时间发送一次功率控制，并由第一分配控制策略进行功率控制。

在一个可选的实施方式中，步骤S3具体包括以下步骤3.1-步骤3.4。

步骤3.1，计算所有当前在线充电桩的最近一次需求功率的总和。

步骤3.2，判断最近一次需求功率的总和是否超过总功率，其中总功率是指电网分配给充电桩集群的总功率。

步骤3.3，若否，主机按照各个当前在线充电桩的最近一次实际需求功率进行功率分配，根据分配结果依次向各个当前在线充电桩发送功率控制。

步骤3.4，若是，主机按照各个当前在线充电桩最近一次需求功率的百分比进行功率分配，根据分配结果依次向各个当前在线充电桩发送功率控制。

当所有充电桩正常运行最近一次需求功率总和未超过总功率时，主机按照各桩实际需求进行功率分配。当所有充电桩正常运行需求功率总和超过总功率时，主机按照各桩需求功率的百分比进行功率调整分配，使各桩功率总和不超过总功率。

在一个可选的实施方式中，根据分配结果依次向各个当前在线充电桩发送功率控制之后还步骤以下步骤1-步骤4。

步骤1，等待当前充电桩的反馈信息。

步骤2，根据反馈信息判断充电桩是否功率调整成功。

步骤3，若是，向下一个充电桩发送功率控制。

步骤4，若否，尝试M次向当前充电桩发送功率控制，若M次均功率调整失败，则固定当前充电桩的功率为上一次功率控制的功率，将总功率减去当前充电桩所固定功率，所计算剩余功率作为新的总功率对其余当前在线充电桩的分配功率重新计算。

需要说明的是，使用新的总功率对其余当前在线充电桩的分配功率重新计算的过程与步骤3.1-步骤3.4相同，在此不再赘述。

示例性的，主机进行10S定时广播发送功率控制，只执行一次，每次进行功率计算，可选的，功率下降最多的从机优先控制，发送后等待所控制的桩的回复。如果成功继续下一台控制，直至所有前端机都控制完成，开启下一次定时。如果失败，再次尝试，3次依然失败，则固定上一次功率，重新计算功率控制。

步骤S4的目的是实现有从机离线是的功率分配，在此状态下，主机根据第二分配控制策略进行功率控制。

在一个可选的实施方式中，步骤S4具体包括以下步骤4.1-步骤4.5。

步骤4.1，将离线从机离线前倒数第一次需求功率与倒数第二次需求功率进行比对。

步骤4.2，选出较大的需求功率作为初始分配功率。

步骤4.3，记总功率的预设比例功率记为阈值功率，判断初始分配功率是否小于阈值功率。

步骤4.4，若是，则将离线从机的分配功率配置为阈值功率，将总功率减去阈值功率，所计算剩余功率作为新的总功率对当前在线充电桩的分配功率进行计算，根据分配结果依次向各个充电桩发送功率控制。

步骤4.5，若否，则将初始分配功率配置为离线从机的分配功率，将总功率减去初始分配功率，所计算剩余功率作为新的总功率对当前在线充电桩的分配功率进行计算，根据分配结果依次向各个充电桩发送功率控制，且预设时长后，若从机仍处于离线状态，则将离线从机的分配功率配置为阈值功率，将总功率减去阈值功率，所计算剩余功率作为新的总功率对当前在线充电桩的分配功率进行计算，根据分配结果依次向各个充电桩发送功率控制。

需要说明的是，将新的总功率对当前在线充电桩的分配功率的过程与步骤3.1-步骤3.4相同，在此不再赘述。

示例性的，用上一次和本次的功率进行比对，取较大的值进行功率分配。若功率分配值小于总功率1/4，则分配总功率1/4给离线的从机。若功率分配值大于功率1/4，则继续正常输出充电。剩余功率再重新计算后，对剩余从机进行重新分配，这确保即使某个设备离线，系统也能维持稳定的运行状态。进一步地，从机离线10分钟后依然离线，则将功率调整至总功率的1/4，这确保即使在极端情况下，系统也能维持基本运行。同时，系统会再次尝试与离线设备建立连接，以恢复其正常运行。

步骤S5的目的是实现主机离线时的功率控制，在此状态下，主机通过第三分配控制策略调整自身功率，同时其他从机重新决策新的主机。

在一个可选的实施方式中，当主机离线时，主机根据第三分配控制策略调整自身功率，具体包括以下步骤5.1-步骤5.3。

步骤5.1，检测所有从机的最近一次需求功率。

步骤5.2，将所有从机的最近一次需求功率求和，其中最近一次需求功率小于阈值功率的，以阈值功率计算。

步骤5.3，将总功率减去所求和功率的剩余功率作为主机的分配功率。

示例性的，若主机离线，主机则认为所有从机离线，主机将统计所有从机最后一次的功率请求，若从机功率不到总功率的1/4则按1/4计算，若从机功率请求超过1/4则按照实际需求计算。主机将总功率减去计算后的需求功率后剩余功率作给自己使用。

在一个可选的实施方式中，主机离线后，在剩余从机中选出桩号最大的从机作为新的主机。

选出新的主机之后，新的主机将总功率减去离线主机所分配功率的剩余功率作为新的总功率，根据新的总功率对剩余充电桩的分配功率重新计算。对功率分配与步骤3.1-步骤3.4相同，在此不再赘述。

在一个可选的实施方式中，若主机或任一从机接收到其他主机的功率控制，则执行重新决策主机的流程。如果主机收到其他主机的控制，说明线上有不止一个主机，执行重新决策主机的流程。从机会存储自己的主机信息，从机只受唯一的主机控制，如果主机接收到其他主机的控制，执行重新决策主机的流程。

以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种充电桩集群负荷分配控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

初始阶段，充电桩集群进行决策选出一个充电桩为主机，其余充电桩为从机；

主机实时检测自身和各个从机的在线状态以及需求功率；

主机每隔第一预设时间，根据第一分配控制策略向当前在线的各个充电桩发送功率控制；

当有从机离线时，主机根据第二分配控制策略向各个充电桩发送功率控制；

当主机离线时，主机根据第三分配控制策略调整自身功率，其余从机重新决策选出新的主机。

2.根据权利要求1所述的充电桩集群负荷分配控制方法，其特征在于，初始阶段，充电桩集群进行决策选出一个充电桩为主机，其余充电桩为从机，具体包括：

为各个充电桩分配桩号；

将各个充电桩以桩号从大到小排序；

选出桩号最大的充电桩作为主机，其余充电桩作为从机。

3.根据权利要求2所述的充电桩集群负荷分配控制方法，其特征在于，主机实时检测自身和各个从机的在线状态以及需求功率，具体包括：

主机和各个从机每隔第二预设时间向总线发送一次心跳信息，广播自身桩号和当前需求功率；

主机每隔第三预设时间检测一次各个从机的心跳信息，若连续N次未检测到从机的心跳信息，则判定从机离线；其中，第三预设时间大于第二预设时间，第一预设时间大于第三预设时间；

从机每隔第三预设时间检测一次主机的心跳信息，若所有从机连续N次未检测到主机的心跳信息，则判定主机离线。

4.根据权利要求3所述的充电桩集群负荷分配控制方法，其特征在于，主机每隔第一预设时间，根据第一分配控制策略向当前在线的各个充电桩发送功率控制，具体包括：

计算所有当前在线充电桩的最近一次需求功率的总和；

判断最近一次需求功率的总和是否超过总功率，所述总功率是指电网分配给充电桩集群的总功率；

若否，主机按照各个当前在线充电桩的最近一次实际需求功率进行功率分配，根据分配结果依次向各个当前在线充电桩发送功率控制；

若是，主机按照各个当前在线充电桩最近一次需求功率的百分比进行功率分配，根据分配结果依次向各个当前在线充电桩发送功率控制。

5.根据权利要求4所述的充电桩集群负荷分配控制方法，其特征在于，根据分配结果依次向各个当前在线充电桩发送功率控制之后，还包括以下步骤：

等待当前充电桩的反馈信息；

根据反馈信息判断充电桩是否功率调整成功；

若是，向下一个充电桩发送功率控制；

若否，尝试M次向当前充电桩发送功率控制，若M次均功率调整失败，则固定当前充电桩的功率为上一次功率控制的功率，将总功率减去当前充电桩所固定功率，所计算剩余功率作为新的总功率对其余当前在线充电桩的分配功率重新计算。

6.根据权利要求5所述的充电桩集群负荷分配控制方法，其特征在于，当有从机离线时，主机根据第二分配控制策略向各个充电桩发送功率控制，具体包括：

将离线从机离线前倒数第一次需求功率与倒数第二次需求功率进行比对；

选出较大的需求功率作为初始分配功率；

记总功率的预设比例功率记为阈值功率，判断初始分配功率是否小于阈值功率；

若是，则将离线从机的分配功率配置为阈值功率，将总功率减去阈值功率，所计算剩余功率作为新的总功率对当前在线充电桩的分配功率进行计算，根据分配结果依次向各个充电桩发送功率控制；

若否，则将初始分配功率配置为离线从机的分配功率，将总功率减去初始分配功率，所计算剩余功率作为新的总功率对当前在线充电桩的分配功率进行计算，根据分配结果依次向各个充电桩发送功率控制，且预设时长后，若从机仍处于离线状态，则将离线从机的分配功率配置为阈值功率，将总功率减去阈值功率，所计算剩余功率作为新的总功率对当前在线充电桩的分配功率进行计算，根据分配结果依次向各个充电桩发送功率控制。

7.根据权利要求6所述的充电桩集群负荷分配控制方法，其特征在于，当主机离线时，主机根据第三分配控制策略调整自身功率，具体包括：

检测所有从机的最近一次需求功率；

将所有从机的最近一次需求功率求和，其中最近一次需求功率小于阈值功率的，以阈值功率计算；

将总功率减去所求和功率的剩余功率作为主机的分配功率。

8.根据权利要求7所述的充电桩集群负荷分配控制方法，其特征在于，其余从机重新决策选出新的主机，具体包括：

在剩余从机中选出桩号最大的从机作为新的主机。

9.根据权利要求8所述的充电桩集群负荷分配控制方法，其特征在于，其余从机重新决策选出新的主机之后，还包括以下步骤：

新的主机将总功率减去离线主机所分配功率的剩余功率作为新的总功率，根据新的总功率对剩余充电桩的分配功率重新计算。

10.根据权利要求1-9任一项所述的充电桩集群负荷分配控制方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：

若主机或任一从机接收到其他主机的功率控制，则执行重新决策主机的流程。