论文部分内容阅读
摘要：本篇论文介绍了一套充电桩负荷分配管理装置及充电桩智能化管理系统，通过监测变压器负荷值和充电桩的充电状态，实现对充电桩的集中监控和管理，并对充电桩的开放数量进行有序调节，达到错峰用电的目的。整套系统基于两台变压器、四台60kW直流双枪快充，实现变压器负荷较高时，自动开断充电桩的充电状态，确保重要负荷的正常运行。通过实验与运行测试，整套系统达到了设计要求，具有应用性强、客户需求大、实用性明显的特点。
关键词：负荷监测；充电桩开断个数；有序调节；实用
一、引言
随着汽车工业的高速发展，传统能源的消耗巨大，为了避免石油资源的枯竭，所以发展新能源汽车是一个很好的解决方案，其中电动汽车目前使用最广泛。然而“充电难”是新能源电动汽车发展的主要瓶颈。
2015年10月，国务院办公厅发布《关于加快电动电动汽车基础设施建设的指导意见》，要求到2020年基本建成满足超过500万辆电动汽车的充电需求的基础设施。“十三五”期间，佛山将作为投资公共交通领域充电设施建设试点城市，在“十三五”期间配置充电桩将达23467个。
随着充电桩良好的发展势头，充电桩软件的需求也会越来越大，而越来越多的充电设施建设，增大了用电负荷的压力，因充电桩所接配电变压器容量不足，导致充电桩在负荷高峰期经常跳闸。如何合理地安排充电设施的开放数量及管理，优先保障重要负荷，是新能源充电桩迫切要解决的问题。
本文介绍了一套充电桩负荷分配管理装置及充电桩智能化管理系统，实现了充电桩的集中监控和管理，并对充电桩的开放数量进行有序调节，达到错峰用电的目的，解决了用电高峰如何控制充电桩开放数量，以达到缓解电力压力的目的。
二、基本要求
本文以两台1000KVA变压器、四台60kW直流双枪快充为实施点，进行系统的开发、调试、实施及试验。其中1#、2#充电桩的电源由1#变压器出线柜引出，3#、4#充电桩由2#变压器引出。
通过功能需求和控制器控制，研发一套充电桩负荷分配管理装置，该装置能达到的功能有：
1、能根据变压器的负荷情况，有序调节充电桩的开放数量，实现最优化的错峰用电和有序用电。
2、设计一套充电桩智能化管理系统，该系统能达到的功能有：能通过网络化系统平台和手机app软件，利用充电桩负荷分配管理装置实现对充电桩的集中监控和管理，包括对充电桩的运行监视、报警维护、预约充电等功能。
三、方案设计
1、技术整体构件图
说明：
1）充电桩在建设时，厂家一般自带计量表及通讯控制器，通过计量表采集充电桩的充电状态，包括充电电流、电压、功率、充电状态等基本参数，再通过通讯控制器将计量表采集的数据上传至充电站服务器，监控系统平台可实时查看充电桩充电信息，包括电流电压功率、充电信息、历史数据查询等；
2）变压器共两台，总柜安装智能计量装置，可实时采集变压器的电压、电压、功率、功率因数等参数，但未安装采集终端。需在电柜新装采集终端，通过485线将电表与采集终端连接，将变压器负荷情况上传至平台。
2、控制设计
通过监测变压器负荷，将负荷值转成模拟信号，再将模拟信号输入控制器，通过继电器控制充电桩的开断。初步设定值如下：（变压器额定容量为1000KVA）
1）当变压器负荷<600kW时，两台充电桩处于通电状态，可随时使用；
2）当变压器负荷800kW≤P≤600kW时，一台充电桩处于通电状态一台处于断电状态，只有一台可随时使用；
3）当变压器负荷>800kW时，两台充电桩处于断电状态，都不能使用；
4）一旦负荷发生变化，充电桩的通电情况也随着发生变化；如刚好有客户在充电时，设定10秒提醒时间，再断开电源。
3、选用材料
序号 材料名称 规格型号 单位 数量
1 模数信号转换器 DAM0404-RS485 套 2
2 采集终端 GPRS-D-485-E 台 2
3 485线 2*0.75 双绞屏蔽线 米 300
4 PVC管 φ6 米 64
5 电线 BVR-1.5 米 100
6 空气开关 DZ47-63/3P 台 4
说明：
1）模数信号转换器主要用于：将充电桩负荷值转为模拟信号；四路继电器控制，4路DI输入，可联动控制。四路继电器分别控制四个充电桩。说明：继电器原充电桩自带。
2）GPRS无线传输设备主要用于：将采集的负荷数据上传至系统平台；
3）空氣开关主要用于：开关保护作用；
4）485线用于通讯数据连接，PVC管用于485线穿管敷设。
采集终端GPRS-D-485-E的产品主要功能如下：
（1）内置看门狗，不死机，掉线自动恢复；
（2）支持固定IP或动态域名解析的连接方式；
（3）支持一路RS232/RS485方式的用户数据接口，可接入PLC等各种设备；
（4）短信传输方式或GPRS实时数据传输方式；
五、控制原理说明
1、控制模拟图
根据以上设计原理，画出控制模拟图：
如上图，两台变压器控制四台充电桩，变压器侧安装智能电表及采集器，将负荷数据传至后台；充电桩侧已有计量装置及通讯机，将充电信息传至后台；控制器控制每个桩的通断。
2.控制逻辑
根据监测变压器负载情况和充电桩的使用情况，按照以下逻辑流程图，通过设定合理的控制延时参数，自动控制充电桩电源开关，对充电桩的开放数量进行有效控制，实现合理化有序用电。 总原则：通过设定合理的一阶段额定值、二阶段额定值、控制延时、自动控制等参数，可实现自动判定是否超限一阶段额定值，不超限可根据配置是否自动开启电桩，超限自动控制关闭未使用的电桩电源开关；持续判断是否超限二阶段额定值，超限自动控制关闭当前正在使用且SOC值最高的电桩电源开关，并且下一次若还超限，则继续关闭SOC值最高的电桩电源开关，实现智能合理化自动控制。
说明：程序开始启动后，加载配置延时时间和额定值，自动检测当前的判定值，再对判定值与限定值的大小进行判断，如果判定值高于限定值，会产生超限警报，此时你可以选择是否自动关闭充电桩电源，如果不关闭充电桩电源就会重新加载配置延时时间和额定值，继续进行循环；如果选择自动关闭充电桩，会有一个延时时间，此延时时间小于10S，就会关闭未使用的这个充电桩，此延时时间大于10S。
3.代码实现过程
软件基于C#语言，在Visual studio2012上开发实现。
4.app管理界面
建立手机APP软件，通过手机可以对充电桩的负荷进行管理，可以随时对充电桩进行监控。可实现地图索引查找空闲充电桩、充电信息查询、历史数据查询等功能。
结束语
电动汽车充电站可以像汽车加油站一样，在沿街商店、街道社区、报刊亭旁、存车棚、彩票投注点等处设置，也能像传统加油站一样，设置专门充电站点区域，通过充电桩负荷分配管理装置并利用网络化系统平台和手机app软件进行统一远程管理，实现对充电桩的集中监控和管理，并对充电桩的开放数量进行有序调节，极大方便了使用者和管理者的便捷需求。
充电桩的未来建设规模会越来越多，如何有效的调节电网负荷与充电桩的大范围使用，此研究结果起到了重要作用。在电力緊缺的情况下，可通过这套系统有效的调节充电桩开放数量，缓解电力压力，保护电网稳定，达到有序用电的目的。
参考文献：
[1]国务院 《关于加快电动电动汽车基础设施建设的指导意见》国办发〔2015〕73号
[2]林慧勍 电动汽车充换电设施接入电网典型模式研究 【M】中国新技术新产品，2016
[3]巩赞超 电动汽车充电对电网的影响【M】山东工业科技，2016
[4]刘志珍 基于分时电价的电动汽车群有序充电策略研究【M】电机与控制学报，2016
[5]张志奇 直流充电桩的基本原理及技术发展趋势【M】电子产品世界，2015
[6]王庆有 光电传感器应用技术【M】机械工业出版社，2014
[7]李永强 多功能数据采集器简介【M】计算机测量与控制，2015
[8]计算机技术 自动化技术【M】中国无线电电子学文摘，2015
关键词：负荷监测；充电桩开断个数；有序调节；实用
一、引言
随着汽车工业的高速发展，传统能源的消耗巨大，为了避免石油资源的枯竭，所以发展新能源汽车是一个很好的解决方案，其中电动汽车目前使用最广泛。然而“充电难”是新能源电动汽车发展的主要瓶颈。
2015年10月，国务院办公厅发布《关于加快电动电动汽车基础设施建设的指导意见》，要求到2020年基本建成满足超过500万辆电动汽车的充电需求的基础设施。“十三五”期间，佛山将作为投资公共交通领域充电设施建设试点城市，在“十三五”期间配置充电桩将达23467个。
随着充电桩良好的发展势头，充电桩软件的需求也会越来越大，而越来越多的充电设施建设，增大了用电负荷的压力，因充电桩所接配电变压器容量不足，导致充电桩在负荷高峰期经常跳闸。如何合理地安排充电设施的开放数量及管理，优先保障重要负荷，是新能源充电桩迫切要解决的问题。
本文介绍了一套充电桩负荷分配管理装置及充电桩智能化管理系统，实现了充电桩的集中监控和管理，并对充电桩的开放数量进行有序调节，达到错峰用电的目的，解决了用电高峰如何控制充电桩开放数量，以达到缓解电力压力的目的。
二、基本要求
本文以两台1000KVA变压器、四台60kW直流双枪快充为实施点，进行系统的开发、调试、实施及试验。其中1#、2#充电桩的电源由1#变压器出线柜引出，3#、4#充电桩由2#变压器引出。
通过功能需求和控制器控制，研发一套充电桩负荷分配管理装置，该装置能达到的功能有：
1、能根据变压器的负荷情况，有序调节充电桩的开放数量，实现最优化的错峰用电和有序用电。
2、设计一套充电桩智能化管理系统，该系统能达到的功能有：能通过网络化系统平台和手机app软件，利用充电桩负荷分配管理装置实现对充电桩的集中监控和管理，包括对充电桩的运行监视、报警维护、预约充电等功能。
三、方案设计
1、技术整体构件图
说明：
1）充电桩在建设时，厂家一般自带计量表及通讯控制器，通过计量表采集充电桩的充电状态，包括充电电流、电压、功率、充电状态等基本参数，再通过通讯控制器将计量表采集的数据上传至充电站服务器，监控系统平台可实时查看充电桩充电信息，包括电流电压功率、充电信息、历史数据查询等；
2）变压器共两台，总柜安装智能计量装置，可实时采集变压器的电压、电压、功率、功率因数等参数，但未安装采集终端。需在电柜新装采集终端，通过485线将电表与采集终端连接，将变压器负荷情况上传至平台。
2、控制设计
通过监测变压器负荷，将负荷值转成模拟信号，再将模拟信号输入控制器，通过继电器控制充电桩的开断。初步设定值如下：（变压器额定容量为1000KVA）
1）当变压器负荷<600kW时，两台充电桩处于通电状态，可随时使用；
2）当变压器负荷800kW≤P≤600kW时，一台充电桩处于通电状态一台处于断电状态，只有一台可随时使用；
3）当变压器负荷>800kW时，两台充电桩处于断电状态，都不能使用；
4）一旦负荷发生变化，充电桩的通电情况也随着发生变化；如刚好有客户在充电时，设定10秒提醒时间，再断开电源。
3、选用材料
序号 材料名称 规格型号 单位 数量
1 模数信号转换器 DAM0404-RS485 套 2
2 采集终端 GPRS-D-485-E 台 2
3 485线 2*0.75 双绞屏蔽线 米 300
4 PVC管 φ6 米 64
5 电线 BVR-1.5 米 100
6 空气开关 DZ47-63/3P 台 4
说明：
1）模数信号转换器主要用于：将充电桩负荷值转为模拟信号；四路继电器控制，4路DI输入，可联动控制。四路继电器分别控制四个充电桩。说明：继电器原充电桩自带。
2）GPRS无线传输设备主要用于：将采集的负荷数据上传至系统平台；
3）空氣开关主要用于：开关保护作用；
4）485线用于通讯数据连接，PVC管用于485线穿管敷设。
采集终端GPRS-D-485-E的产品主要功能如下：
（1）内置看门狗，不死机，掉线自动恢复；
（2）支持固定IP或动态域名解析的连接方式；
（3）支持一路RS232/RS485方式的用户数据接口，可接入PLC等各种设备；
（4）短信传输方式或GPRS实时数据传输方式；
五、控制原理说明
1、控制模拟图
根据以上设计原理，画出控制模拟图：
如上图，两台变压器控制四台充电桩，变压器侧安装智能电表及采集器，将负荷数据传至后台；充电桩侧已有计量装置及通讯机，将充电信息传至后台；控制器控制每个桩的通断。
2.控制逻辑
根据监测变压器负载情况和充电桩的使用情况，按照以下逻辑流程图，通过设定合理的控制延时参数，自动控制充电桩电源开关，对充电桩的开放数量进行有效控制，实现合理化有序用电。 总原则：通过设定合理的一阶段额定值、二阶段额定值、控制延时、自动控制等参数，可实现自动判定是否超限一阶段额定值，不超限可根据配置是否自动开启电桩，超限自动控制关闭未使用的电桩电源开关；持续判断是否超限二阶段额定值，超限自动控制关闭当前正在使用且SOC值最高的电桩电源开关，并且下一次若还超限，则继续关闭SOC值最高的电桩电源开关，实现智能合理化自动控制。
说明：程序开始启动后，加载配置延时时间和额定值，自动检测当前的判定值，再对判定值与限定值的大小进行判断，如果判定值高于限定值，会产生超限警报，此时你可以选择是否自动关闭充电桩电源，如果不关闭充电桩电源就会重新加载配置延时时间和额定值，继续进行循环；如果选择自动关闭充电桩，会有一个延时时间，此延时时间小于10S，就会关闭未使用的这个充电桩，此延时时间大于10S。
3.代码实现过程
软件基于C#语言，在Visual studio2012上开发实现。
4.app管理界面
建立手机APP软件，通过手机可以对充电桩的负荷进行管理，可以随时对充电桩进行监控。可实现地图索引查找空闲充电桩、充电信息查询、历史数据查询等功能。
结束语
电动汽车充电站可以像汽车加油站一样，在沿街商店、街道社区、报刊亭旁、存车棚、彩票投注点等处设置，也能像传统加油站一样，设置专门充电站点区域，通过充电桩负荷分配管理装置并利用网络化系统平台和手机app软件进行统一远程管理，实现对充电桩的集中监控和管理，并对充电桩的开放数量进行有序调节，极大方便了使用者和管理者的便捷需求。
充电桩的未来建设规模会越来越多，如何有效的调节电网负荷与充电桩的大范围使用，此研究结果起到了重要作用。在电力緊缺的情况下，可通过这套系统有效的调节充电桩开放数量，缓解电力压力，保护电网稳定，达到有序用电的目的。
参考文献：
[1]国务院 《关于加快电动电动汽车基础设施建设的指导意见》国办发〔2015〕73号
[2]林慧勍 电动汽车充换电设施接入电网典型模式研究 【M】中国新技术新产品，2016
[3]巩赞超 电动汽车充电对电网的影响【M】山东工业科技，2016
[4]刘志珍 基于分时电价的电动汽车群有序充电策略研究【M】电机与控制学报，2016
[5]张志奇 直流充电桩的基本原理及技术发展趋势【M】电子产品世界，2015
[6]王庆有 光电传感器应用技术【M】机械工业出版社，2014
[7]李永强 多功能数据采集器简介【M】计算机测量与控制，2015
[8]计算机技术 自动化技术【M】中国无线电电子学文摘，2015