专利名称：电动汽车充电设施比例配置系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种电动汽车充电设施比例配置系统。
背景技术：
随着社会环保意识的增强和汽油价格的上涨，新能源汽车的发展逐渐受到人们的关注，电动汽车已成为当代汽车发展的主要方向；同时电动汽车充电公共设施也将逐年增力口，未来几年，电动汽车领域将获得长足发展。电动汽车充电站为电动汽车运行提供能量补充，是发展电动汽车所必需的重要基础配套设施，因此充电站公共设施的建设是电动汽车大规模普及的前提。能够对电动汽车充电站布局造成影响的因素包括:电动汽车充电量的总体需求，电动汽车运行模式及电动汽车的充电方式。只有电动汽车的充电功率达到一定规模，充电站才可能实现经济地大规模布点。而电动汽车的功率需求与其保有量及日行驶里程、单位里程能耗水平等密切相关。同时，不同运行模式下电动汽车对自身续驶里程和充电时间要求也不同，从而影响着充电的方式的选择、电能的消耗、充电站建设方式及功率需求。因此，根据不同类型电动汽车充电行为的差异，研究电动汽车的层次分类十分必要。另外，不同充电方式的电动汽车的充电行为不仅会影响配网的负荷曲线，同时也会对相应充电设施的建设分布造成影响。现今普遍存在的充电方式包括常规充电和快速充电两种模式:常规充电采用小电流的恒压或恒流充电，充电器和安装成本比较低，但充电时间较长，可充分利用电力低谷时段进行充电并提高充电效率和延长电池的使用寿命；快速充电以较大电流在短时间内为电动汽车提供充电服务，充电时间短，但充电效率较低，且相应的工作和安装成本较高。可见研究不同充电方式的电动汽车比例配置是研究电动汽车充电设施比例配置的关键。
然而目前电动汽车充电设施比例的配置，一般是根据配电网规划得到的，由于未考虑不同充电方式对电动汽车充电功率的影响，现有的电动汽车充电设施比例的配置方式，其准确性和配置效率均较低；因此提供一种可对电动汽车充电设施比例进行自动配置的系统，成为本领域人员需要解决的技术问题。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种准确性更高、效率更好的电动汽车充电设施比例配置方法及系统。为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下方案:一种电动汽车充电设施比例配置系统，该系统包括:本地测量及统计单元，所述的本地测量及统计单元包括:采集本地车辆充电功率信息，并将该功率信息输出的功率测量电路；与所述功率测量电路相连，接收所述功率信息，并输出所述功率信息的传输模块；采集日行驶里程信息，计算日行驶里程期望和方差，并输出所计算的日行驶里程期望和方差信息的里程采集无线网关；分别与所述传输模块和所述里程采集无线网关相连，接收所述功率信息，及所述日行驶里程期望和方差信息，通过将所述充电功率信息和所述日行驶里程期望和方差信息进行统计，得到本地充电站开始充电时刻的期望和方差信息，并输出所述开始充电时刻的期望和方差信息的ARM9统计及输出电路；与所述ARM9统计及输出电路相连，接收所述开始充电时刻的期望和方差信息，根据多个本地充电站开始充电时刻的期望和方差值、充电设施区域分布数据和电动汽车增长规模数据计算所述多个本地充电站对应的配网区域的充电功率需求信息，根据该配网区域的充电功率需求信息确定该配网区域未来配网负荷曲线，计算该区域未来配网负荷曲线的各项指标，根据各项指标配置电动汽车不同充电方式的比例，根据该比例和现有充电设施容量数据计算出未来配网各区域的充电设施最佳配置比例的集成系统。其中，所述的集成系统包括:根据多个本地充电站开始充电时刻的期望和方差值、充电设施区域分布数据和电动汽车增长规模数据计算所述多个本地充电站对应的配网区域的充电功率需求信息的第一处理设备；与所述第一处理设备相连，根据所述的配网区域的充电功率需求信息确定该配网区域未来配网负荷曲线的第二处理设备；与所述第二处理设备相连，计算该配网区域未来配网负荷曲线的各项指标的第三处理设备；与所述第三处理设备相连，根据各项指标配置电动汽车不同充电方式的比例的第四处理设备；与所述第四处理设备相连，根据该比例和现有充电设施容量数据计算出未来配网各区域的充电设施最佳配置比例的第五处理设备。其中，所述的传输模块单元包括:双口随机存储器RAM，和复杂可编程逻辑器件CPLD/现场可编程门列阵FPGA转换接口。其中，所述ARM9统计及输出电路为S3C2440A芯片。其中，所述功率测量电路、传输模块、里程采集无线网关、和ARM9统计及输出电路之间采用以太网传输技术进行通信。其中，所述的集成系统所包括的处理设备为IPC-810工控机主机处理器。基于上述技术方案，本实用新型实施例提供的电动汽车充电设施比例配置系统通过本地测量及统计单元和集成系统的协同作用，实现了电动汽车充电设施比例的自动配置，且本实用新型实施例根据电动汽车的不同充电方式引起的不同充电功率需求对配网负荷曲线的不同影响，提出四项负荷曲线指标用于评估不同充电方式电动汽车在不同比例配置下对配网负荷曲线的影响。继而结合充电设施容量数据对未来充电设施的建设进行比例配置。这种配置系统更加准确、效率更好，且可根据各个不同地区的实际情况进行比例配置。能够实时显示数据并有存储功能，方便数据查询和管理；根据月统计数据、年统计数据，可以进一步统计研究电动汽车充电设施比例的具体配置。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的电动汽车充电设施比例配置系统的结构框图；图2为本实用新型实施例提供的集成系统的结构框图；图3为本实用新型实施例提供的集成系统的另一结构框图；图4为本实用新型实施例提供的电量采集单元的结构框图；图5为本实用新型实施例提供的ARM9统计及输出电路的结构框图；图6为本实用新型实施例提供的一种电动汽车充电设施比例配置方法的流程图；图7为实用新型实施例提供的电动汽车功率需求预测、配网负荷曲线预测及指标计算方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。图1为本实用新型实施例提供的电动汽车充电设施比例配置系统的结构框图，如图1所示，电动汽车充电设施比例配置系统包括:本地测量及统计单元I和集成系统2。本地测量及统计单元I包括:功率测量电路01、传输模块02、里程采集无线网关03和ARM9统计及输出电路04。其中，功率测量电路I依据三相及中性点电流、三相及中性点电压等信息采集本地车辆的充电功率信息，将该充电功率信息传送给传输模块02 ；功率测量电路I与传输模块02相连，可选的，传输模块02可以包括:双口 RAM(random access memory,随机存储器)传输模块，和 CPLD (ComplexProgrammable LogicDevice),复杂可编程逻辑器件)/FPGA (Field — Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)转换接口。可选的，传输模块02可通过双口 RAM传输模块，CPLD/FPGA转换接口接收功率测量电路I传送的充电功率信息，传输模块02接收充电功率信息后，可将该充电功率信息传输给ARM9统计及输出电路04 ；里程采集无线网关03采集日行驶里程信息，通过采集的日行驶里程信息计算日行驶里程的期望和方差，将所计算的日行驶里程期望和方差信息输出给ARM9统计及输出电路04 ；ARM9统计及输出电路04分别与传输模块02和里程采集无线网关03相连，接收传输模块02传输的功率信息，和里程采集无线网关03传输的日行驶里程期望和方差信息，通过将所述充电功率信息和所述日行驶里程期望和方差信息进行统计，得到本地充电站开始充电时刻的期望和方差信息，将得到的本地充电站开始充电时刻的期望和方差信息传输给集成系统2。集成系统2与本地测量及统计单元I内的ARM9统计及输出电路04相连，接收ARM9统计及输出电路04传输的本地充电站开始充电时刻的期望和方差信息，根据多个本地充电站开始充电时刻的期望和方差值、充电设施区域分布数据和电动汽车增长规模数据计算所述多个本地充电站对应的配网区域的充电功率需求信息，根据该配网区域的充电功率需求信息确定该配网区域未来配网负荷曲线，计算该区域未来配网负荷曲线的各项指标，根据各项指标配置电动汽车不同充电方式的比例，根据该比例和现有充电设施容量数据计算出未来配网各区域的充电设施最佳配置比例。本实用新型实施例提供的电动汽车充电设施比例配置系统通过本地测量及统计单元和集成系统的协同作用，实现了电动汽车充电设施比例的自动配置。图2为本实用新型实施例提供的集成系统的结构框图，如图2所示，集成系统由五个处理设备依次连接组成，分别为第一处理设备201，第二处理设备202，第三处理设备203，第四处理设备204和第五处理设备205 ；其中，第一处理设备201根据多个本地充电站开始充电时刻的期望和方差值、充电设施区域分布数据和电动汽车增长规模计算所述多个本地充电站对应的配网区域的充电功率需求息；第二处理设备202与所述第一处理设备201相连，根据所述的配网区域的充电功率需求信息确定该配网区域未来配网负荷曲线；第三处理设备203与所述第二处理设备202相连，计算该配网区域未来配网负荷曲线的各项指标的第三处理设备；可选的，配网区域未来配网负荷曲线各项指标可以为:峰值负荷增量指标，峰值负荷持续时间，最大负荷平滑系数及平均负荷平滑系数。第四处理设备204与所述第三处理设备203相连，根据各项指标配置电动汽车不同充电方式的比例的第四处理设备；第五处理设备205与所述第四处理设备204相连，根据该比例和现有充电设施容量数据计算出未来配网各区域的充电设施最佳配置比例的第五处理设备。可选的，上述处理设备均可为IPC-810工控主机，显然也可以是其他的能够进行运算的处理设备，如单片机等。图3为本实用新型实施例提供的集成系统的另一结构框图，如图3所示，集成系统2可包括一个集成处理设备21，集成处理设备21包括功率需求预测单元211、配网负荷曲线预测单元212、指标预算单元213、充电方式比例配置单元214及充电设施比例配置单元215，其中，指标预算单元213又可以包括:第一计算子单元2131、第二计算子单元2132、第三计算子单元2133、和第四计算子单元2134 ；其中，所述功率需求预测单元211通过以太网传输技术得到充电设施区域分布数据、电动汽车增长规模数据、配网区域中每个本地充电站开始充电时刻的期望和方差值，然后经过处理后得出整个配网区域的充电功率需求；所述配电网负荷曲线预测单元212根据功率需求预测单元211计算的充电功率需求信息，确定该配网区域未来配网负荷曲线的配网负荷曲线；指标预算单元213根据配电网负荷曲线预测单元212确定的配网区域未来配网负荷曲线，计算该配网区域未来配网负荷曲线的各项指标。其中，第一计算子单元2131可计算峰值负荷增量指标，第二计算子单元2132可计算峰值负荷持续时间，第三计算子单元2133可计算最大负荷平滑系数，第四计算子单元2134可计算平均负荷平滑系数。所述充电方式比例配置单元214可根据负荷曲线的各项指标配置电动汽车不同充电方式的比例；充电设施比例配置单元215可根据充电方式比例配置单元214计算的电动汽车不同充电方式的比例，和现有充电设施容量数据计算出未来配网各区域的充电设施最佳配置比例。图2和图3所示集成系统，根据电动汽车的不同充电方式引起的不同充电功率需求对配网负荷曲线的不同影响，提出四项负荷曲线指标用于评估不同充电方式电动汽车在不同比例配置下对配网负荷曲线的影响。继而结合充电设施容量数据对未来充电设施的建设进行比例配置。这种配置系统更加准确、效率更好，且可根据各个不同地区的实际情况进行比例配置。能够实时显示数据并有存储功能，方便数据查询和管理；根据月统计数据、年统计数据，可以进一步统计研究电动汽车充电设施比例的具体配置。可选的，ARM9统计及输出电路04可采用S3C2440A芯片。可选的，功率需求预测单元211可通过无线数据传输技术接收本地充电站的参数，从而得到整个配网区域的充电功率需求。可选的，配电网负荷曲线预测单元212可通过以太网传输技术得到充电设施区域分布数据及电动汽车增长规模数据，从而得到所需的未来配网负荷曲线。电动汽车充电设施比例配置方法与系统与现有技术相比，还具有以下优点:1、电压电流测量模块采用ATT7022C芯片为核心的电流电压三相电源系统的典型电压电流连接方式，其运算能力强大、测量精度高；2、系统采用全嵌入式设计方法，其中评估软件采用源码开放的Linux嵌入式实时操作系统，量测平台采用ARM9和DSP组成多CPU系统，极大提高了测量控制单元的可靠性，具有较强的可靠性、网络通信能力和可扩充性。图4为本实用新型实施例提供的电量采集单元的结构图，本实用新型实施例中，电量采集单元为功率测量电路和传输模块的结合，如图4所示:采集单元依次有前置的信号调理模块、A/D采集模块DSP处理模块构成。电量采集单元主要完成对采集点的电压、电流信号信息的采集，以及对电压、电流的频率和相位的硬件测量。电量采集单元的输入直接来自互感器二次侧的电压、电流输入量，在通过带通滤波(45-55HZ)等信号调理模块将信号输入到A/D采集模块和DSP处理模块的频率捕捉专用输入端口，最后由DSP处理模块进行数据的运算，并将数据传送到双口 RAM传输模块，通过双口 RAM传输模块发送至ARM9统计及输出单元。本实用新型中，该装置需要采样4路电压信号和4路电流信号，为了满足8路同时采样，采用高速8路或以上通道A/D采集模块，配合8路采样保持器进行电压电流采样。图5为本实用新型实施例提供的ARM9统计及输出电路的结构图，如图所示:由ARM9处理器构成统计及输出单元，ARM9和DSP处理模块直接利用双口 RAM传输模块进行数据的传输。其利用双口 RAM和DSP进行数据的传输、读取并统一管理，通过以太网完成数据通讯功能，把测量的数据、CRC校验码和时间信息封装成数据帧，经过以太网把数据传送到上位机进行网页显示。ARM9统计及输出单元还包括RS485/232接口 2个、以太网接口 I个、USB接口 I个、CF卡或电子硬盘接口一个、IXD接口一个，本板载RTC等功能电路。图6为本实用新型实施例提供的一种电动汽车充电设施比例配置方法的流程图，如图6所示，该方法可以包括步骤:步骤601、本地测量及统计单元采集本地车辆充电功率信息，及日行驶里程信息；步骤602、本地测量及统计单元将所述充电功率信息和所述日行驶里程期望和方差信息进行统计，得到本地充电站开始充电时刻的期望和方差信息；步骤603、与所述本地测量及统计单元相连的集成系统，根据多个本地充电站开始充电时刻的期望和方差值、充电设施区域分布数据和电动汽车增长规模数据计算所述多个本地充电站对应的配网区域的充电功率需求信息；步骤604、所述集成系统根据该配网区域的充电功率需求信息确定该配网区域未来配网负荷曲线，计算出该区域未来配网负荷曲线的各项指标；步骤605、所述集成系统根据各项指标配置电动汽车不同充电方式的比例，根据该比例和现有充电设施容量数据计算出未来配网各区域的充电设施最佳配置比例。图7为电动汽车功率需求预测、配网负荷曲线预测及指标计算方法的流程图，如图所示，流程图如下:①选定能够反映电动功率需求特性的输入数据，包括电动汽车的用途、电动汽车的充电方式、配网区域的电动汽车保有量、电动汽车增长规模，充电设施区域分布数据，电动汽车充电功率数据和概率模型。
②首先判断电动汽车的功能类型，从而得到对应的行驶里程概率模型特征参数；继而通过SOC计算式对蓄电池初始SOC抽样并据此确定充电时间长度；再结合具体车型得到开始充电时刻概率模型并对其抽样；最后根据开始充电时刻、初始SOC及其对应的充电时间长度的抽样值确定单台电动汽车的充电功率。电动汽车的日行驶里程d满足对数正态分布，
IQnd-μ)2fd (χ)=,——7 e ，d>0
4 πσ~(I)其中，μ和σ 2分别为对数均值和方差。假设电动汽车均在蓄电池充满后才开始行驶，则蓄电池的初始荷电状态SOC如式(2)，而同时其概率密度函数fSOC(x)又与随机变量d相关，则不同初始SOC下蓄电池充电至满电量所需的充电时间长度Tc如下，
( Π‘、"(' = (I——) X100%
C'K (2)
fU p(t)dtTeg—1 (SOC)，SOC = g(T,) = ---
其中，α为相邻两次充电的间隔天数；(1为电动汽车日行驶里程；dR为电动汽车的最大行驶里程Jcmax为SOC从0%到100%所需时间；P(t)为电动汽车充电功率。③电动汽车的开始充电时刻取决于其自身的功能类型，若其满足均匀分布，则可根据其概率分布函数抽取。④当电动汽车渗透率固定时，可通过调节采用快速充电方式电动汽车的比例β，使电动汽车的充电行为与配网负荷曲线相匹配，更充分地发挥充电负荷的填谷作用，同时减小对配网的负荷冲击。为量化分析不同比例下电动汽车充电接入对配网峰值负荷的影响，定义峰值负荷增量指标η LM和峰值负荷持续时间指标TLM如下，
权利要求1.一种电动汽车充电设施比例配置系统，其特征在于，该系统包括:本地测量及统计单元，所述的本地测量及统计单元包括: 采集本地车辆充电功率信息，并将该功率信息输出的功率测量电路； 与所述功率测量电路相连，接收所述功率信息，并输出所述功率信息的传输模块； 采集日行驶里程信息，计算日行驶里程期望和方差，并输出所计算的日行驶里程期望和方差信息的里程采集无线网关； 分别与所述传输模块和所述里程采集无线网关相连，接收所述功率信息，及所述日行驶里程期望和方差信息，通过将所述充电功率信息和所述日行驶里程期望和方差信息进行统计，得到本地充电站开始充电时刻的期望和方差信息，并输出所述开始充电时刻的期望和方差信息的ARM9统计及输出电路； 与所述ARM9统计及输出电路相连，接收所述开始充电时刻的期望和方差信息，根据多个本地充电站开始充电时刻的期望和方差值、充电设施区域分布数据和电动汽车增长规模数据计算所述多个本地充电站对应的配网区域的充电功率需求信息，根据该配网区域的充电功率需求信息确定该配网区域未来配网负荷曲线，计算该区域未来配网负荷曲线的各项指标，根据各项指标配置电动汽车不同充电方式的比例，根据该比例和现有充电设施容量数据计算出未来配网各区域的充电设施最佳配置比例的集成系统。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的集成系统包括: 根据多个本地充电站开始充电时刻的期望和方差值、充电设施区域分布数据和电动汽车增长规模数据计算所述多个本地充电站对应的配网区域的充电功率需求信息的第一处理设备； 与所述第一处理设备相连，根据所述的配网区域的充电功率需求信息确定该配网区域未来配网负荷曲线的第二处理设备； 与所述第二处理设备相连，计算该配网区域未来配网负荷曲线的各项指标的第三处理设备； 与所述第三处理设备相连，根据各项指标配置电动汽车不同充电方式的比例的第四处理设备； 与所述第四处理设备相连，根据该比例和现有充电设施容量数据计算出未来配网各区域的充电设施最佳配置比例的第五处理设备。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的传输模块单元包括:双口随机存储器RAM，和复杂可编程逻辑器件CPLD/现场可编程门列阵FPGA转换接口。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述ARM9统计及输出电路为S3C2440A芯片。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述功率测量电路、传输模块、里程采集无线网关、和ARM9统计及输出电路之间采用以太网传输技术进行通信。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的集成系统所包括的处理设备为IPC-810工控机主机处理器。
专利摘要本实用新型公开了一种电动汽车充电设施比例配置系统。该系统包括本地测量及统计单元、集成系统；所述本地测量及统计单元包括功率测量电路、传输模块、里程采集无线网关、ARM9统计及输出电路；所述集成系统用于计算出未来配网各区域的充电设施最佳配置比例，本实用新型根据配网总负荷的综合指标最优为目标，对电动汽车的不同充电方式进行比例配置，结合充电设施容量数据可得不同充电方式对应充电设施的最佳配置比例，这种配置系统更加准确、效率更好，且可根据各个不同地区的实际情况进行比例配置。
文档编号H02J7/00GK203014424SQ20122066284
公开日2013年6月19日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者童钧, 徐国钧, 刘永胜, 杨朝阳, 聂忠伟, 张鹏, 胡晓琴 申请人:余杭供电局, 国家电网公司