交流充电桩三相平衡的方法及系统与流程

[0001]
本申请涉及交流充电桩三相平衡技术领域，尤其涉及一种交流充电桩三相平衡的方法及系统。


背景技术：

[0002]
随着国家提出要发力于科技端的基础设施建设，新能源汽车充电桩成为国家高度重视的新基建产业，被纳入七大“新基建”板块。交流充电桩因建设成本低、公里/单价低、对电池损害低、安装简便和无需专门扩容配网等原因被广泛使用，随着越来越多的充电桩布局，新能源汽车对充电用电的需求和依赖也越来越严重。但是大量汽车充电桩的使用，会引起严重的三相供电负荷不平衡，现有技术中，一般都对负载平衡加以考虑，但由于汽车充电用电属于动态用电设备，其引起的不确定性，往往使很多按事先估算分配三相负载的方法不能保障上述标准对不平衡度的要求。


技术实现要素：

[0003]
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种交流充电桩三相平衡的方法及系统。
[0004]
本申请的方案如下：
[0005]
根据本申请实施例的第一方面，提供一种交流充电桩三相平衡的方法，包括：
[0006]
周期性调取充电桩网络中各充电桩实时采集的当前所接相序的电流有效值，并根据所述各充电桩当前所接相序的电流有效值及当前充电桩网络环境，基于预设的算法，对各充电桩的三相相序进行分相计算，得到所述充电桩网络的三相不平衡度；
[0007]
根据所述三相不平衡度，判断是否需要执行平衡切换；
[0008]
若需要执行平衡切换，基于平衡算法选取对应的平衡切换方案；
[0009]
根据选取的所述平衡切换方案对所述需要进行切换的充电桩下发相序切换指令。
[0010]
优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述充电桩网络中各充电桩采集的当前所接相序的电流有效值，具体是通过各充电桩基于高精度电力专业互感器、专业电度表计量芯片、24位分辨率ad转换模块和8k/s的采样计算方法，实时采集当前所接相序的电流数据及全部三相相序的电压数据并进行有效值计算得到的。
[0011]
优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述根据所述三相不平衡度，判断是否需要执行平衡切换，具体包括：
[0012]
判断所述三相不平衡度是否低于国标或预设三相不平衡度门槛；
[0013]
若所述三相不平衡度低于国标或预设三相不平衡度门槛，则将确定所述充电桩需要执行平衡切换。
[0014]
优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述基于平衡算法选取对应的平衡切换方案，具体包括：
[0015]
基于模糊和经验的平衡算法，在多种平衡切换方案中选取对应的平衡切换方案；
所述平衡切换方案至少包括：不平衡度最小切换方案和切换数量最小切换方案。
[0016]
优选的，在本申请一种可实现的方式中，还包括：接收所述充电桩网络中的各充电桩上报的切换执行结果。
[0017]
优选的，在本申请一种可实现的方式中，接收的所述充电桩网络中的各充电桩上报的切换执行结果，具体是各充电桩根据当前所接相序的电流过零点和预切换相序的电压过零点确定所述当前所接相序到所述预切换相序的切换间隔时间；根据所述当前所接相序到所述预切换相序的切换间隔时间，所述相序切换指令中所述当前所接相序的切断时间，所述预切换相序的投入时间，确定所述当前所接相序的切断超前时间和所述预切换相序的投入超前时间；根据所述当前所接相序的切断超前时间，对所述当前所接相序执行切断动作的结果和根据所述预切换相序的投入超前时间，对所述预切换相序执行投入动作的结果。
[0018]
优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述各充电桩当前所接相序的电流过零点和预切换相序的电压过零点是所述各充电桩基于高精度电力专业互感器、专业电度表计量芯片、24位分辨率ad转换模块和8k/s的采样计算方法实时采集的。
[0019]
优选的，在本申请一种可实现的方式中，所述根据当前所接相序的电流过零点和预切换相序的电压过零点确定所述当前所接相序到所述预切换相序的切换间隔时间，具体包括：
[0020]
基于负荷电流过零切断，负荷电压过零投入，以及投入切断间隔不超过10ms原则，根据当前所接相序的电流过零点和预切换相序的电压过零点确定所述当前所接相序到所述预切换相序的切换间隔时间。
[0021]
优选的，在本申请一种可实现的方式中，还包括：
[0022]
通过有线连接或无线连接的方式连接所述充电桩网络中的各充电桩；所述有线连接至少包括：232、485、以太网和电力载波；所述无线连接至少包括：wifi、433、5g和手机sim卡。
[0023]
根据本申请实施例的第二方面，提供一种交流充电桩三相平衡的系统，包括：
[0024]
集控中心，充电桩网络；
[0025]
所述充电桩网络中包括多个充电桩；
[0026]
各充电桩中设置有三项平衡选项单元，所述三项平衡选项单元用于控制所述充电桩在三个相序输入中选相输出；
[0027]
所述集控中心分别连接所述充电桩网络中的各充电桩，用于周期性调取充电桩网络中各充电桩实时采集的当前所接相序的电流有效值，并根据所述各充电桩当前所接相序的电流有效值及当前充电桩网络环境，基于预设的算法，对各充电桩的三相相序进行分相计算，得到所述充电桩网络的三相不平衡度；
[0028]
根据所述三相不平衡度，判断是否需要执行平衡切换；
[0029]
若需要执行平衡切换，基于平衡算法选取对应的平衡切换方案；
[0030]
根据选取的所述平衡切换方案对所述需要进行切换的充电桩下发相序切换指令。
[0031]
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：本申请中，周期性调取充电桩网络中各充电桩实时采集的当前所接相序的电流有效值，并根据各充电桩当前所接相序的电流有效值及当前充电桩网络环境，基于预设的算法，对各充电桩的三相相序进行分相计算，
得到充电桩网络的三相不平衡度，从而根据各充电桩的三相不平衡度与国标或其他标准要求，判断是否需要执行平衡切换。若需要执行平衡切换，则基于平衡算法选取对应的平衡切换方案，保证平衡切换方案最优。并根据选取的平衡切换方案对需要进行切换的充电桩下发相序切换指令，使充电桩根据指令执行切换。由于本申请中周期性的对充电桩网络中各充电桩进行动态平衡，可以使充电桩网络中各充电桩在动态平衡的策略执行下一直保持三相平衡。
[0032]
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
[0033]
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0034]
图1是本申请一个实施例提供的一种交流充电桩三相平衡的方法流程示意图；
[0035]
图2是本申请一个实施例提供的一种交流充电桩三相平衡的系统结构示意图。
具体实施方式
[0036]
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0037]
图1是本申请一个实施例提供的一种交流充电桩三相平衡的方法流程示意图，参照图1，一种交流充电桩三相平衡的方法，包括：
[0038]
s11：周期性调取充电桩网络中各充电桩实时采集的当前所接相序的电流有效值，并根据各充电桩当前所接相序的电流有效值及当前充电桩网络环境，基于预设的算法，对各充电桩的三相相序进行分项计算，得到充电桩网络的三相不平衡度；
[0039]
在实施前，需要通过有线连接或无线连接的方式连接充电桩网络中的各充电桩；有线连接至少包括：232、485、以太网和电力载波；无线连接至少包括：wifi、433、5g和手机sim卡。
[0040]
本实施例中，周期视需求不等，在具体应用中为可设定参数，其取值可以但不限于在1至30分钟之间。
[0041]
分项计算即区分三相相序，分类计算。
[0042]
充电桩网络中各充电桩采集的当前所接相序的电流有效值，具体是通过各充电桩基于高精度电力专业互感器、专业电度表计量芯片、24位分辨率ad转换模块和8k/s的采样计算方法，实时采集当前所接相序的电流数据及全部三相相序的电压数据并进行有效值计算得到的。
[0043]
各充电桩上本身搭载有专业的控制器和通讯接口用于采集数据，且各充电桩须配备用于相序切换的硬件设备。
[0044]
三相平衡原理即根据总负载(电流有效值)分布确定本充电桩优选三相之哪一相，亦即各充电桩在任意时刻实际只有确定之一相投入工作。本实施例中，在决策三相平衡时
仅需要各充电桩的负载电流即可，所以此时只需要充电桩网络中各充电桩当前所接相序的电流有效值。
[0045]
并且为保证系统精度可靠，所有采样计算误差须<0.5％。所以本实施例中，优选的，基于专业电度表计量芯片、高精度电力专业互感器、24位分辨率ad转换模块和8k/s的采样计算方法，实时采集充电桩网络中各充电桩当前所接相序的电流有效值。
[0046]
s12：根据三相不平衡度，判断是否需要执行平衡切换；
[0047]
三相不平衡度是指整个充电桩网络的三相不平衡度。
[0048]
判断是否需要执行平衡切换，具体包括：
[0049]
判断整个充电桩网络的三相不平衡度是否低于国标或预设三相不平衡度门槛；
[0050]
若整个充电桩网络的三相不平衡度低于国标或预设三相不平衡度门槛，则将确定需要执行平衡切换。
[0051]
国标对三相不平衡度设定了最小值门槛(2％
--
4％)，当然具体实施时也可以根据需要设定其他门槛。
[0052]
s13：若需要执行平衡切换，基于平衡算法选取对应的平衡切换方案；
[0053]
三相平衡是一种近似结果，实际中，很难做到绝对平衡，也不需要绝对平衡。
[0054]
实现三相平衡一般有多种方案。例如使不平衡度最小和切换数量最小的平衡切换方案。但使不平衡度最小和切换数量最小是一对客观存在的矛盾方案。一般还是以不平衡度最小为优先。
[0055]
在选择方案时，基于模糊和经验的平衡算法，在多种平衡切换方案中选取对应的平衡切换方案。
[0056]
s14：根据选取的所述平衡切换方案对需要进行切换的充电桩下发相序切换指令。
[0057]
充电桩会根据指令自主进行相序切换并上报切换结果。
[0058]
一些实施例中的交流充电桩三相平衡的方法，还包括：接收充电桩网络中的各充电桩上报的切换执行结果。
[0059]
充电桩接到平衡换相命令时，要先切断当前所接相序再投入新的负载相序。这里的“切/投”都需要过零执行(电流过零切/电压过零投)。
[0060]
过零检测的精度直接影响着系统的性能，所以对电流、电压的过零检测需要连续性(以便观测误差规律，找出修正方案)。
[0061]
接收的充电桩网络中的各充电桩上报的切换执行结果，具体是各充电桩根据当前所接相序的电流过零点和预切换相序的电压过零点确定当前所接相序到预切换相序的切换间隔时间；
[0062]
根据当前所接相序到预切换相序的切换间隔时间，相序切换指令中当前所接相序的切断时间，预切换相序的投入时间，确定当前所接相序的切断超前时间和预切换相序的投入超前时间；
[0063]
根据当前所接相序的切断超前时间，对当前所接相序执行切断动作的结果和根据预切换相序的投入超前时间，对预切换相序执行投入动作的结果。
[0064]
各充电桩当前所接相序的电流过零点和预切换相序的电压过零点是各充电桩基于高精度电力专业互感器、专业电度表计量芯片、24位分辨率ad转换模块和8k/s的采样计算方法实时采集的。
[0065]
充电桩任意时刻的当前所接相序是已知的，而预切换相序是未知的；切断当前所接相序用到的是电流过零，而投入预切换相序用到的是三相电压之一，所以需要采集各充电桩全部相序的电压过零点。
[0066]
上面充电桩采集的当前所接相序的电流有效值、电流过零点和全部相序的电压过零点是各充电桩为了执行三相切换动作时的平稳、安全所用。
[0067]
其中，根据当前所接相序的电流过零点和预切换相序的电压过零点确定当前所接相序到预切换相序的切换间隔时间，需要基于总负荷电流过零切断，总负荷电压过零投入，以及投入切断间隔不超过10ms原则。
[0068]
若设充电桩中三项序分别为a、b、c三项，三相交流中，正常情况下a、b、c各相间隔120
°
，也就是20ms的三分之一即6.6ms。所以如果切断a投入b，间隔就是6.6ms；如果切断a投入c，间隔就是13.2ms。以上是纯阻性负载(电压与电流0夹角)情况。由于实际应用中不可能是纯阻性，那么在感性、容性负载中就会存在同一相电流与电压存在角差情况(即同一相电流、电压的过零点不在同一时刻)。所以切的某相电流与待投的某相电压之间的间隔(角度)是多少一定要实际测量，并且这个间隔还可能是实时变化的，也因此要持续进行过零点采样，找出变化规律或任一时刻的趋势，通过智能算法预测出下个过零点时刻，计算出切投提前量驱动切换机构动作，使切换机构实际动作的时间尽量接近真实时刻。
[0069]
在切换完毕后，充电桩将上述过程生成的结果进行上报。所以需要接收充电桩网络中的各充电桩上报的切换执行结果。
[0070]
在切换完毕后，还需准备执行下一个周期的切换动作。
[0071]
本实施例中，周期性调取充电桩网络中各充电桩实时采集的当前所接相序的电流有效值，并根据各充电桩当前所接相序的电流有效值，基于预设的算法，对各充电桩的三相相序进行分项计算，得到充电桩网络的三相不平衡度，从而根据各充电桩的三相不平衡度与国标或其他标准要求，判断是否需要执行平衡切换。若需要执行平衡切换，则根据当前充电桩网络环境及平衡算法选取对应的平衡切换方案，保证平衡切换方案最优。并根据选取的平衡切换方案对需要进行切换的充电桩下发相序切换指令，使充电桩根据指令执行切换。由于本申请中周期性的对充电桩网络中各充电桩进行动态平衡，可以使充电桩网络中各充电桩在动态平衡的策略执行下一直保持三相平衡。
[0072]
本实施例中的交流充电桩三相平衡的方法，还可以通过充电桩网络对同一台区中的其他负载用电设备进行三相平衡，以使三项平衡决策更大的范围。比如可以将同一台区内的其它用电设备加入充电桩网络。如此可以通过充电桩网络对该台区更大范围内的用电设备进行三相平衡。
[0073]
一种交流充电桩三相平衡的系统，参照图2，包括：
[0074]
集控中心，充电桩网络；
[0075]
充电桩网络中包括多个充电桩；
[0076]
各充电桩中设置有三项平衡选项单元，三项平衡选项单元用于控制充电桩在三个相序输入中选相输出；
[0077]
集控中心分别连接充电桩网络中的各充电桩，用于周期性调取充电桩网络中各充电桩采集的当前所接相序的电流有效值，并根据各充电桩当前所接相序的电流有效值及当前充电桩网络环境，基于预设的算法，对各充电桩的三相相序进行分项计算，得到充电桩网
络的三相不平衡度；
[0078]
根据三相不平衡度，判断是否需要执行平衡切换；
[0079]
若需要执行平衡切换，基于平衡算法选取对应的平衡切换方案；
[0080]
根据选取的平衡切换方案对需要进行切换的充电桩下发相序切换指令。
[0081]
集控中心内含有三相平衡计算及调度算法，算法即各种匹配方式：多出相减少，较小相增加。但多出相与较小相的增减往往不能直接抵消，就需要拆散匹配，拆散有多种方案，匹配也有多种方案。有直接匹配、间接匹配、组合匹配、交换匹配、近似匹配等等，需要有循环的试探、递归的算法、加上合理的模糊，达到预期目的。
[0082]
集控中心可以参与到原充电桩网络中，作为原网络的一个子模块，即用于成熟充电桩的改造。集控中心也可以独立组建，用于新充电桩网络的一体设计中。
[0083]
在本实施例的一些扩展方案中，集控中心还可以接纳同台区(同一变压器下)非充电桩用电设备，只要该设备符合与充电桩相同的三相平衡需求与功能，则可在此系统下参与三相平衡。
[0084]
在本实施例的一些扩展方案中，还可以通过充电桩网络对同一台区内的其他不具备三相平衡功能的负载用电设备进行平衡，以使三项平衡决策更大的范围。
[0085]
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
[0086]
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
[0087]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0088]
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0089]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0090]
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0091]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0092]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0093]
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。