一种基于负荷平衡的充电桩状态预警方法与流程

本发明涉及新能源汽车领域，特别涉及一种基于负荷平衡的充电桩状态预警方法。

背景技术：

1、随着绿色发展的提出以及电池技术的进步，新能源汽车成为替代传统燃油汽车的首要选择，新能源汽车具有零排放、低噪音、高能效等优势，在城市交通可持续性发展方面具有广泛的市场前景，近年来，新能源汽车的数量不断增加，其依赖的充电基础设施的需求也大幅增长，作为提供快速充电服务的充电设备之一，快充充电桩能够显著缩短充电时间、降低用户的用电焦虑，因而，快充充电桩成为新能源汽车在普及过程中不可或缺的技术部分。

2、充电桩作为新型的城市交通基础设施，面对大量新能源汽车的充电需求，充电站必须确保其充电过程的安全和可靠性，然而，受充电桩的集中式布局、充电需求的多变性以及充电桩之间负载分配不均匀等问题的影响，充电站的充电系统在运作过程中可能会频繁出现负载不平衡或电荷过载等现象，进而影响充电站的正常服务以及用户的用电体验，因此，为了提高各个充电桩的利用率和充电站的整体可用性，需要一种高效的充电桩状态预警方法，通过实时监测充电桩的负荷状态和充电效率，及时发现潜在的异常状态信号，减少充电桩可能出现故障的次数，充分保证充电站的运营效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种基于负荷平衡的充电桩状态预警方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

2、本发明提供了一种基于负荷平衡的充电桩状态预警方法，通过数据采集设备获取充电桩的状态数据，记所述状态数据为第一数据，发送第一数据至服务器，在服务器中将第一数据进行衡态转换，将衡态转换后的第一数据记为第二数据，根据第二数据计算落位衡度数据，当落位衡度数据出现失衡特征时，通过服务器发出预警信号。所述方法能够精确地实现充电桩的异常信号预警，无需人工进行手动监控，强调以状态数据的数据特征作为预警信号的发出标准，避免了将数据进行简单比对而致使的异常误报或漏报等情况，同时以动态的方式对潜在的异常信号进行监测和识别，有效降低充电桩出现安全风险的可能性，充分提高充电桩的智能化管理水平。

3、为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种基于负荷平衡的充电桩状态预警方法，所述方法包括以下步骤：

4、s100，通过数据采集设备获取充电桩的状态数据，记所述状态数据为第一数据；

5、s200，发送第一数据至服务器，在服务器中将第一数据进行衡态转换；

6、s300，将衡态转换后的第一数据记为第二数据，根据第二数据计算落位衡度数据；

7、s400，当落位衡度数据出现失衡特征时，通过服务器发出预警信号；

8、其中，数据采集设备与充电桩通过有线方式连接，数据采集设备用于采集及储存充电桩的实时状态数据。

9、进一步，步骤s100中，通过数据采集设备获取充电桩的状态数据，记所述状态数据为第一数据的方法具体为：

10、记充电桩的数量为n，以nod(i)表示n个充电桩中的第i个充电桩，i为序号，i的取值范围为i＝1,2,…,n；设置一个时段t，时段t的长度设置为[1800,3600]秒(即30分钟至60分钟)，在时段t内，通过数据采集设备实时地采集充电桩的输出电压和启动次数，启动次数即用户使用充电桩对新能源汽车进行充电的次数；

11、以volt(i)表示第i个充电桩nod(i)在时段t内的输出电压的总和，以acti(i)表示第i个充电桩nod(i)在时段t内的启动次数的总和，i＝1,2,…,n，则volt(i)＝volt(1),volt(2),…,volt(n)，acti(i)＝acti(1),acti(2),…,acti(n)，以volt(i)和acti(i)作为充电桩的状态数据，将充电桩的状态数据记为第一数据。

12、进一步地，步骤s200中，发送第一数据至服务器，在服务器中将第一数据进行衡态转换的方法具体为：

13、s201，将数据采集设备以无线方式接入服务器，通过数据采集设备将第一数据发送至服务器内，在服务器中，分别创建一个空白数组volt[]和一个空白的数组acti[]，将第一数据的n个值volt(i)全部加入数组volt[]中，将第一数据中的n个值acti(i)全部加入数组acti[]中，i＝1,2,…,n，则volt(i)表示数组volt[]中的第i个元素，acti(i)表示数组acti[]中的第i个元素，定义volt(0)＝0，volt(n+1)＝0(防止计算p1、p2时的数组数据溢出)；

14、设置一个变量j，变量j的取值范围与序号i的取值范围相同，以volt(j)表示数组volt[]中的第j个元素，以acti(j)表示数组acti[]中的第j个元素，volt(j)、acti(j)的值随变量j的值变化而变化，从变量j＝1开始遍历变量j，初始化一个初值ped＝0，创建一个空白的数组ped[]，转至s202；

15、s202，创建一个空白的数组gumj[]，将数组acti[]中的n1个值acti(j+1),acti(j+2),…,acti(n)加入到数组gumj[]中，记c0(j)为数组gumj[]内所有元素的平均值，将acti(j)的值和c0(j)的值进行比较；

16、其中，n1＝n-j，acti(j+1)表示acti(j)在数组acti[]中的后一个元素，acti(j+2)表示acti(j+1)在数组acti[]中的后一个元素，acti(n)表示数组acti[]中的最后一个元素；

17、如果acti(j)的值小于c0(j)的值，则将ped的值更新为当前p1的值；如果acti(j)的值大于或等于c0(j)的值，则将ped的值更新为当前p2的值；

18、其中，p1＝volt(j)/acti(j)，p2＝[|volt(j)-volt(j-1)|+|volt(j+1)-volt(j)|]/(2*acti(j))；

19、将ped的值加入数组ped[]中，转至s203；

20、s203，如果当前变量j的值小于n-1，则将变量j的值增加1，并转至s202；如果当前变量j的值等于或大于n-1，则转至s204；

21、s204，将n-1个数组gum1[],gum2[],…,gumn-1[]组成第一数组序列seq<gumj[],n-1>。

22、本步骤的有益效果为：由于数据采集设备在采集充电桩的状态数据过程中存在噪声干扰、信号衰减等问题，导致采集到的数据质量偏低，无法准确地反映充电桩在时段t内的真实状态，本步骤的方法通过将第一数据进行衡态转换，完成衡态转换后的第一数据在数据特征表现上更为稳定，同时确保了数据的一致性，在后续的预警分析中进一步地提高数据的可靠性和可解释性。

23、进一步地，步骤s300中，将衡态转换后的第一数据记为第二数据，根据第二数据计算落位衡度数据的方法具体为：以第一数组序列seq<gumj[],n-1>中的n-1个数组作为第二数据，以gumx[]代表第二数据中的第x个数组，x为序号，x的取值范围为x＝1,2,…,n-1，以ped(x)表示数组ped[]中的第x个元素，数组ped[]的长度和第一数组序列的长度相同，都为n-1，创建超压负荷数组vir[]，以vir(x)表示数组vir[]中的第x个元素，vir(x)的计算方法如下：

24、

25、式中，x＝1,2,…,n-1，c0(x)为第二数据的第x个数组gumx[]内所有元素的平均值，int[c0(x)]表示对c0(x)进行向上取整，max(gumx[])表示gumx[]内元素值最大的元素；

26、记vir(n)＝vir(n-1)+1，vir(n-1)为数组vir[]中的第n-1个元素，将vir(n)加入数组vir[]的尾部，则加入了元素vir(n)的数组vir[]的长度为n，以vir(i)表示数组vir[]中的第i个元素；

27、以cschpeak(nod(i))作为落位衡度数据，cschpeak(nod(i))的计算方法如下：

28、cschpeak(nod(i))＝abs{volt(i)-volt(i)2·ln[1+vir(i)·volt(i)]}；

29、式中，i＝1,2,…,n，abs{}表示对括号{}内的数取绝对值；

30、则cschpeak(nod(i))＝cschpeak(nod(1)),cschpeak(nod(2)),…,cschpeak(nod(n))。

31、本步骤的有益效果为：由于充电站的电力总负荷存在上限，当充电桩在短时间内被大量用户同时使用时，容易造成充电站电力系统的负荷过载，引起电力系统负荷过载或供电出现波动等问题，本步骤的方法通过记录充电桩的实时电压负载以及启动次数，利用这部分数据中反应供电压力的数据特征计算得到落位衡度数据，落位衡度数据反映了充电桩在最近时段的负荷情况和供电压力，利用落位衡度数据对充电桩的供电需求进行预测和优化，同时采取相应的措施来避免或减轻电力系统负荷过载，能够及时避免充电站电力系统出现严重过载等问题，以基于落位衡度数据去发出预警信号，充分提高了充电站的电力系统的稳定性和高效性。

32、进一步地，步骤s400中，当落位衡度数据出现失衡特征时，通过服务器发出预警信号的方法具体为：

33、创建一个空白的数组csch[]；

34、将落位衡度数据cschpeak(nod(1)),cschpeak(nod(2)),…,cschpeak(nod(n))全部加入数组csch[]中，以csch(i)表示数组csch[]中的第i个元素，i为序号，i＝1,2,…,n，以cscha表示数组csch[]中所有元素的均值，创建一个空白的数组c2[]，将数组csch[]中元素值大于cscha的元素全部加入数组c2[]中，以n2表示数组c2[]的长度；

35、如果n2的值大于n/2，则通过服务器发出预警信号至监控员的移动终端。

36、本步骤的有益效果为：通过实时监测和检测电力系统负荷失衡情况，并及时利用落位衡度数据的数据特征，通过服务器发出预警信号至监控员的移动终端，以提醒监控员注意电力系统的运行状态和采取相应的措施，如降低负载、平衡负荷分配等，进而确保电力系统的稳定运行以及避免电力系统负荷过载。

37、可选地，通过服务器发出预警信号至监控员的移动终端的方法具体为：通过服务器向监控员的移动终端发送一封邮件，邮件内容包括当前邮件的发送时间以及预警值w0＝n2-n/2。

38、由于不同充电桩的供电需求和使用频率存在差异，简单地以cscha作为判断失衡特征是否出现的基准往往会导致预警不准确，未能够充分地综合所有充电桩的数据特征从而影响预警信号的准确率，为解决该问题，当落位衡度数据出现失衡特征时，通过服务器发出预警信号的方法还可以为：

39、s401，创建一个空白的数组csch[]；

40、将落位衡度数据cschpeak(nod(1)),cschpeak(nod(2)),…,cschpeak(nod(n))全部加入数组csch[]中，以csch(i)表示数组csch[]中的第i个元素，i为序号，i＝1,2,…,n，以cscha表示数组csch[]中所有元素的均值，分别创建一个空白的数组c1[]和一个空白的数组c2[]，将数组csch[]中元素值小于cscha的元素全部加入数组c1[]中，将数组csch[]中元素值大于cscha的元素全部加入数组c2[]中，以n1表示数组c1[]的长度，以n2表示数组c2[]的长度；

41、设置一个变量j，变量j的取值范围与序号i的取值范围相同，以csch(j)表示变量j在数组csch[]所对应的第j个元素，设置变量r＝0，创建一个空白的数组se[]，从j＝1开始遍历变量j，转至s402；

42、s402，如果n1<n2，则将交叉截点poi的值记为poi＝int[ave(c2[])/max(c1[])，并转至s403；如果n1>n2，则将交叉截点poi的值记为poi＝int[ave(c1[])/min(c2[])]，并转至s408；

43、s403，比较csch(j)的值和cscha的值，如果csch(j)<cscha，则转至s404；

44、如果csch(j)>cscha，则将r的值增加1，并转至s405；

45、s404，如果当前变量j的值小于n，则将j的值增加1，并转至s403；如果当前变量j的值等于或大于n，则转至s407；

46、s405，如果r的值小于poi，则转至s404；如果r的值大于或等于poi，则转至s406；

47、s406，将当前变量j的值加入数组se[]中，并将变量j的值增加1，转至s403；

48、s407，保存数组se[]，以se(y)表示数组se[]中的第y个元素，y＝1,2,…,ns，ns为数组se[]的长度，转至s412；

49、s408，比较csch(j)的值和cscha的值，如果csch(j)>cscha，则转至s409；

50、如果csch(j)<cscha，则将r的值增加1，并转至s410；

51、s409，将当前变量j的值加入数组se[]中，转至s411；

52、s410，如果r的值小于n-poi，则转至s411；如果r的值等于或大于n-poi，则转至s409；

53、s411，如果当前变量j的值小于n，则将变量j的值增加1，并转至s408；如果当前变量j的值大于或等于n，转至s407；

54、s412，如果ns的值大于n/poi，则通过服务器发出预警信号至监控员的移动终端。

55、本步骤的有益效果为：在充电桩的实际使用过程中，能够根据不同充电桩的供电需求和使用频率的差异，实现更精细化的预警信号发出，减少误报的情况，同时增加了预警系统的准确性，通过更精确化的预警方式，能够更为有效地识别出可能存在问题的充电桩，从而提前进行维护或者替换，避免了因为充电桩出现故障而导致的不必要的损失，还能够减少人工干预，降低运营成本，有利于充电桩系统的长期稳定运行。

56、本发明的有益效果为：所述方法能够精确地实现充电桩的异常信号预警，无需人工进行手动监控，强调以状态数据的数据特征作为预警信号的发出标准，避免了将数据进行简单比对而致使的异常误报或漏报等情况，同时以动态的方式对潜在的异常信号进行监测和识别，有效降低充电桩出现安全风险的可能性，充分提高充电桩的智能化管理水平。