一种充电桩群控终端控制方法及群控终端与流程

本发明涉及充电桩群控技术领域，特别是一种充电桩群控终端控制方法及群控终端。

背景技术：

随着电动汽车及其配套充电设施的大力建设，充电机终端利用率低、配电网增容成本高等问题日益突出。主流充电机的所有充电模块采用集中控制的方式，固定充电模块服务于对应的充电机，可从电动汽车bms获取需求值以实现输出功率的动态调整，但存在电动汽车需求功率过低时充电设备利用率低和电动汽车需求功率过高时充电能力不足的问题。为此，充电桩群控技术孕育而生，该技术可根据不同类型电动汽车的实际需要自动从集中充电模块中提取不同功率，在满足不同储能容量、不同充电倍率电动汽车充电需求的同时，又进一步提升了充电设备的转换效率和利用率。但是，目前充电桩群控技术仍需要配网侧提供足够的功率冗余，对于老旧小区配电网改造提出了极大的困难，无法克服配电网增容成本高的问题，因此，亟需一种新型的充电桩智能群控终端。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种充电桩群控终端控制方法及群控终端，从而突破大量充电桩接入配电网相互影响约束，实现现有配电网在不增容的情况下大量充电桩的接入，克服配电网增容成本高的问题，进一步提高充电机终端利用率。

本发明的目的之一是提供一种充电桩群控终端控制方法，该方法包含，

采集开关状态信号以及矩阵控制器反馈的充电机充电功率需求和矩阵控制器的功率分配情况；

分析采集的开关状态信号、充电机充电功率需求、功率分配情况和控制执行单元反馈的控制信息，生成开关状态信号对应的开关的控制策略；

根据所述控制策略对开关进行开闭控制。

可选的，所述控制策略包括：

获得冗余负荷最大的配电变压器；

控制群控终端的开关，将所述冗余负荷最大的配电变压器接入所有充电机；

监控充电机的负荷情况和电力开关柜电气参数，在确定发生故障时，断开所有开关并显示故障；在确定未发生故障，且所述冗余负荷最大的配电变压器的冗余度低于阈值则启动负荷动态调配。

可选的，所述控制策略还包括：

在确定未发生故障，且所述冗余负荷最大的配电变压器的冗余度未低于阈值时，监控充电机的负荷情况和电力开关柜电气参数；以及

在确定出动态调配完成时，监控充电机的负荷情况和电力开关柜电气参数，若未完成，则断开所有开关并显示故障。

可选的，所述负荷动态调配包含均衡分配；

所述均衡分配包含如下步骤：

根据配电变压器冗余负荷和充电机充电需求总和，计算平均每个配电变压器所均衡分摊的负荷值；

在任一配电变压器现有负荷与新分摊负荷的差值低于负荷阈值时，通过开关将充电机分为多组；

分组条件满足，负荷均值接近或者等于平均每个配电变压器所均衡分摊的负荷值的一个或者多个充电机分为一组；

在任一配电变压器现有负荷与新分摊负荷的差值不低于负荷阈值时，分组条件满足，计算配电变压器最大冗余负荷总值分摊至各个充电机上的重置均值，通过柔性充电堆配合，充电机负荷重置为所述重置均值，并按照配电变压器最大冗余负荷分进行分组。

可选的，所述负荷动态调配包含比例分配；

所述比例分配包含下述步骤：

计算各个配电变压器的冗余负荷比；

将充电需求总和按照所述冗余负荷比进行计算，获得新的充电机的充电需求；

在任一配电变压器现有负荷与新分摊负荷的差值低于负荷阈值时，按照所述充电需求并根据各个配电变压器的最大冗余负荷将充电机分为多组；

在任一配电变压器现有负荷与新分摊负荷的差值不低于负荷阈值时，则将各配电变压器最大冗余负荷总值按照所述冗余负荷比进行计算，得到冗余充电需求，通过柔性充电堆配合，按照冗余充电需求并根据各个配电变压器最大冗余负荷分对充电机进行分组。

可选的，所述优先分配包含如下步骤：所述负荷动态调配包含优先分配；

所述优先分配包含如下步骤：

分别将各充电机按照充电需求从大到小排序，获得充电需求队列；以及将各配电变压器按照最大冗余负荷从大到小排序，获得冗余负荷队列；

将冗余负荷队列中最靠前的充电机分配至充电需求队列中最靠前的配电变压器；

当充电需求队列中靠前的配电变压器已达容纳上限时，则分配至后一位的充电需求队列的配电变压器，直到充电需求队列中的末尾均被分配了充电机；

冗余负荷队列中的充电机每次分配完毕后，下一个充电机均需要尝试分配至充电需求队列靠前的配电变压器中，若无法容纳则依次往后尝试分配；

若有任一充电机无法分配合适的配电变压器，则通过柔性充电堆配合，降低充电需求总值，重复上述步骤，直至所有充电机完成分组。

本发明的目的之二是提供一种充电桩群控终端，所述群控终端包含，采集单元、控制执行单元和信息融合及决策单元；

所述采集单元，用于采集开关状态信号以及矩阵控制器反馈的充电机充电功率需求和矩阵控制器的功率分配情况；

所述信息融合及决策单元，用于融合分析采集单元和控制执行单元反馈的信息，完成开关状态信号对应的开关的动作决策，并下发动作命令至控制执行单元；

所述控制执行单元连接至所述信息融合及决策单元，所述控制执行单元用于执所述动作命令，对所述开关进行开闭控制。

可选的，所述开关包含主开关模块和矩阵开关模块，所述主开关模块和矩阵开关模块均包含可控开关器件和开关支路，所述控制执行单元用于执所述行动作命令，对主开关模块和矩阵开关模块的可控开关器件进行开闭控制。

可选的，所述群控终端还设置有外部接口，所述外部接口用于与电力开关柜和柔性充电堆进行信息传递，所述电力开关柜设置在配电变压器的低压侧与主开关模块之间，所述采集单元还用于通过所述外部接口接收所述电力开关柜反馈的电压、电流、功率信号。

可选的，所述群控终端包含n个主开关模块，其中n≥1，n与交流母线条数相对应，n*m个矩阵开关模块，其中m≥1，m与充电机个数相对应，任一矩阵开关模块包含n个输入端和一个输出端，任一所述矩阵开关模块的n个输入端分别设置在对应的交流母线上，各个所述矩阵开关模块的输出端连接至对应的柔性充电堆的充电机。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明的技术方案突破了大量充电桩接入配电网相互影响约束，实现现有配电网在不增容的情况下大量充电桩的接入，克服配电网增容成本高的问题，进一步提高充电机终端利用率。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的方法流程示意图；

图2为本发明的充电桩群控终端框图；

图3为本发明的充电桩群控终端控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例一，本发明提出一种充电桩群控终端控制方法，该控制方法包含如下步骤：

采集开关状态信号以及矩阵控制器反馈的充电机充电功率需求和矩阵控制器的功率分配情况；

分析采集单元采集到的信息和控制执行单元反馈的信息，生成开关状态信号对应的开关的控制策略；

根据所述控制策略对开关进行开闭控制。

如图1所示，所述控制策略包含：

根据各配电变压器冗余负荷，筛选出冗余负荷最大的配电变压器；

控制群控终端的开关将该台配电变压器接入所有充电机，其中群控终端的开关包含主开关模块和矩阵开关模块；

监控充电机的负荷情况和电力开关柜电气参数，并判断是否发生故障，若发生故障则断开所有开关并显示故障；

若未发生故障，则判断配电变压器的冗余度是否低于冗余度阈值，若未低于阈值则继续实时监控，若低于阈值则启动负荷动态调配；

判断动态调配是否完成，若动态调配完成，则返回实时监控状态，若未完成，则断开所有开关并显示故障。

具体地说，上述方案可描述为基于配电网容量分时复用策略的充电桩智能群控终端开机启动后，根据各配电变压器最大冗余负荷判断出最大的一个，通过控制主开关模块和矩阵开关模块，接入所有充电机，实时监控充电机负荷情况和电力开关柜电气参数情况，若发生故障，则紧急断开所有开关并显示故障，若某一配电变压器冗余度低于阈值x，则启动动态调配，判断动态调配是否完成，若完成则执行并返回至实时监控状态，若未完成则紧急断开所有开关并显示故障。

其中动态调配包含如下步骤：判断不同时段下配电变压器功率负荷工作情况，若某一配电变压器冗余度低于阈值x，则启动动态调配，通过主开关模块和矩阵开关模块实现分组。

本实施例中调配方法包括且不限于均衡分配、比例分配、优先分配三种方式。

下面对上述三种调配方法进行说明

均衡分配包含如下步骤：

根据配电变压器冗余负荷和充电机充电需求总和，计算平均每个配电变压器所均衡分摊的负荷值；

判断任一配电变压器现有负荷与新分摊负荷的差值是否低于负荷阈值；

若低于负荷阈值则通过主开关模块和矩阵开关模块将充电机分为多组；

分组条件满足，负荷均值接近或者等于平均每个配电变压器所均衡分摊的负荷值的一个或者多个充电机分为一组；

若不低于负荷阈值，分组条件满足，计算配电变压器最大冗余负荷总值分摊至各个充电机上的重置均值，通过柔性充电堆配合，充电机负荷重置为所述重置均值，并按照配电变压器最大冗余负荷分进行分组。

具体的，均衡分配是根据配电变压器冗余负荷和充电机充电需求总和，计算平均每个配电变压器所均衡分摊的负荷值w；

若每一个配电变压器现有负荷减去新分摊的负荷值后仍低于负荷阈值y，若低于则通过主开关模块和矩阵开关模块将充电机分为n组，其均值接近或等于w的一个或多个充电机为一组；

若不低于，则计算配电变压器最大冗余负荷总值分摊至各个充电机上的均值v，在计算配电变压器最大冗余负荷总值时保留一定裕度，通过柔性充电堆配合，充电机负荷重置为重置均值v，低于重置均值v的充电机保留原值，按照配电变压器最大冗余负荷将充电机分为n组。

比例分配包含如下步骤：

计算各个配电变压器的冗余负荷比；

将充电需求总和按照所述冗余负荷比进行计算，获得新的充电机的充电需求；

按照所述充电需求并根据各个配电变压器的最大冗余负荷将充电机分为多组；

判断判断任一配电变压器现有负荷与新分摊负荷的差值是否低于负荷阈值，若低于负荷阈值则采用前述分组方案；

若仍不低于负荷阈值，则将各配电变压器最大冗余负荷总值按照所述冗余负荷比进行计算，得到冗余充电需求，通过柔性充电堆配合，按照冗余充电需求并根据各个配电变压器最大冗余负荷分对充电机进行分组。

具体的，比例分配是按照一定比例值z，该比例值可为各个配电变压器冗余负荷之比，再将充电需求总和按照该比例值z进行计算，得到新的充电机充电需求a，按照充电需求a根据各个配电变压器最大冗余负荷分为n组，若每一个配电变压器现有负荷减去新分摊的负荷值后仍低于阈值y，则可则实施该方法；反之若仍不低于阈值y，将各配电变压器最大冗余负荷总值按照该比例值z进行计算，在计算配电变压器最大冗余负荷总值时保留一定裕度，得到新的充电机的冗余充电需求b，通过柔性充电堆配合，按照冗余充电需求b根据各个配电变压器最大冗余负荷分将充电机分为n组。

优先分配包含如下步骤：

分别将各充电机按照充电需求从大到小排序，获得充电需求队列；

将各配电变压器按照最大冗余负荷从大到小排序，获得冗余负荷队列；

将冗余负荷队列中最靠前的充电机分配至充电需求队列中最靠前的配电变压器；

当充电需求队列中靠前的配电变压器已达容纳上限时，则分配至后一位的充电需求队列的配电变压器，直到充电需求队列中的末尾均被分配了充电机；

冗余负荷队列中的充电机每次分配完毕后，下一个充电机均需要尝试分配至充电需求队列靠前的配电变压器中，若无法容纳则依次往后尝试分配；

若有任一充电机无法分配合适的配电变压器，则通过柔性充电堆配合，降低充电需求总值，重复前述步骤，直至所有充电机完成分组。

具体的，优先分配是分别将各充电机按照充电需求从大到小排序，该队列为充电需求队列c，并将各配电变压器按照最大冗余负荷从大到小排序，该队列为冗余负荷队列d，依次将d中最前面的充电机分配至c队中最前面的配电变压器，当c队中前面的配电变压器已无法容纳则尝试分配至后面一位的配电变压器，依次直到c队中最后一位；d队中每次分配完毕后下一个充电机均需要尝试分配至最前面仍有冗余空间的配电变压器，若无法容纳则依次向下尝试；若有任一充电机无法分配合适的配电变压器，则通过柔性充电堆配合，降低充电需求总值e至f，f可按比例或均值或固定值设置，重复上述流程，直至所有充电机分配至n组。

如图2所示本发明第二实施例提供一种充电桩群控终端，该群控终端包含，主开关模块，矩阵开关模块和群控器；

所述主开关模块与所述矩阵开关模块分别设置在交流母线两侧，所述主开关模块通过配电变压器连接至高压侧交流母线，所述矩阵开关模块设置在群控终端与柔性充电堆相连的一侧；

所述群控器包含采集单元、控制执行单元和信息融合及决策单元；

所述采集单元用于采集主开关模块和矩阵开关模块开关状态信号以及矩阵控制器反馈的充电机充电功率需求和矩阵控制器的功率分配情况，所述矩阵控制器设置在柔性充电堆内；

所述信息融合及决策单元用于信息融合及决策单元用于融合分析采集单元和控制执行单元反馈的信息，完成主开关模块和矩阵开关模块的动作决策，并下发动作命令至控制执行单元；

所述控制执行单元连接至所述信息融合及决策单元，所述控制执行单元用于执所述动作命令，从而对主控制模块和矩阵开关模块进行开闭控制。

具体地说，本实施例中，交流母线由多组交流导线构成，用于传递交流能量，主开关模块和矩阵开关模块由可控开关器件以及开关支路构成，主开关模块和矩阵开关模块通过可控开关器件与各个开关支路相连，可控开关器件包括接触器或继电器，可控开关器件用于执行控制命令，开关支路用于将开关支路的开关状态信号反馈到采集单元，同时也可以执行控制执行单元所下达的命令。

在前述实施例的基础上，本发明又一个实施例中，群控终端还包含电源转换单元和界面显示单元，所述电源转换单元用于向充电桩智能群控终端各单元和模块供电，所述界面显示单元用于显示群控终端运行状态以及群控终端的人机交互，人机交互包含指令信息录入，历史记录下载等功能。

群控终端还设置有外部接口，所述外部接口用于与电力开关柜和所述柔性充电堆进行信息传递，所述电力开关柜设置在配电变压器的低压侧与主开关模块之间，所述采集单元还用于通过所述外部接口接收所述电力开关柜反馈的电压、电流、功率信号，通过采集电力开关柜反馈的电压、电流、功率信号能够实现更加精准的控制，进一步提高充电机终端利用率。

如图3所示，本发明又一实施例中，结合实际情形对本发明方案进行说明，整套充电桩的群控系统包括了高压侧直流母线、配电变压器、电力开关柜、充电桩群控终端、柔性充电堆、电动汽车。

高压侧交流母线经过配电变压器将电能传输至电力开关柜，电力开关柜中包含有电力开关柜监控终端，该监控终端用于监控电力将开关柜的状态，并且能够将相关的参数上传，电力开关柜连接到充电桩群控终端，群控终端中包含主开关模块，多条的交流母线，其中一个主开关模块对应一条交流母线，交流母线的出线连接至矩阵开关模块，同时主开关模块和矩阵开关模块的开关状态信号均连接至群控器，充电桩群控终端的出线连接至柔性充电堆，柔性充电堆包含依次连接的功率分配区，直流母线和充电终端群，充电终端群接入电动汽车为电动汽车充电，同时柔性充电堆内还设置有矩阵控制器，矩阵控制器将信号也接入到群控器中，从而满足群控器能够采集到柔性充电堆中的充电参数。

在本实施例中，如图3所示，假定配电变压器为n个，对应的充电机模块为m个，充电桩群控终端包括了1个群控器、n条交流母线、n个主开关模块、n*m个矩阵开关模块，n≥1，m≥1。各主开关模块均包括一个输入端口和一个输出端口，各主开关模块输入端口分别与对应的电力开关柜中配电变压器的断路器一侧相连，且各个输出端口分别与对应的交流母线相连；各矩阵开关模块均包括n个输入端口和一个输出端口，各矩阵开关模块的输入端口分别与对应的交流母线相连，且各个输出端口与柔性充电堆中对应的充电机模块相连。各个主开关模块和矩阵开关模块均包括一个可控开关器件以及开关支路，主开关模块和矩阵开关模块通过可控开关器件与各个开关支路相连，可控开关器件包括接触器或继电器。

主开关模块主要选择投入的配电变压器，矩阵开关模块主要选择充电机的分组并接入对应的配电变压器。例如配电变压器有a、b、c三个，充电机有1、2、3、4、5、6号，则主开关模块分别为mk1、mk2、mk3，矩阵开关模块分别为jk11、jk12...jk16、j21、j22...j26、j31、j32...j36，即为矩阵jk，根据动态调配分组为1、2、4号接入a，3、5接入b，6接入c，按照0为断开，1为闭合，根据分组情况，则有：

mk＝[111]

再例如配电变压器有a、b、c三个，充电机有1、2、3、4、5、6号，则主开关模块分别为mk1、mk2、mk3，矩阵开关模块分别为jk11、jk12...jk16、j21、j22...j26、j31、j32...j36，根据动态调配分组为1、2、4、5号接入a，3接入c，配电变压器b不接，充电机6号不接，按照0为断开，1为闭合，根据分组情况，则有：

mk＝[101]

在上述实施例的基础上，主控制模块和矩阵开关模块采用模块化标准设计和批量化生产，这样，有利于产品的标准化，可以实现电力开关柜的输出扩展，系统兼容性强，可有效地降低产品的生产成本和维护成本，且方便安装及维护。

智能群控器通过采用蓝牙、声波、wifi、lte等无线通讯以及plc、rs485、rs232、can等有线通讯中的一种或几种方式与开关柜监控终端、主开关模块、矩阵开光模块、矩阵控制器相连。智能群控器优先采用can通讯总线与主开关模块、矩阵开光模块通讯。智能群控器优先采用rs485与开关柜监控终端、矩阵控制器通讯。

本领域技术人员应能理解，为确保本发明的实施，本发明实施所涉及到的充电桩智能群控终端还可以选择地通讯通道、布线系统、保护装置等一些必要的结构，此外，还可以选择地包括排风设备、电缆桥架、监控系统、报警系统、照明设备、消防系统等，在此不再赘述。

本发明突破大量充电桩接入配电网相互影响约束，实现现有配电网在不增容的情况下大量充电桩的接入，克服配电网增容成本高的问题，进一步提高充电机终端利用率；本发明可广泛应用于充电设施建设和配电网改造。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。