一种充电桩的智能配电系统及方法与流程

本发明涉及自动配电技术领域，具体涉及一种充电桩的智能配电系统及方法。

背景技术：

发展以电动汽车为代表的新能源汽车是当下社会非常明确的产业发展方向，新能源汽车采用非常规的车用燃料作为动力来源，例如车载蓄电池等，此类新能源汽车都配有充电桩，但是充电桩在区域电网的装配是需要解决的最重要的问题。

现阶段，小区、社区、停车场等停车较多的场所还未建立专用语新能源汽车的配电网，在现有的配电网基础上增加充电桩，极容易增加甚至超出配电网的负荷，以下以小区为例：

在小区的车位配置充电桩的会在相对集中的时间段内给小区电网造成巨大的用电负荷，现有已成型的小区在设计时并没有考虑到这部分的负荷，因此现阶段在小区内大规模建设充电桩是不可行且具有相当大危险性的，从一定程度上进一步影响了新能源汽车的购买意愿。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种充电桩的智能配电系统及方法，以解决现有技术中在小区的车位配置充电桩的会在相对集中的时间段内给小区电网造成巨大的用电负荷，现有已成型的小区在设计时并没有考虑到这部分的负荷，因此现阶段在小区内大规模建设充电桩是不可行且具有相当大危险性的，从一定程度上进一步影响了新能源汽车的购买意愿的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

本发明提供了一种充电桩的智能配电系统，包括：

电网用电监控模块，用于获取并提供区域电网的用电负荷分布信息；

充电总控制模块，所述充电总控制模块连接所述电网用电监控模块并接收所述用电负荷分布信息；

充电桩数据采集模块，每个与所述区域电网连接的充电桩均配置一个所述充电桩数据采集模块，所述充电桩数据采集模块连接至所述充电总控制模块，所述充电桩数据采集模块用于实时采集获取所述充电桩的充电需求信息并输送至所述充电总控制模块；

充电桩控制模块，每个与所述区域电网连接的充电桩均配置一个所述充电桩控制模块，所有的所述充电桩控制模块均连接至所述充电总控制模块；

所述充电总控制模块对接收到的所述用电负荷分布信息和所述充电桩的所述充电需求信息进行分析处理和比对，以进一步控制所述充电桩控制模块实现对所述充电桩的工作状态及工作参数的控制和调整。

作为本发明的一种优选方案，所述区域电网为小区电网、社区电网、车库电网中任意一种或几种；所述充电桩的所述充电需求信息包括预约时间、充电状态、充电电流、充电功率、车辆型号和实时现存电量；所述充电桩的工作状态包括开启状态、待机状态和关闭状态；所述充电桩的工作参数包括输出充电电流和运行功率。

作为本发明的一种优选方案，还包括：

管理终端，连接于所述充电总控制模块，所述管理终端供所述区域电网的管理工作人员使用，且所述充电总控制模块接收所述管理终端的操作指令，所述管理终端用于管理工作人员操作获取与所述区域电网连接的所有充电桩的工作状态和工作参数及发送操作指令；

用户终端，连接于所述充电桩控制模块，所述用户终端供所有被充电车辆的所有者使用，且所述充电桩控制模块接收所述用户终端的操作指令，所述用户终端用于实时获取被充电车辆的充电情况及发送操作指令。

作为本发明的一种优选方案，还包括充电预约模块，所述充电预约模块连接于所述用户终端和所述充电桩控制模块，用户通过所述用户终端操作所述充电预约模块以实现被充电车辆的远程预约充电功能。

作为本发明的一种优选方案，所述电网用电监控模块包括：

用电设备信息采集模块，用于实时采集所述区域电网内各用电设备的用电信息；

用电设备信息存储模块，用于储存所述用电设备信息采集模块采集的所述用电信息；

负荷预测管理模块，用于依据所述用电设备信息存储模块存储的历史用电信息在不同时间点或时间段的规律，对所述区域电网的用电负荷进行预测，得到负荷-时间关系曲线，所述负荷预测管理模块进一步依据所述负荷-时间关系曲线计算获取电网负载余量-时间关系曲线，以获取未来每一个时间点或每一个时间段的预测电网负载余量；所述负荷预测管理模块连接于所述充电总控制模块并实时将所述预测电网负载余量传输至所述充电总控制模块，其中，

所述充电总控制模块依据所述充电桩控制模块接收到的所述充电桩的所述充电需求信息实时计算并获取当前时间点或时间段的充电桩总需求；且所述充电总控制模块通过将同一时间点或时间段的所述充电桩总需求与所述预测电网负载余量进行比对，以决策该时间点或时间段下充电桩的实际工作数量和延后工作数量。

另外，本发明还提供了一种基于上述系统的充电桩智能配电方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100、对区域电网的用电负荷进行实时监控，并获取区域电网的负荷-时间关系曲线，依据负荷-时间关系曲线获取未来每一个时间点或每一个时间段的预测电网负载余量；

步骤200、配置一个依据所述区域电网的所述负荷-时间关系曲线来调控管理与所述区域电网连接的所有充电桩的充电总控制模块，且每个所述充电桩在所述充电总控制模块内存储有唯一的执行编码；

步骤300、对每个充电桩配置一个用于采集充电桩的充电需求信息的充电桩数据采集模块和一个用于控制调整充电桩工作状态及工作参数的充电桩控制模块，且所有充电桩的充电桩控制模块和所述充电桩数据采集模块均配置连接于充电总控制模块，所述充电总控制模块根据所有的所述充电需求信息实时计算获取当前同一时间点或时间段的充电桩总需求；

步骤400、所述充电总控制模块将同一时间点或时间段的所述充电桩总需求与所述预测电网负载余量进行比对，以决策该时间点或时间段下充电桩的实际工作数量和延后工作数量。

作为本发明的一种优选方案，所述区域电网内的充电桩总需求判断方法包括：

设定充电桩工作状态包括即时充电状态和预约时间充电状态；设定充电桩工作参数包括预约充电时长、车辆已充电量和取车设定时间点；

所述即时充电状态表示车辆接入充电桩的时间点或时间段即计算增加充电桩需求；所述预约时间充电状态表示预约充电起始时间点或时间段即计算增加充电桩需求；所述预约充电时长表示预约结束时间点或时间段即计算减少充电桩需求；所述车辆已充电量为满状态时即计算减少充电桩需求；所述取车设定时间点或时间段表示该时间点或时间段计算减少充电桩需求；

在时间轴上每个时间点或时间段的所述区域电网内的所述充电桩总需求即为即为增加的充电桩需求和减少的充电桩需求的加减运算结果。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤400还包括对实际工作和延后工作的充电桩的执行方法：

当某个时间点或时间段的充电桩总需求大于预测电网负载余量时，选择部分充电桩延后执行充电工作，且随时间推移，当充电桩总需求变为小于电网负载余量时，则恢复延后执行充电工作的充电桩；

所述延后工作的充电桩的选择依据该时间点所有需要执行充电工作的充电桩接入被充电车辆的时间顺序。

作为本发明的一种优选方案，还包括对延后执行充电工作的充电桩的判定方法：检测并获取被充电车辆的接入充电桩时的实时现存电量，并依据被充电车辆的信息预估该被充电车辆达到满状态电量所需要的充电时长；

依据区域电网的负荷-时间关系曲线预估充电桩总需求的高峰时间段内能够完成所有被充电车辆满状态电量的结束时间节点；

依据用户设定取车的时间点或时间段，在所述高峰时间段内对被充电车辆接入的充电桩按照取车时间点或时间段的倒序依次延后执行充电工作。

作为本发明的一种优选方案，在充电总控制模块中设定有用于均衡所述高峰时间段内每一个被充电车辆的所述充电需求信息的充电暂停阈值，并对每个接入充电桩的被充电车辆的所述实时现存电量进行监控；

当所述高峰时间段内充电桩总需求大于电网负载余量时，在所述被充电车辆的实时现存电量达到所述充电暂停阈值时，关闭该充电桩的充电功能，而打开处于延后执行充电工作状态下的充电桩；

当所有充电桩的实时现存电量均达到所述充电暂停阈值时，则按照原定的规则对所有充电桩按顺序执行充电工作，直至充满；

在该特定时间段之后的时间推移过程中，若实时更新的充电桩总需求变为小于电网负载余量时，则恢复所有被需求的充电桩的充电功能。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

本发明能够对区域电网的用电负荷进行监控，并获取区域电网不同时间段的电网负载余量，从而利用区域电网负载余量来调控充电桩的实际充电工作，进而避免引发区域电网的超载运行及安全事故。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例提供智能配电系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，针对新能源汽车的实际应用，本发明提供了一种充电桩的智能配电系统，具体用于解决新能源汽车的充电需求以及安全需求，具体包括以下几个部分：电网用电监控模块、充电总控制模块、充电桩数据采集模块和充电桩控制模块。

电网用电监控模块用于获取并提供区域电网的用电负荷分布信息，其中，区域电网为小区电网、社区电网、车库电网但不局限于这几种，尤其针对现有电网已成型的集体区域，无法或很难通过改造电网来实现充电桩的加入；

所述充电总控制模块连接所述电网用电监控模块并接收所述用电负荷分布信息；每个与所述区域电网连接的充电桩均配置一个所述充电桩数据采集模块，所述充电桩数据采集模块连接至所述充电总控制模块，所述充电桩数据采集模块用于实时采集获取所述充电桩的充电需求信息并输送至所述充电总控制模块；每个与所述区域电网连接的充电桩均配置一个所述充电桩控制模块，所有的所述充电桩控制模块均连接至所述充电总控制模块；所述充电总控制模块对接收到的所述用电负荷分布信息和所述充电桩的所述充电需求信息进行分析处理和比对，以进一步控制所述充电桩控制模块实现对所述充电桩的工作状态及工作参数的控制和调整。

本实施的关键思想在于对现有成型的区域电网进行电负荷监控，在用电高峰期限制充电桩的使用，在用电低峰期合理安排充电桩的使用，从而利用区域电网电网负载余量来调控充电桩的实际充电工作，进而避免引发区域电网的超载运行及安全事故。

实际情况中，根据人的生活习惯，以小区为例，分为以下几种情况：

以天为单位，用电高峰期一般在傍晚至夜间，例如18:00至24:00；

以周为单位，一般在周五晚上、周六和周日晚上会比平常用电需求要略大，而且时间节点会提前(例如17:00至23:00)；

以年为单位，还存在节假日、气候的差异(尤其是冬季和夏季)。

本实施例提供的方法适用于任何情况，只需要针对性调整系统的执行参数即可，在此基础上，能够尽可能的利用区域电网的低谷期来给新能源汽车进行充电，可以在不增加小区电网压力的情况下给电动汽车用户提供较大的方便。相较于人为判断和控制，更精准以及更能充分利用区域电网的负荷能力，较为饱满的自动控制充电桩的工作。

为了尽可能的满足用户的需求，该系统在运行时需要综合考虑用户的各项需求以均衡合理的安排充电桩的工作状态。

对此，该系统中对充电桩的所述充电需求信息的设置包括但不限于预约时间、充电状态、充电电流、充电功率、车辆型号和实时现存电量；对充电桩的工作状态的设置包括但不限于开启状态、待机状态和关闭状态；对充电桩的工作参数的设置包括但不限于输出充电电流和运行功率。

基于上述系统，运用实际中时，一般需要管理终端和用户终端，但是对于管理终端和用户终端的功能设定具有一定的要求，其中，管理终端连接于所述充电总控制模块，所述管理终端供所述区域电网的管理工作人员使用，且所述充电总控制模块接收所述管理终端的操作指令，所述管理终端用于管理工作人员操作获取与所述区域电网连接的所有充电桩的工作状态和工作参数及发送操作指令；用户终端连接于所述充电桩控制模块，所述用户终端供所有被充电车辆的所有者使用，且所述充电桩控制模块接收所述用户终端的操作指令，所述用户终端用于实时获取被充电车辆的充电情况及发送操作指令。管理终端的操作指令一般包括应急关闭充电桩等，用户终端的操作指令一般包括预约时间，付费操作、取车时间等。

由于区域电网中充电桩在特定时间段内被需求的量不可控，用户对下次用车时间的需求不同，因此，在该系统中还还设置充电预约模块，所述充电预约模块连接于所述用户终端和所述充电桩控制模块，用户通过所述用户终端操作所述充电预约模块以实现被充电车辆的远程预约充电功能。

落实到实际情况中，对充电预约模块可以做出明确的要求，例如计费方式的不同，以避免用户泛滥的使用充电预约模块。

本实施例的系统主要基于对电网负载余量和充电桩总需求的关系而实现，但电网接入的负载的种类繁多而且变化因素太大，数据量庞大，其电网负载余量难以实时计算，而充电桩设备唯一，且为智能设备，其充电桩总需求是直接可以实时计算，因此，对电网用电监控模块作出如下改进，其包括：

用电设备信息采集模块，用于实时采集所述区域电网内各用电设备的用电信息，以不断获取历史数据作为未来预测的依据；

用电设备信息存储模块，用于储存所述用电设备信息采集模块采集的所述用电信息；

负荷预测管理模块，用于依据所述用电设备信息存储模块存储的历史用电信息在不同时间点或时间段的规律，对所述区域电网的用电负荷进行预测，得到负荷-时间关系曲线，所述负荷预测管理模块进一步依据所述负荷-时间关系曲线计算获取电网负载余量-时间关系曲线，以获取未来每一个时间点或每一个时间段的预测电网负载余量；所述负荷预测管理模块连接于所述充电总控制模块并实时将所述预测电网负载余量传输至所述充电总控制模块，其中，

所述充电总控制模块依据所述充电桩控制模块接收到的所述充电桩的所述充电需求信息实时计算并获取当前时间点或时间段的充电桩总需求；且所述充电总控制模块通过将同一时间点或时间段的所述充电桩总需求与所述预测电网负载余量进行比对，以决策该时间点或时间段下充电桩的实际工作数量和延后工作数量。在本实施例中，对预测电网负载余量的判断周期以季节为大运行单位，在大运行单位下以周为小运行单位，并在特定节假日等特殊用电高峰期降低充电桩能够使用的预测电网负载余量(例如百分之80)，其中对季节的划分可以根据实际的气候的情况进行重新划分。

本实施例中的历史用电信息的数据为了更加精准，会不断依据新获取的数据，不断更新迭代，以获取最能够预估未来数据的信息。

以下，为了均衡用户在高峰时间段内的充电需求，以下结合系统进一步提供一种充电桩智能配电方法，具体包括如下步骤：

步骤100、对区域电网的用电负荷进行实时监控，并获取区域电网的负荷-时间关系曲线，依据负荷-时间关系曲线获取未来每一个时间点或每一个时间段的预测电网负载余量；

步骤200、配置一个依据所述区域电网的所述负荷-时间关系曲线来调控管理与所述区域电网连接的所有充电桩的充电总控制模块，且每个所述充电桩在所述充电总控制模块内存储有唯一的执行编码；

步骤300、对每个充电桩配置一个用于采集充电桩的充电需求信息的充电桩数据采集模块和一个用于控制调整充电桩工作状态及工作参数的充电桩控制模块，且所有充电桩的充电桩控制模块和所述充电桩数据采集模块均配置连接于充电总控制模块，所述充电总控制模块根据所有的所述充电需求信息实时计算获取当前同一时间点或时间段的充电桩总需求；

步骤400、所述充电总控制模块将同一时间点或时间段的所述充电桩总需求与所述预测电网负载余量进行比对，以决策该时间点或时间段下充电桩的实际工作数量和延后工作数量。

一般情况下，上述所表达的同一时间点或时间段指代充电桩的高需求时间段，实际中，一般充电桩的需求时间段为傍晚至第二天上班时间段，例如：18:00至7:00。由于电网负荷的高峰期在于18:00-24:00；低谷期一般在24:00以后，因此，在前一个时间段内一般尽可能控制少的充电桩工作(优先需求级别高)，在后一个时间段内尽可能利用电网负载余量。

其中，区域电网内的充电桩总需求判断方法包括：

设定充电桩工作状态包括即时充电状态和预约时间充电状态；设定充电桩工作参数包括预约充电时长、车辆已充电量和取车设定时间点；

所述即时充电状态表示车辆接入充电桩的时间点或时间段即计算增加充电桩需求；所述预约时间充电状态表示预约充电起始时间点或时间段即计算增加充电桩需求；所述预约充电时长表示预约结束时间点或时间段即计算减少充电桩需求；所述车辆已充电量为满状态时即计算减少充电桩需求；所述取车设定时间点或时间段表示该时间点或时间段计算减少充电桩需求；

在时间轴上每个时间点或时间段的所述区域电网内的所述充电桩总需求即为即为增加的充电桩需求和减少的充电桩需求的加减运算结果。

为了能够有效的保障电网的安全性，避免超负荷，步骤400还包括对实际工作和延后工作的充电桩的执行方法：

当某个时间点或时间段的充电桩总需求大于预测电网负载余量时，选择部分充电桩延后执行充电工作，且随时间推移，当充电桩总需求变为小于电网负载余量时，则恢复延后执行充电工作的充电桩；

所述延后工作的充电桩的选择依据该时间点所有需要执行充电工作的充电桩接入被充电车辆的时间顺序。

对延后执行充电工作的充电桩的判定方法：检测并获取被充电车辆的接入充电桩时的实时现存电量，并依据被充电车辆的信息预估该被充电车辆达到满状态电量所需要的充电时长；

依据区域电网的负荷-时间关系曲线预估充电桩总需求的高峰时间段内能够完成所有被充电车辆满状态电量的结束时间节点；

依据用户设定取车的时间点或时间段，在所述高峰时间段内对被充电车辆接入的充电桩按照取车时间点或时间段的倒序依次延后执行充电工作。

通过该方法可以避免同一时间段内过多的充电桩工作，并且依据实时计算的充电桩总需求，在车辆已充满电时，充电桩总需求自然减少，则能够陆续提高实际工作的充电桩数量，进而依据电网负载余量和变动的充电桩总需求之间的关系，实现对电网动态负载余量的充分运用。

上述执行方法虽然能够实现对电网动态负载余量的充分运用以及保障电网安全，但是也有可能在某一天的整个时间段(例如：18:00-7:00)充电桩需求一直处于大于电网负载余量的情况。

对此，为了尽可能的考虑用户对汽车的使用情况，尽可能的在同一天内满足所有车辆的充电需求，以下进一步提供一种处理方法：

在充电总控制模块中设定有用于均衡所述高峰时间段内每一个被充电车辆的所述充电需求信息的充电暂停阈值，并对每个接入充电桩的被充电车辆的所述实时现存电量进行监控；

当所述高峰时间段内充电桩总需求大于电网负载余量时，在所述被充电车辆的实时现存电量达到所述充电暂停阈值时，关闭该充电桩的充电功能，而打开处于延后执行充电工作状态下的充电桩；

当所有充电桩的实时现存电量均达到所述充电暂停阈值时，则按照原定的规则对所有充电桩按顺序执行充电工作，直至充满；

在该特定时间段之后的时间推移过程中，若实时更新的充电桩总需求变为小于电网负载余量时，则恢复所有被需求的充电桩的充电功能。

通过该处理方法，能够在特殊情况下，尽可能保障所有车辆的充电需求，结果大致为：所有的充电桩全部达到充电暂停阈值对应的电量，其中部分充电桩充满，对于充电暂停阈值的要求是至少保障车辆能够正常满足使用，一般电量要求不低于满电量的百分之70。

综上，本发明通过对区域电网的用电负荷进行监控，并获取区域电网不同时间段的预测电网负载余量，从而利用区域电网负载余量和实际充电桩总需求来调控充电桩的实际充电工作，进而避免引发区域电网的超载运行及安全事故。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。