一种用于住宅小区的电动汽车有序充电控制方法与流程

本发明涉及一种用于住宅小区的电动汽车有序充电控制方法。

背景技术：

1、在节能减排、双碳目标的大背景下，电动汽车将逐渐取代燃油汽车成为机动车辆的主要形式。但是，在电动汽车的应用过程中，由于电动汽车的充电容量需求较大，对于已建成的住宅小区，常常出现充电难的问题。既有小区电动汽车充电难的主要原因是，由于新增的电动汽车负荷，动辄数百甚至上千千瓦，而原有的供配电系统往往基于居民常规负荷进行设计，没有太多的富余容量可供使用。另一方面，小区内部往往也没有空余的场地和空间新增充电专用变配电系统。

2、充电条件的限制使得已购电动汽车的用户感到使用不便，潜在电动汽车用户也会因为充电不便，望而却步。因此，住宅小区电动汽车的充电条件间接制约了电动汽车的普及和推广。

技术实现思路

1、为解决上述问题，对国内不同省份城市的样本小区配电系统进行调查研究，数据显示成熟住宅小区配电系统的负荷特征如下，日负荷一般包括两个高峰期（一个小高峰期和一个大高峰期）和一个低谷期，一般大高峰集中在傍晚时段，根据季节不同，低谷期平均电力负荷约为高峰期平均电力负荷的0.25~0.55倍。

2、国家标准要求设计选型中变压器预期负载率按不大于85%考虑，根据调查数据，样本小区中变压器的实际负载率最小值为9.3%，最大值为73.48%。样本统计数据显示，用电低谷期变压器负载率一般不大于26%；用电高峰期，变压器负载率一般不高于60%，少数变压器超过70%。

3、从产品角度出发，当工作温度适宜时，变压器长期工作于接近满负荷是可行的。对于电动汽车而言，充电负荷属于非即时性负荷，可对其采取分时段分组供电的方式。

4、基于以上条件，可知对于大多数住宅小区而言，利用其已有变配电系统的动态富余容量为电动汽车提供充电是可行的。

5、本发明所要解决的技术问题是提供一种用于住宅小区的电动汽车有序充电控制方法，电动汽车有序充电控制系统包含负荷预测模块、负荷排序模块、有序充电控制模块、平台管理系统、手机客户端，负荷预测模块、负荷排序模块、有序充电控制模块和手机客户端分别与平台管理系统通信连接；所述电动汽车有序充电控制方法包括以下步骤：

6、1. 统计住宅小区内各台变压器的容量及位置，统计近几年各变压器在不同季节、不同时间的负载率参数，从而得出各台变压器基于时间参数的动态富余容量值。

7、2.在统计过程中，如果发现小区变配电装置安装年代较早，各配电设备接近于淘汰期，或小区变配电系统已经长期处于满负荷甚至过载状态，则不建议利用小区原供电系统来对电动汽车进行充电。

8、3.对于住宅小区内的每台变压器i，按下式确定该变压器i允许同时接入的交流充电桩的数量li：li=（st×xi/y）式中，st为该变压器的动态富余容量值，单位为kva，y为交流充电桩定的功率，单位kw，xi为该变压器低压侧功率因数补偿值。

9、4.将上述li台交流充电桩划分成m个区，每个区含有n台交流充电桩，每个区设置一条接入变压器i的干线回路，每个干线回路的末端各设1台配电总箱，每台配电总箱设分别与n台充电桩连接的n个分支出线回路。

10、5.在变压器绕组处设置温度传感器、在变压器低压侧总断路器处设置电压互感器和电流互感器；在每台配电总箱的母排处设置电压互感器，在配电总箱的总进线断路器处和每一分支出线回路断路器处设置电流互感器；在每一分支出线回路设置接触器。

11、6.本发明所述控制方法，主要利用负荷预测模块引导用户选择不同的充电序列级别。通过有序充电控制模块通过设置在各支线回路的接触器控制电动汽车充电桩进行接入、等待、退出、重新接入等动作，最终实现小区电动汽车充电负荷与小区供电系统的动态富余容量相匹配。

12、7.通过负荷预测模块负责收集、统计和分析小区居民负荷规律、电动汽车充电负荷规律及其发展趋势，为管理者制定充电规则提供依据，为实时状态下不同序列级别充电模式的充电时长提出参考数据。

13、8.通过负荷预测模块实时为手机客户端提供并展示充电车位分布、充电车位空余现状、不同充电序列级别的价格和预计充电时长。通过价格引导不同需求的用户，选择不同充电序列级别。

14、9.通过负荷排序模块将常规用户等级分为1,2,3级充电序列级别，为应对紧急充电需求，另外设置特级序列。当接入充电桩时，按照级别顺序，依次接入特，1,2,3级充电序列充电桩。各相同级别内的排序策略采用先到先得方式。当充电桩退出时，按照级别顺序，依次退出3,2,2级充电序列充电桩，特级序列充电桩仅在系统发生故障时退出。负荷排序模块在任何情况下均应具备保留最后时刻充电序列及排队信息，以方便第二次接入或者故障恢复时延续上一次的排队顺序。

15、10.各级别序列的定义如下：特级序列用户，采用直接充电，不参与任何调节，仅在系统故障时退出，因此，应严格限制特级设置名额。第1级序列采用优先充电，不参与配电系统峰谷调节，但当配电系统负载率较高时，应让位于居民用电。第2级序列参与日峰谷调节，当配电系统即将进入日峰值时，主动有序进入等待充电状态，让位于居民用电和第1级序列。第3级序列参与日峰谷和时峰谷调节，当配电系统即将进入日峰值和时峰值时，均主动有序进入等待充电状态，并让位于居民用电和第1、2级序列。

16、11.当用户选择特,1,2,3级充电序列级别开始充电后，用户可在充电途中根据实时需求的变化调整序列级别或终止、重启充电模式。负荷排序模块接收信息后，该用户充电桩将进入新的负荷排序。

17、12.假设变压器容量为sa（kva），预测未来6小时变压器富余容量值最大值（取30min的均值）为sm（kva）、最小值为sn（kva）为例。设计中建议采用或不大于（sa×0.05×0.95/7）台充电桩作为特级序列、（sn×0.95/7）台充电桩作为第1级序列、[（sm－sn）×0.95/7]台充电桩作为第2级序列。其余充电桩作为第3级序列。

18、13.有序充电控制模块展开有序充电控制。有序充电控制流程图如图2，控制步骤如下：

19、1）判断控制系统自身是否故障？如异常，则退出相应控制区域的充电桩，并通知管理人员及用户，并则返回1）。如正常则继续下一步。

20、2）判断配电系统是否故障？如异常，则退出相应配电区域的充电桩，并通知管理人员及用户，并则返回1）。如正常则继续下一步。

21、3）判断变压器温度是否正常，如异常，则分批有序退出第3,2,1级充电桩（每3△n台为一批，建议△n取3~5台），并通知管理人员及用户，并则返回1）。如正常则继续下一步。

22、4）判断变压器是否过载，如过载，则分批有序退出第3,2,1级充电桩（每3△n台为一批，建议△n取3~5台），并通知管理人员及用户，并则返回1）。如未过载则继续下一步。

23、5）判断变压器负载率是否连续k分钟（k可取5，但不限于该值）超过c%（c%可取90%，但不限于该值），如是，则分批有序退出第3,2,1级充电桩（每3△n台为一批，建议△n取3~5台），并通知管理人员及用户，并则返回1）。如不是则继续下一步。

24、6）判断变压器负载率是否超过c%（c%可取90%，但不限于该值），如是，则返回1）。如不是则继续下一步。

25、7）判断是否有特级充电桩，如有则接入特级充电桩，如无则继续下一步。

26、8）判断变压器负载率是否超过c%（c%可取90%，但不限于该值），如是，则返回1）。如不是则继续下一步。

27、9）接入第x（x=1,2,3~n）批第1级序列充电桩。（取每△n台为一批，为减小对系统的冲击，建议△n取3~5台。当最后一批充电桩台数w小于△n时，最后一批可直接取为w台。）将新接入的充电桩信息通知管理人员及用户，并继续下一步。

28、10）判断第1级序列充电桩是否均接入？如不是，则返回1）。如是则继续下一步。

29、11）接入第y（y=1,2,3~n）批第2级序列充电桩。将新接入的充电桩信息通知管理人员及用户，并继续下一步。

30、12）判断第2级序列充电桩是否均接入？如不是，则返回1）。如是则继续下一步。

31、13）接入第z（z=1,2,3~n）批第3级序列充电桩。将新接入的充电桩信息通知管理人员及用户，并继续下一步。

32、14）判断第3级序列充电桩是否均接入？如不是，则返回1）。如是则返回1）。

33、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

34、1）充分利用了小区原有供电系统的动态富余容量，达到了在不增加住宅小区供电系统容量的条件下，满足小区电动汽车充电需求。

35、2）为用户提供了多种充电序列选择模式，满足了不同用户的充电需求。

36、3）采用居民原有负荷优先原则，保障了电动汽车充电负荷不影响居民原有用电。

37、4）引入了充电系统故障检测判断逻辑，保障了在故障发生时及时断开相应范围内的充电桩，提高了充电安全。