本发明涉及快速充电站配电，更具体的说是涉及快速充电站智能负载均衡节能控制系统及方法。
背景技术：
1、在当今社会，电动两轮车和电动三轮车凭借其便捷性、经济性，已然成为城市短途出行的关键交通工具。然而，随着保有量的迅猛增长，快速充电站的需求也日益凸显。传统的快速充电站在面对大量电动两轮车和三轮车集中充电时，常常出现负载不均衡的状况。部分换电柜因接入过多车辆，导致过载运行，不仅存在安全隐患，还会降低设备使用寿命；而部分换电柜却处于闲置状态，造成资源浪费。这种不合理的负载分布，使得整体充电效率低下，耗电量增加。加之电力成本的增加，如何实现快速充电站的智能负载均衡与节能控制，成为亟待解决的重要课题。
2、公开号为cn118300263a的专利申请公开了一种智慧节能管理方法、装置及存储介质，最大限度的利用太阳能实现储能系统、快速充电站和电网系统的动态平衡。能源管理系统ems不仅满足电动汽车的充电需求，通过计算实现平滑的负载均衡从而实现有效的电力分配，从而提高了快速充电站太阳能和储能系统的利用率。此外，通过不同时间段的控制策略利用储能系统和能源管理系统ems实现实时的电力调度，从而进一步降低了快速充电站的电力成本。但它对换电柜和车辆充电过程中的异常情况监测不够全面和及时，无法提前精准预测负载不均衡趋势，导致在异常情况发生时不能快速响应并有效处理，影响快速充电站的稳定运行；功率分配方案缺乏动态调整机制，难以根据换电柜故障、新车辆接入以及电网供电能力变化等实时状况灵活优化，易造成部分换电柜功率分配不合理，影响车辆充电效率和用户体验；用户引导策略不完善，不能为待充电车辆提供全面、实时且个性化的换电柜信息，导致用户在选择换电柜时缺乏有效参考，降低了用户满意度；储能模块充放电控制不够精细，未能充分结合电网负荷和储能电池的实时状态进行动态调整，无法最大化发挥储能系统的削峰填谷和负荷均衡作用，能源利用效率仍有提升空间问题，因此，为了克服这些局限，本发明提出了快速充电站智能负载均衡节能控制系统及方法。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供快速充电站智能负载均衡节能控制系统及方法，解决了对换电柜和车辆充电异常情况监测不全面、不及时、无法精准预测负载不均衡趋势、功率分配方案缺乏动态调整、用户引导策略不完善、储能模块充放电控制不精细，进而导致快速充电站运行稳定性、车辆充电效率、用户体验及能源利用效率受影响的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
3、一种快速充电站智能负载均衡节能控制系统，其包括监测模块、控制模块、充电模块和储能模块；
4、监测模块基于快速充电站中每个换电柜的运行数据与每个换电柜正在充电的车辆电池数据，监测换电柜和车辆充电过程中的异常情况，并进行负载不均衡趋势预测，判断快速充电站是否存在潜在不均衡趋势；
5、控制模块用于当监测到快速充电站存在潜在不均衡趋势时，根据换电柜实时运行数据与车辆电池数据，构建功率分配模型，获取换电柜的功率分配方案，调整换电柜功率分配，向换电柜发送功率分配指令，并设定动态调整功率分配方案的触发条件，更新功率分配模型，动态调整换电柜功率分配；
6、充电模块根据接收的功率分配指令，调整换电柜输出功率，并根据当前功率分配方案，制定用户引导策略，为待充电车辆提供实时的换电柜空闲信息、预计等待时间和推荐换电柜；
7、储能模块基于快速充电站电网负荷数据以及储能电池的荷电状态，对储能电池的充放电过程进行动态调整，在电网负荷低谷时段，对储能电池进行充电，在电网高峰时段或快速充电站负载过高时，根据功率分配方案，智能分配储能电池的放电功率。
8、具体地，判断快速充电站是否存在潜在不均衡趋势的具体步骤包括：
9、配置快速充电站内每个换电柜的初始负载阈值，设定评估周期，每经过一次评估周期，对每个换电柜的初始负载阈值进行更新，获取初始负载阈值更新后的目标负载阈值；
10、实时获取每个换电柜的运行负载数据，与所在时段的目标负载阈值进行对比，并结合同时段换电柜的平均运行负载数据，计算负载差异度；
11、配置负载阈值，若换电柜的负载差异度大于负载阈值，则进行负载异常监测，获取换电柜的负载差异度大于负载阈值时的时间戳，统计换电柜的负载差异度大于负载阈值的持续时长；
12、配置负载异常阈值，若换电柜的负载差异度大于负载阈值的持续时长大于负载异常阈值，则将该换电柜标记为异常换电柜，判定快速充电站存在潜在不均衡趋势。
13、具体地，目标负载阈值的获取步骤包括：
14、配置评估阈值，根据评估阈值，筛选距当前评估周期评估阈值内的换电柜的历史运行负载数据；
15、对历史运行负载数据按照每日时段进行划分，并获取每个时段的历史平均运行负载数据；
16、运用时间序列分析方法，对评估阈值内每个时段的历史平均运行负载数据进行拟合，以获取负载预测模型；
17、采用拟合后的负载预测模型对下一个评估周期的每个时段的平均运行负载数据进行预测，获取换电柜的预测运行负载数据；
18、计算评估阈值内每个时段历史平均运行负载数据的标准差，根据统计原理，获取预测运行负载数据的上限值，作为目标负载阈值。
19、具体地，获取换电柜的功率分配方案的具体步骤包括：
20、获取快速充电站内所有换电柜的实时运行数据，以及正在充电车辆的电池数据，构建功率分配模型，定义决策变量，用于表示第个换电柜在第时刻的功率输出；
21、以快速充电站内所有换电柜负载为目标函数，即目标函数为最小化所有换电柜运行负载数据的标准差；
22、根据换电柜额定功率限制、电网功率限制、换电柜车辆充电需求约束和整数变量约束，设定目标函数约束条件。
23、具体地，获取换电柜的功率分配方案的具体步骤还包括：
24、换电柜额定功率限制为：每个换电柜的功率输出不超过其额定功率；
25、电网功率限制为：所有换电柜功率输出之和不超过快速充电站电网的供电能力；
26、根据车辆电池的安全充电范围，设定车辆充电需求约束，包括基础电量约束和电池特性约束；
27、基础电量约束为设定换电柜充电功率需满足在车辆期望充电时间内达到期望电量；
28、电池特性约束为设定换电柜功率不能超过电池允许的最大充电功率；
29、整数变量约束为：将决策变量设定为整数变量；
30、通过分支定界法，对功率分配模型进行求解，将目标函数分解为多个子问题，并对每个子问题解空间进行界定，逐步缩小搜索范围，获取目标函数最优解；
31、根据目标函数最优解，生成快速充电站各换电柜的功率分配方案，并通过通信接口将功率分配指令发送到每个换电柜，换电柜接收到指令后，按照分配的功率进行充电操作。
32、具体地，动态调整功率分配方案的具体步骤包括：
33、设定动态调整的触发条件，当满足以下条件之一时，触发功率分配方案的调整：换电柜出现故障、功率分配方案不满足新接入车辆充电需求和快速充电站电网的供电能力发生变化；
34、对快速充电站进行触发条件监测，当监测到快速充电站触发了功率分配方案调整时，根据触发条件，更新功率分配模型的相关数据；
35、基于更新后的功率分配模型的相关数据，对功率分配模型进行重构，重新设定功率分配模型的约束条件；
36、对重构后的功率分配模型进行优化迭代求解，重新生成快速充电站各换电柜的功率分配方案。
37、具体地，对快速充电站进行触发条件监测的具体步骤包括：
38、当监测到换电柜的运行数据存在异常情况时，包括换电柜电流异常、换电柜电压异常和换电柜温度异常，则判定为换电柜出现故障，触发功率分配方案调整；
39、当监测到车辆接入换电柜时，通过充电通信接口，获取车辆电池信息，同时获取期望电量和期望充电时间，计算新接入车辆所需的充电功率；
40、判断当前功率分配方案是否满足新接入车辆充电需求，若不能满足，则判定为功率分配方案不满足新接入车辆充电需求，触发功率分配方案调整，否则不进行任何操作；
41、实时获取快速充电站电网的工作电流和工作电压，设定电网工作电流波动阈值与工作电压波动阈值，配置波动监测周期，当每经过一个波动监测周期，计算波动监测周期内快速充电站电网的工作电流波动幅度和工作电压波动幅度；
42、若工作电流波动幅度大于电网工作电流波动阈值或者工作电压波动幅度大于工作电压波动阈值，则判定快速充电站电网的供电能力发生变化，触发功率分配方案调整，否则不进行任何操作。
43、具体地，制定用户引导策略的具体步骤包括：
44、获取每个换电柜的运行数据与每个换电柜正在充电的车辆电池数据，以计算每个换电柜正在充电的车辆的预计充电时长，并获取每个换电柜的实时状态数据，包括是否空闲、是否故障；
45、根据每个换电柜的额定功率，设定其目标负载阈值，实时计算换电柜运行负载数据与其目标负载阈值的差值，作为换电柜盈余量；
46、对快速充电站内的换电柜盈余量从大到小进行排序，以获取待充电车辆推荐换电柜的优先级排序；
47、对于每个换电柜，结合正在充电车辆的预计充电时长以及待充电车辆的排队顺序，计算待充电车辆在该换电柜的预计等待时间；
48、将实时换电柜空闲信息、预计等待时间、推荐充电位置，推送给待充电车辆的用户。
49、具体地，对储能电池的充放电过程进行动态调整的具体步骤包括：
50、实时监测快速充电站电网负荷数据，根据历史电网负荷数据，以及不同时段的用电特点，划分电网负荷阶段；
51、获取用电价格，根据用电价格的高低对电价进行时段划分，划分为电价低谷时段和电价峰值时段；
52、获取储能电池的实时荷电量，设置荷电量安全阈值，包括荷电量安全阈值上限和荷电量安全阈值下限；
53、当处于电网负荷低谷阶段时，判断储能电池荷电量是否小于荷电量安全阈值上限，若储能电池荷电量小于荷电量安全阈值上限，则判断是否处于电价低谷时段，若处于电价低谷时段，则对储能电池进行充电；
54、否则判断储能电池荷电量是否小于荷电量安全阈值下限，若储能电池荷电量小于荷电量安全阈值下限，则对储能电池进行充电，否则不进行任何操作；
55、当处于电网负荷正常阶段时，配置负载水平阈值和负载比例阈值，根据功率分配方案，获取每个换电柜的运行负载数据，并计算运行负载数据与目标负载阈值的比值，统计大于负载水平阈值的换电柜的数量，若大于负载比例阈值，则判定快速充电站内换电柜负载过高，判断储能电池荷电量是否大于荷电量安全阈值下限，若储能电池荷电量大于荷电量安全阈值下限，则根据换电柜的负载需求和储能电池的剩余容量，分配储能电池的放电功率；
56、当处于电网负荷高峰阶段时，判断储能电池荷电量是否大于荷电量安全阈值下限，若储能电池荷电量大于荷电量安全阈值下限，则根据电网的负荷情况和功率分配方案，分配储能电池的放电功率。
57、一种快速充电站智能负载均衡节能控制方法，包括以下步骤：
58、步骤s1：基于快速充电站中每个换电柜的运行数据与每个换电柜正在充电的车辆电池数据，监测换电柜和车辆充电过程中的异常情况，并进行负载不均衡趋势预测，判断快速充电站是否存在潜在不均衡趋势；
59、步骤s2：当监测到快速充电站存在潜在不均衡趋势时，根据换电柜实时运行数据与车辆电池数据，构建功率分配模型，获取换电柜的功率分配方案，调整换电柜功率分配，向换电柜发送功率分配指令，并设定动态调整功率分配方案的触发条件，更新功率分配模型，动态调整换电柜功率分配；
60、步骤s3：根据接收的功率分配指令，调整换电柜输出功率，并根据当前功率分配方案，制定用户引导策略，为待充电车辆提供实时的换电柜空闲信息、预计等待时间和推荐换电柜；
61、步骤s4：基于快速充电站电网负荷数据以及储能电池的荷电状态，对储能电池的充放电过程进行动态调整，在电网负荷低谷时段，对储能电池进行充电，在电网高峰时段或快速充电站负载过高时，根据功率分配方案，智能分配储能电池的放电功率。
62、本发明的有益效果：
63、一种快速充电站智能负载均衡节能控制系统及方法，通过监测模块实时监控换电柜和车辆数据，能及时发现异常情况与潜在不均衡趋势，提前预警防范风险；控制模块依据监测结果构建和优化功率分配模型，结合多种约束条件求解最优方案，实现精准的功率分配调整，保障换电柜安全运行，满足车辆充电需求，还能根据触发条件灵活调整方案，适应换电柜故障、新车辆接入及电网供电能力变化等情况；充电模块根据功率分配指令调整输出功率，并制定科学的用户引导策略，提供实时信息方便用户选择，提升用户体验；储能模块根据电网负荷和电价时段划分，动态调整充放电过程，低谷充电、高峰或高负载时放电，合理分配放电功率，有效削峰填谷、均衡负荷，提升能源利用效率，降低运营成本，最终实现快速充电站安全、稳定、高效且节能的运行。