充电桩的柔性充电调控方法及充电桩系统与流程

本发明涉及电动汽车充电技术领域，具体涉及一种充电桩的柔性充电调控方法及充电桩系统。

背景技术：

作为低碳交通的重要途径，电动汽车以其效率高、污染小等众多优点成为国内外科研机构关注的重点。少数电动汽车充电并不会给电网带来太大影响，但是大规模接入电网将会给电网的正常运行和控制带来挑战。预计到2030年我国电动汽车的数量将达到6000万辆，按充电功率10千瓦/辆计算，假设这些电动汽车同时进行充电，那么峰值功率将达到5亿千瓦，导致电网负荷急剧增长，对电网运行和控制造成不可忽视的影响。由于使用者的不同，电动汽车用户用车行为和充电时间均具有较大的不确定性，导致电动汽车充电负荷的随机性很大，使电网的控制难度增加；大量电动汽车接入电网，将会导致负荷增长，电网负荷峰谷差加大，增大电网调峰难度，加重电力系统的负担，对电网的安全可靠性造成严重的影响。此外，电动汽车充电桩属于非线性设备，将会对供电系统产生较大的谐波污染，导致功率因数下降，对供电质量产生不利影响；电动汽车充电会使配电网的负荷、投资和运行成本较快增加，同时产生电压损耗和三相不平衡等问题。

因此，有必要研究电动汽车充电对电网负荷的影响，针对具体影响采取相应的措施，实施有序充电方法，对此来适应电动汽车的规模化发展。电动汽车充电对电网负荷的影响主要有以下两个方面，一方面是对配电网的影响：电动汽车在用电高峰期充电将会对配电网负荷平衡、三相平衡和电压调节产生重要影响，导致配电网线路过载、损耗增加、电压跌落以及配电变压器过载问题，会降低电网运行的有效性和可靠性。另一方面是对电能质量的影响：电动汽车采用车载或非车载电力电子充电设备，进行双向变流的充放电操作，因此容易产生谐波污染，破坏电能质量，尤其是用电高峰期时段，会加重供电系统负担。

因为电动汽车充电属于新兴行业，目前技术不够成熟，而且普通充电桩并没有柔性充电功率调控功能，只能实现基础充电功能。

技术实现要素：

本发明的目的旨在解决至少上述所提到的问题之一。

根据本发明的第一方面，提供一种充电桩的柔性充电调控方法，包括多个充电桩，多个充电桩之间通过无线网络连接，该方法具体包括如下步骤：

1）设定一个调控周期内多个充电桩中的一个充电桩作为主控设备，其它充电桩作为被控设备；

2）所述主控设备收集所述多个充电桩的实际功率数据，并根据该多个充电桩的实际功率数据运算得到实时的充电桩总功率p充电桩（实际）；

3）判断所述实时的充电桩总功率p充电桩（实际）是否大于变压器额定功率

p变压器（额定）；

若是，执行步骤4）-5），若否，则返回步骤2）；

4）对所述多个充电桩的最大功率进行调整；

5）判断当前调控周期是否结束；

若否，返回步骤2）；

若是，结束当前调控周期并开始新的调控周期。

与现有技术相比，该充电桩的柔性充电调控方法以充电站或专用变压器下充电桩为单位,在满足区域充电负荷需求条件下，充电站和专用变压器下区域充电桩可调度负荷，自动平衡调节区域内充电桩最大功率，保证充电站内专用变压器不会出现过载，实现电动汽车的有序充电和配网安全经济运行。

在一些实施方式中，所述步骤2）中，所述多个充电桩实时监测自身功率数据，所述多个充电桩之间通过无线蜂窝网络（zigbee）进行数据传送和接收。

在一些实施方式中，所述被控设备包括中继设备和从设备；所述主控设备收集所述多个充电桩的实际功率数据包括：所述从设备监测自身实际功率数据，并将其自身实际功率数据经中继设备传送给主控设备或直接传送给主控设备；所述中继设备将自身实际功率数据和从设备传送过来的实际功率数据一并传送给主控设备。

在一些实施方式中，所述步骤4）具体包括：所述主控设备下发进行柔性充电调控的操作指令；所述被控设备检查到主控设备下发进行柔性充电调控的操作指令后，执行调整本充电桩的最大功率。

作为本发明技术方案的优选，在新的调控周期内，上一调控周期的任一被控设备作为主控设备，上一调控周期的主控设备则作为被控设备，如此不断循环。

为了实现本发明目的，作为同一发明构思，根据本发明的第二方面，提供一种具有柔性充电调控功能的充电桩系统，该系统包括多个充电桩，多个充电桩之间通过无线网络连接；在一个调控周期内，所述多个充电桩中的一个充电桩为主控设备，其它充电桩为被控设备；所述主控设备用于实时监测自身实际功率数据并收集所述被控设备的实际功率数据，并根据自身以及被控设备的实际功率数据运算得到实时的充电桩总功率p充电桩（实际），并根据充电桩总功率p充电桩（实际）判断是否执行对所述多个充电桩的最大功率进行调整。

在一些实施方式中，所述主控设备和被控设备具有实时监测自身功率数据功能，所述主控设备和被控设备之间通过无线蜂窝网络（zigbee）进行数据传送和接收。

在一些实施方式中，所述被控设备包括中继设备和从设备，所述从设备用于实时监测自身实际功率数据，并将其自身实际功率数据经中继设备传送给主控设备或直接传送给主控设备；所述中继设备用于实时监测自身实际功率数据，并将自身实际功率数据和从设备传送过来的实际功率数据一并传送给主控设备。

在一些实施方式中，所述根据充电桩总功率p充电桩（实际）判断是否执行对所述多个充电桩的最大功率进行调整具体包括：当充电桩总功率p充电桩（实际）＞变压器额定功率p变压器（额定）时，下调区域内每个充电桩的最大功率；当充电桩总功率p充电桩（实际）≤变压器额定功率p变压器（额定）时，对每个充电桩的最大功率不做调整。

在一些实施方式中，在当前调控周期内，上一调控周期的任一被控设备作为主控设备，上一调控周期的主控设备则作为被控设备。

与现有技术相比，上述多个实施方式的充电桩系统通过充电桩相互之间自组网通讯，实时监测充电桩充电功率，自动控制桩体充电功率，使区域内充电桩功率值之和p充电桩（实际）＜变压器额定功率p变压器（额定），实现有序充电，柔性控制，减小电动汽车充电行为对配电网的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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为本发明实施例中充电桩的柔性充电调控方法流程图；

图2为本发明实施例中充电桩模块示意图；

图3为本发明实施例中具有柔性充电调控功能的充电桩系统示意图；

图4为本发明实施例中柔性充电均衡控制法原理图；

图5为本发明实施例中专用变压器下充电站和充电桩框架示意图；

图6为本发明实施例中充电桩组成模块示意图；

图7为本发明实施例中充电桩调控终端模块示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照附图来描述根据本发明实施例进行详细描述。

图1为本发明实施例提供的一种充电桩的柔性充电调控方法的流程图，该充电桩的柔性充电调控方法适用于电动汽车充电站的充电桩充电，该电动汽车充电站使用专用变压器，且该专用变压器额定容量是已知的，专用变压器下负载类型只接充电桩。该电动汽车充电站中接有多个充电桩，多个充电桩之间通过无线网络连接。

具体地，本发明实施例中，该充电桩的柔性充电调控方法包括如下步骤：

1）设定一个调控周期内多个充电桩中的一个充电桩作为主控设备，其它充电桩作为被控设备；

2）所述主控设备收集所述多个充电桩的实际功率数据，并根据该多个充电桩的实际功率数据运算得到实时的充电桩总功率p充电桩（实际）；

3）判断所述实时的充电桩总功率p充电桩（实际）是否大于变压器额定功率

p变压器（额定）；

若是，执行步骤4）-5），若否，则返回步骤2）；

4）对所述多个充电桩的最大功率进行调整；

5）判断当前调控周期是否结束；若否，返回步骤2）；若是，结束当前调控周期并开始新的调控周期。

其中，所述一个调控周期的时间长短具体根据实际调控情况而设定。

在本发明的一个实施例中，作为优选，所述多个充电桩能够实时监测自身功率数据，并且所述多个充电桩之间通过无线蜂窝网络（zigbee）进行数据传送和接收。其中，zigbee是一种无线连接，可工作在2.4ghz(全球流行)、868mhz(欧洲流行)和915mhz(美国流行)3个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率，它的传输距离在10-75m的范围内,但可以继续增加。zigbee低功耗、成本低、时延短、网络容量大、可靠和安全等特点。

在该实施例中，所述充电桩的功能模块组成如图2所示，其具体包括有充电计费单元、充电控制器和充电电源模块，本实施方式的柔性充电调控方法是建立在充电桩中计费控制单元的基础上开发的，其中充电计费单元、充电控制器和充电电源模块依次通过can总线建立连接和通讯。其中，所述步骤4）对所述多个充电桩的最大功率进行调整具体是通过所述充电计费单元发指令使充电控制器去控制充电模块调整功率。

在本发明的一个实施例中，作为优选，所述被控设备包括中继设备和从设备，这样设置被控设备的目的是避免直接远距离无线传输，通过中继过渡，来提高数据传输的可靠性和稳定性。

在该实施例中，所述主控设备收集所述多个充电桩的实际功率数据包括：所述从设备监测自身实际功率数据，并将其自身实际功率数据经中继设备传送给主控设备或直接传送给主控设备；所述中继设备将自身实际功率数据和从设备传送过来的实际功率数据一并传送给主控设备。

在本发明的一个实施例中，作为优选，所述步骤4）具体包括：所述主控设备下发进行柔性充电调控的操作指令；所述被控设备检查到主控设备下发进行柔性充电调控的操作指令后，执行调整本充电桩的最大功率。

在该实施例中，采用均衡控制方法对所有充电桩进行柔性调控，包括主控设备和被控设备，均衡控制方法的原理如图4所示，具体地，均衡控制方法是指对所有充电桩最大功率按同样的比例的降低调整。

在本发明的一个实施例中，作为优选，在新的调控周期内，上一调控周期的任一被控设备作为主控设备，上一调控周期的主控设备则作为被控设备，如此不断循环。

本发明实施例的一种充电桩的柔性充电调控方法，以充电站或专用变压器下充电桩为单位,在满足区域充电负荷需求条件下，充电站和专用变压器下区域充电桩可调度负荷，自动平衡调节区域内充电桩最大功率，保证充电站内专用变压器不会出现过载，实现电动汽车的有序充电和配网安全经济运行。

图3为本发明的另一个实施例一种具有柔性充电调控功能的充电桩系统在一个调控周期内充电桩无线自组网系统的示意图。该具有柔性充电调控功能的充电桩系统适用于电动汽车充电站的充电桩充电，该电动汽车充电站使用专用变压器，且该专用变压器额定容量是已知的，专用变压器下负载类型只接充电桩。从图3可以得知，本实施例中，该系统包括多个充电桩，多个充电桩之间通过无线蜂窝网络（zigbee）建立连接。

在一个调控周期内，所述多个充电桩中的一个充电桩为主控设备，其它充电桩为被控设备；所述主控设备实时监测自身实际功率数据并收集所述被控设备的实际功率数据，并根据自身以及被控设备的实际功率数据运算得到实时的充电桩总功率p充电桩（实际），并根据充电桩总功率p充电桩（实际）判断是否执行对所述多个充电桩的最大功率进行调整。

在本发明的一个实施例中，作为优选，所述主控设备和被控设备具有实时监测自身功率数据功能，所述主控设备和被控设备之间通过无线蜂窝网络（zigbee）进行数据传送和接收。

在本发明的一个实施例中，作为优选，所述被控设备包括中继设备和从设备，所述从设备实时监测自身实际功率数据，并将其自身实际功率数据经中继设备传送给主控设备或直接传送给主控设备；所述中继设备实时监测自身实际功率数据，并将自身实际功率数据和从设备传送过来的实际功率数据一并传送给主控设备。

在本发明的一个实施例中，作为优选，所述根据充电桩总功率p充电桩（实际）判断是否执行对所述多个充电桩的最大功率进行调整具体包括：当充电桩总功率

p充电桩（实际）＞变压器额定功率p变压器（额定）时，下调区域内每个充电桩的最大功率；当充电桩总功率p充电桩（实际）≤变压器额定功率p变压器（额定）时，对每个充电桩的最大功率不做调整。

在本发明的一个实施例中，作为优选，在当前调控周期内，上一调控周期的任一被控设备作为主控设备做调控策略判断，上一调控周期的主控设备则作为被控设备。

在本发明的一个实施例中，作为优选，每个充电桩均分配有编码，当区域内新增充电桩，只要按照规则分配充电桩编码，主控设备就能自动加入到自组网系统当中。下面结合实际案例对自组网进行说明，例如9000540035就是福田莲花山60kw单枪直流桩，每一台充电桩上线前，都会在充电桩内的计费控制单元设置唯一桩编码，用于识别充电桩身份信息。如新加的桩如果设置为9000770032不属于分配该站点的充电桩，就无法加入系统。当充电桩减少或故障，系统会生成相应的故障报文，根据故障报文系统将会将该充电桩自动隔离，禁止该充电桩启动充电，等待维修正常后，再解除隔离状态。

充电桩分为直流充电桩和交流充电桩，而上述多个实施例中的方法和系统适用于直流充电桩，上述多个实施例中的充电桩的组成模块示意如图6所示，该充电桩包括有功率单元、充电桩调控终端模块、充电控制器、计量表计、充电接口以及人机交互界面，其中，充电接口优选为充电枪。

具体地，所述充电桩调控终端模块是充电桩控制计费设备，与电气部分连接如图7所示，主要也是通过can总线控制。充电桩调控终端模块除了名字中的计费结账的功能，还有人机界面显示，多功能电表交互，3g/4g车联网平台交互以及和充电设备控制器交互等。该充电桩调控终端模块主要实现功能有：1.支付方式选择，可以选择刷卡支付，也可以选择微信支付宝支付等其他网络支付方式。2.费用计量，充电桩调控终端模块通过485接口与计量表相连电动汽车充电所需的电量都需要汇总到充电桩调控终端模块。其中上述多个实施例中的方法和系统的充电桩的柔性充电调控方法就是在该设备中实现。

在本发明的一个具体实施例中，如图5所示，为本发明充电桩进行柔性充电调控的方法应用于专用变压器充电站下的充电桩的实施情况，具体地，在这个充电站中，专用变压器下负载类型只接充电桩。图5所示内容为一个区域内专用变压器安装的多个充电桩，在本发明实施例中，通过后台分配充电编码来区分调控区域。

该具体实施例中，充电站或单台专用变压器下安装了带柔性充电的调控策略方法的充电桩，专用变压器额定容量是已知的，一台干式变压器额定容量是800kva，并且该专用变压器下只接充电桩的前提下，充电桩的用电功率分为7kw小功率交流充电桩和60kw直流充电桩两种。

因此，该充电站的充电可用最大功率为：

p（最大）=（800kva*0.9）*0.8=720*0.8=576kw

如果没有安装带柔性充电的调控策略方法的充电桩，那么在安装充电桩时，只能估计计算能上电运行的充电桩的数量，该区域内最多只能安装9台60kw直流充电桩启动充电。

如果安装带柔性充电调控策略的充电桩，至少可以安装12台60kw直流充电桩启动充电，如果12台充电桩同时启动充电，当检测到充电桩功率值之和p充电桩（实际）＞变压器额定功率p变压器（额定），根据均衡控制方法对进行充电桩柔性调控,对所有充电桩最大功率进行统一调整，利用充电桩柔性充电均衡控制法，根据计算将充电桩额定功率降低到80%，充电桩柔性充电均衡控制法的方法原理示意如图4所示，经过柔性充电均衡控制之后，充电桩实际功率如下：

p充电桩（实际）=p变压器（负载）=(60kw*12)*80%=576kw

由此可见，使用本发明的方法或者系统后，在多台充电桩同时启动充电，充电桩功率超出变压器额定功率的情况下，可以有效地降低变压器实际负载，保证配网安全经济运行。本发明实施例以充电站或专用变压器下充电桩为单位,在满足区域充电负荷需求条件下，充电站和专用变压器下区域充电桩可调度负荷，自动平衡调节区域内充电桩最大功率，保证充电站内专用变压器不会出现过载，实现电动汽车的有序充电和配网安全经济运行。

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，并且本发明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，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（ram），只读存储器（rom），可擦除可编辑只读存储器（eprom或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（cdrom）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明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。

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。

此外，在本发明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。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

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发明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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。