多维区域自适应智能充电控制方法
技术领域
本发明涉及充电控制与区域用电负荷自适应的调节控制。
背景技术
目前,充电站建设环境单一,使用频率不高,而为给电动汽车使用提供更加便捷的环境,在小区周边建设一些中小型充个电站是非常必要的。当前小区变电站的变压器设计容量与实际的运行负荷间的关系,在绝大多数情况下都不会有很大的余量,因此,在这种条件下建设的充电站,充电的设计功率相对来说比较小,满足充电需求十分有限。
而小区用电存在峰谷用电特征,在高峰时期,用电负荷特别大,最大可接近变电站设计容量,而在低谷期,用电负荷也可能很小,在这种情况下,建设小区充电站,带来一定的设计难度,在使用频率与设计容量之间难以平衡,对建设的充电站的经济性也无法有效贯彻。
随着电动汽车的逐渐普及,对电动汽车退役电池的一个应用方向就是储能系统,区域性供电加装储能系统是一种常见的应用形式,而储能的经济效应一直在摸索中,一直没有一种很好的解决方案。在充电站、供电网配合储能系统的调节,使得这种局域网供电的自适应能力大大提高,同时充电桩是直接产生经济利益的一种方式,对于储能经济效益的探索是一个全新的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种多维区域自适应智能充电逻辑控制方法,能够提高局域网对网内功率分配、调节的效率,提高能量的利用率和适应性。为此,本发明所采用的技术方案是:
多维区域自适应智能充电控制方法,其特征在于:在含有变电站、充电站、储能系统和小区居民用电的局域供电网内,将小区居民用电作为变电站主要负荷,剩余容量分配给储能系统与充电站,所述充电控制方法的控制逻辑如下:
1)正常工作时,P≥A+B+C;
计算变电站的总设计容量与其负荷之间的关系,当检测的小区居民用电负荷A,储能系统负荷B,充电站充电负荷C,三者总和≤变电站总设计容量P,小区用电正常,储能系统进行充电或者浮充状态,对充电站充电桩的充电需求进行全额响应,其中,储能系统充电时B为正,放电时B为负;
2)用电高峰时,先P≥A+B+C判断,若不成立,再P≥A+C判断,若P≥A+C不成立,再进行P+B≥A+C判断;
当P≥A+B+C不成立时,则进行P≥A+C的判断,满足条件,则储能系统停止充电,处于待机状态,变电站给小区居民用电供电,对充电站充电桩的充电需求进行全额响应;否则,如果储能系统状态健康,可以放电输出,则进行P+B≥A+C判断,满足条件则进行储能放电,给小区居民用电供电,对充电站充电桩的充电需求进行全额响应;否则对充电站充电桩进行降额控制,此时B为储能系统的当前放电功率;
3)储能系统退出工作情况:
当储能系统放电结束,若不满足P≥A+B+C,储能系统暂时退网;判断P≥A+C是否满足,若满足,给小区居民用电供电,对充电站充电桩的充电需求进行全额响应,否则对充电站充电桩进行降额控制;
4)储能系统工作情况:
当P≥A+B+C时,储能系统处于正常的充电或者浮充状态;当P<A+C,同时储能系统满足放电条件时,储能系统处于放电状态;当P<A+C,同时储能系统不满足放电条件时,此时储能系统处于退网状态。
5)充电站系统负荷的降额:
系统判断P≥A+B+C不满足时进行P≥A+C判断,也不满足时则进行P+B≥A+C判断,不满足时,对充电站充电桩进行降额控制。
进一步地,所述控制方法中,每次判断都先进行P≥A+B+C的判断,如不符合再进行P≥A+C的判断;如不符合,且储能系统可以放电输出,则进行P+B≥A+C的判断,此时B为储能系统的当前放电功率。
进一步地,所述控制方法中,对局域网供电系统各个用电负荷的实时监控,计算,对实时用电负荷进行自适应调节。
进一步地,所述控制方法中,云平台管理系统监控储能系统,对储能系统的入网和退网,根据局域供电网的用电负荷进行控制。
进一步地,所述控制方法中,充电站内充电桩可进行功率分配、调节。
为解决上述技术问题,本发明还可采用以下技术方案:
多维区域自适应智能充电控制方法,其特征在于:在含有变电站、充电站、储能系统和小区居民用电的局域供电网内,将小区居民用电作为变电站主要负荷,剩余容量分配给储能系统与充电站,所述充电控制方法的控制逻辑如下:
云平台管理系统实时判断P、A、B、C的关系,P为变电站总设计容量,为其最大输出能力,A为小区居民用电负荷,B为储能系统充电负荷,C为充电站负荷,A、B、C均为区域内各用电方实时负荷情况;
如P≥A+B+C;则进入步骤(1),否则,进入步骤(2);
(1)变电站对储能系统运行的充电需求进行响应;对充电站充电桩的充电需求进行全额响应;
(2)当P≥A+B+C不满足时,云平台管理系统对储能系统的运行状态进行判断,是否满足放电条件;若是,则进入步骤(3),否则进入步骤(4);
(3)云平台管理系统判断P≥A+C是否成立,若成立,储能系统不放电也不充电进入待机工作状态,变电站给小区居民用电供电,对充电站充电桩的充电需求进行全额响应;
若P≥A+C不成立储能系统具备放电条件,则储能系统放电,判断P+B≥A+C是否成立,若成立,给小区居民用电供电,对充电站充电桩的充电需求进行全额响应,否则,先保证小区居民用电,对充电站充电桩的充电需求进行降额控制,其中B为储能系统的当前放电功率;
(4)当储能系统不满足放电条件,将储能系统进行退网控制;对用电负荷进行判断P≥A+C,是否成立,若成立,则小区居民用电负荷与充电站负荷不受限制;若不满足,对充电站充电桩进行降额控制;
在进行步骤(1)-(4)的控制过程中,仍然判断P、A、B、C的关系,一旦符合P≥A+B+C,则进入步骤(1)。
进一步地,在步骤(6)中,如果储能系统放电完毕,则进入步骤(7);在步骤(7)中,P≥A+C若成立,则再将变电站的供电余量供给储能系统充电,此时,若再出现P≥A+C不成立的情况,则进入步骤(3)。
进一步地,降额控制的方法包括:
1)若剩余可输出功率大于充电站的总输出功率,依次输出各充电桩对应需求的功率;
2)若充电站剩余可输出功率小于充电桩的总输出功率,但是能够满足此时充电的总需求,则充电桩的运行依旧保持充电桩对应的需求输出功率;在充电桩的需求功率大于充电站剩余可输出功率时,则会触发对储能系统工作的控制功能,储能系统符合输出条件则会对充电需求进行反馈,提供充电桩无法满足的部分需求功率;若储能系统无法接入电网进行放电,则启动充电站控制部分的降额输出机制;
3)充电站系统输出功率的降额输出机制,全部或部分的充电桩对所连电动汽车的充电功率进行一定程度的降功率输出;在降额输出机制中,还区分充电需求的优先级,若此时充电需求中含有充电VIP用户,充电功率资源会向VIP用户倾斜,并且随着用户VIP等级升高,充电资源的倾斜幅度逐渐增大。
进一步地,充电站输出功率调节根据局域网实时用电负荷情况,动态跟随变换。
本发明控制方法中,对小区居民用电负荷、储能系统负荷、充电负荷的电量数据集中在后台上,在后台进行数据上的处理计算,后台进行用电负荷的实时汇总,对其总负荷与设计容量进行对比,得到当前供电局域网内的工作状态,再根据工作状态对当前供电局域网内的负荷情况进行调节控制,使供电局域网负荷情况得到正常有效的控制,达到用电生态的平衡;
所述控制方法中,对变电站、储能系统、充电桩等没有特殊要求,仅需配置一套能量监控设备(即后台),设备符合国家及行业标准即可;将变电站开关柜上的智能电表接入能量监控设备,用于测算小区用电负荷、储能系统的充电负荷、充电站的充电负荷,并将三套用电负荷监测的智能电表通过以太网或其他通讯方式连接到后台,后台将直接读取需要的负荷参数。
所述控制方法中,云平台管理系统通过与储能系统、充电站通信,将调节负荷的信息传递给储能系统,储能系统控制器再通过控制储能系统的逆变器输出电压来进行负荷调节;对于直流充电桩负荷调节则是,将降额输出的信息传递给直流充电桩,由直流充电桩监控系统控制整流模块的输出功率进行充电站的直流充电桩的降额调节;对于交流充电桩负荷调节则是,将降额输出的信息传递给交流充电桩,交流充电桩再通过对接车载充电器时,向车载充电器发送充电桩最大可输出电流,由车载充电机监控系统控制整流模块的输出功率进行交流充电桩的降额调节。
所述控制方法中,若云平台管理系统控制失效,并不影响整个局域供电网的运行;各个部分设置本地保护,变电站设置跳闸保护,若后端因后台失效,调节功能丢失,造成负载过大,会导致变电站跳闸保护;储能系统设置退网保护,若放电至电压下限,储能系统自动退出电网;充电站的每个充电终端都配置了一套本地监控系统,实时对充电桩运行状态进行监控,故障情况能够立即切断与电动车的连接,对充电终端和电动车进行保护。
本发明对充电站的运营与民用电之间的容量设立一个桥梁,将各部分有机结合,使之作为一个整体工作,大大提高电网工作的协调性和有效性,使变电站能够提供的能量利用率提高,局域供电网络的负荷情况,充电功率及峰谷电能利用效率上,都能得到极大程度的缓解和有效利用,能够提高局域网对网内功率分配、调节的效率,提高能量的利用率和适应性。
附图说明
图1为本发明中,局域供电网内各个部分间的联系示意图。
图2为本发明中后台系统关系图。
图3为本发明局域供电网内能量流动方向示意图。
图4为本发明的基础算法控制流程原理示意图。
具体实施方式
为使本发明描述的控制算法的实施目的、技术方案和优点更加清楚的理解,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明进行进一步的详细描述。
本发明提出的多维区域自适应智能充电控制方法特别适用于居民小区、商场、医院、景区等人流量大,用电量多的区域,同时存在小区居民用电以及电动汽车充电的情况,用于对小区居民用电和电动汽车充电的负荷进行分配调节,同时借助储能系统能够对高峰和低谷用电负荷情况进行优化,实时监控各部分用电负荷,在保证居民用电负荷的情况下,再进行电动汽车充电的负荷分配与调节,首先满足居民用电负荷,不影响居民正常用电,且能在不超过变电站设计总容量的情况下,将能量分配到充电桩,给电动汽车充电,实现能量的最大化利用,并实现智能的自适应控制调节。下面通过具体实施例对本发明的实现方式进行具体说明 :
本区域变电站输出供电电源给小区居民用电和充电站、储能系统,其中,居民用电是指除充电和储能之外的所有用电。本区域内变电站总设计容量使用代号P,小区居民用电负荷使用代号A,储能系统负荷使用代号B,(储能系统充电时B为正,放电时B为负)充电站负荷使用代号C,A、B、C均为区域内各用电方实时负荷情况,为了保障用电安全,需要保证P≥A+B+C;而在储能系统介入调节用电负荷情况时,局域供电网内用电情况需满足P+B≥A+C,此时B为储能系统的当前放电功率;当储能系统退出电网时或不参与供电,即B=0,则局域供电网内用电情况则变成了P≥A+C。
S1:如图1所示,变电站负荷能力是按照变压器容量进行配置,小区居民用电、储能系统充电、充电站充电各部分分别配置对应容量配电柜,每个配电柜设置一台电量表;小区居民用电部分包括居民用电与一切基础设施用电,用电负荷情况从变电站配电柜处进行监控,安装带通讯的三相智能电表,测量该线路的电压电流,得到小区居民用电的负荷情况。储能系统用电情况为对电池系统的充电,用电的监控,设置在变电站配电柜上,同时储能控制器也对储能系统的用电情况进行监控,同样在变电站配电柜上安装一套与后台通讯的三相智能电表,测量线路实时电压电流,得到储能系统的充电负荷;储能系统的放电负荷由储能系统的控制器上传后台。充电站用电量根据电动汽车充电情况,在变电站对应配电柜设置电量监控,安装带通讯的三相智能电表,测量该线路的电压电流,用电负荷通过智能电表上传后台,同时充电站充电桩本身的监控器也对桩体本身充电负荷进行计算,运行情况监控反馈至后台,后台通过总充电负荷与充电站内充电桩的实际运行情况,对仍具备的输出能力进行分配。
S2:在变电站内收集各个部分用电情况,并通过系统数据总线与云平台管理系统连接,将电量数据上传至云平台管理系统,后台系统根据接收的电量数据,进行分析对比;储能系统、充电站也通过系统数据总线与后台系统连接,将各自实时的运行情况进行上传,云平台管理系统将其与变电站实时上传的数据进行对比,即后台会接收到变电站配电柜内小区用电负荷数据、储能系统充电负荷数据、充电站用电负荷数据,同时储能系统控制器本身也会上传储能系统充放电数据,充电站总控制器也会上传充电站的总充电负荷,对比变电站采集的数据与上传的数据核对,误差小于规定范围内的视为正常情况,取其平均值用来执行后续处理;若误差超过规定范围,后台以其中大值执行后续处理,并反馈告警信息,提醒运维人员检测负荷检测设备和储能系统、充电站。
S3:云平台管理系统在根据S2的确认数据准确性与实时性后,判断P≥A+B+C是否满足,若满足,则进入S4,否则,进入S5;
S4:各个部分功能执行正常,整个系统处于一个比较健康的运行状态,云平台管理系统继续监控各个部分的用电负荷情况。变电站对储能系统运行的充电需求进行全额功率响应,储能系统进行充电或者浮充状态,充电站也能够以最大功率输出,对充电桩的充电需求进行全额功率响应。
S5:当居民用电负荷上升,判断P≥A+B+C不满足时,
云平台管理系统判断P≥A+C是否成立,若成立,储能系统不放电也不充电,进入待机状态,变电站给小区居民用电供电,对充电站充电桩的充电需求进行全额响应;
云平台管理系统对储能系统的运行状态进行判断,是否满足放电条件;若是,则进入S6,否则进入S10。
S6:储能系统通过储能控制器对电池运行情况进行反馈,云平台管理系统通过接收该信号作出控制命令,让储能控制器控制储能系统进行放电作业。储能系统放电时,云平台管理系统的负荷情况判断条件变为P+B≥A+C,若满足,则进入S7,否则进入S9。此时B为储能系统的当前放电功率。
S7:储能系统进行放电,云平台管理系统监控供电局域网内用电负荷情况,进行实时跟踪调节,若P+B≥A+C不满足,则进入步骤S9。此时B为储能系统的当前放电功率。
S8:储能系统放电结束后,进入S3。
S9:若P+B≥A+C不满足,首先保证小区居民用电,然后对充电站用电负荷进行分析,通过分析的结果,对充电站各个充电桩进行合适的降额控制,储能系统放电结束后,进入S3。此时B为储能系统的当前放电功率。
S10:若储能系统不具备放电条件,则优先将储能系统进行退网控制,用于储能系统的充电能量全部用于支持小区用电负荷;然后对用电负荷进行判断P≥A+C,是否成立,若是,则储能系统退网作业方式维持,小区居民用电负荷与充电站负荷不受限制,均可最大功率输出;若不满足,则进入充电站各个充电桩的降额控制模式。
S11:云平台管理系统实时进行局域供电网的用电负荷监控,判断储能系统的进网条件,一旦符合,则进入S3。
每次判断都先进行P≥A+B+C的判断,如不符合再进行P≥A+C的判断;如不符合,且储能系统可以放电输出,则进行P+B≥A+C的判断,此时B为储能系统的当前放电功率。
基于上述多维区域自适应智能充电逻辑控制方法,包含一项重要控制,在储能系统介入供电因负载过高无法支持或者由于放电或电量不足不能提供电网能量时,为维持小区居民用电的高负荷,需要对充电站进行降额控制。涉及到的降额充电桩有直流充电桩和交流充电桩,其降额控制方案如下:
1)直流充电桩降额,直流充电桩的工作方式是通过桩体监控器与汽车电池的BMS通讯,将汽车电池部分的电池电压告诉充电桩的桩体监控器,由充电桩监控器去控制充电桩的整流模块,使充电桩整流模块输出的电压与电池电压接近,闭合控制接触器,然后再继续控制整流模块的输出电压,电池的充电电流上升,为保护汽车电池,充电电流由BMS控制管理,充电桩通过调节控制整流模块的输出电压以达到控制充电桩的充电电流。
当可输出的因功率限制,云平台管理系统控制充电桩降额时,直流充电桩的桩体监控器通过与云平台管理系统的通讯,得到当前最大可输出电流。最大可输出电流小于电池BMS需求充电电流时,充电桩监控器进行降额控制,充电桩可输出的电流大小为最大可输出电流的值,此时充电桩的输出电流依然是不满足电池的BMS需求的,但已经达到了充电桩的最大能力。
2)交流充电桩降额,交流充电桩跟直流充电桩一样配置一款桩体监控器,由于不存在整流模块,无法控制输出电流和功率,无法进行主动调节桩体输出。而相应不同的是交流充电桩的工作方式,普通交流桩体设计容量即其最大输出功率,一般在桩体运行后是无法对其进行更改的,所以交流充电桩在充电工作时,后台系统不读取电动汽车充电的信息,而是通过对车载充电机发送桩体最大可输出功率,由车载充电机对电池进行充电管理。
本发明中,智能云平台管理系统通过对局域供电网内的用电负荷实时监控,得到充电桩部分最大可输出功率,通过程序控制将云平台管理系统提供的最大可输出功率作为交流充电桩的设计功率,当充电桩工作时,将此功率发送给车载充电机,由车载充电机控制将交流充电桩的充电电流一直限制在最大可输出功率之下,以此来达到交流充电桩降额控制。
此外,作为营运性质的充电站应用,还可以存在一种VIP用户的充电方式,因此充电桩的降额控制还可存在另外一种模式:
电动汽车在充电站内进行充电时,由于局域供电网内剩余可输出功率不足以支持充电站满功率输出运行,此时各个充电桩会根据实际情况,结合充电车的需求进行降额输出。目前充电站运营中,可能存在VIP用户,这些用户的充电优先级要高于普通充电用户,因此,通过对VIP用户等级的区分,充电站实际降额情况又分为以下几种情况:
1)VIP用户预约充电
根据VIP用户等级,VIP用户可预约充电,预约充电桩将保留桩体最大输出功率,在用户开启充电以后,充电桩通过与电动汽车BMS通信,得到实际电动汽车需求的充电功率,此时多余功率可进行重新分配。
当同一区域存在多个VIP用户进行预约充电时,优先满足VIP等级高的预约用户,而VIP等级低的预约用户,预约成功后,由于高级VIP预约成功会导致该低优先级用户的预约功率在实际输出时进行降额,降额信息将在使用时提示。
2)VIP用户优先充电
普通用户在充电桩降额充电时,VIP用户可在此时进行全额充电,VIP用户权限高于普通用户,进行充电时,VIP用户将在界面进行选择充电功率(即充电需求负荷),云平台管理系统计算当前VIP用户选择的功率是否超出当前输出能力,若超出,云平台管理系统则发送指令信息给充电桩的充电桩,将其他非VIP用户功率进一步降额以满足该VIP用户,当无可进一步降额时,云平台管理系统则发送指令信息给充电桩的充电桩,VIP用户先以当前输出能力充电,输出能力恢复后第一时间满足该用户的充电需求;若未超出,云平台管理系统则发送指令信息给充电桩的充电桩,则直接以用户要求功率输出。
若为交流充电桩,则经刷卡确认为VIP用户后,云平台管理系统仍然将交流充电桩的设计功率值作为最大输出功率输出给电池充电,降额部分将从其他用户上进行二次降额。
若充电站系统不满足一个VIP用户的全额充电需求,这时系统仍然将保证把所剩最大功率全部用于高级VIP用户的充电,对于普通VIP和其他普通用户,则会在高级VIP之后进行排队充电控制。
若为直流桩,充电桩的充电负荷通过与BMS连接,进行信息交互,充电桩得到充电需求信息,将优先满足VIP用户的需求,非VIP用户使用充电桩在后台控制下降额输出,即通过控制充电桩整流模块的输出电流(模块的限流功能),控制精度可达到0.5A。
3)VIP用户优先全额充电
VIP用户优先全额充电是指在用户充电时,在普通用户充电过程中,VIP用户的优先充电权限将被允许,再经BMS连接确认,在电动汽车充电需求小于充电站剩余输出功率时,云平台管理系统将控制优先给高级VIP用户提供全额的充电功率;在电动汽车充电需求大于充电站剩余输出功率时,将控制优先将剩余输出功率全部提供给高级VIP用户进行充电。
交流充电桩的做法在确认为VIP用户后,将本桩能够输出的最大功率提供到高级VIP用户。
普通用户和普通VIP用户的优先使用权限将在高级VIP用户使用需求逐渐满足后,将剩余充电功率平衡出来,按照VIP等级排序和预约优先顺序逐渐分配调节给各个充电用户。
若为直流桩,控制方式与优先充电权限一致,充电桩的充电负荷通过BMS的连接,进行信息交互,充电桩得到充电需求电流,优先全额满足VIP用户的需求,非VIP用户使用充电桩在后台控制下降额输出,即通过控制充电桩整流模块的输出电流(模块的限流功能),控制精度可达到0.5A。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,对于本领域技术人员来说,本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。