一種能智能化響應(yīng)用電需求的充電系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種具有電力需求響應(yīng)功能的智能化充電系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括：控制模塊、屬性存儲模塊、獲取信息模塊、策略存儲模塊、在線決策模塊、離線決策模塊、功率調(diào)節(jié)模塊。本發(fā)明具有需求響應(yīng)的智能控制功能，可以實現(xiàn)需求響應(yīng)的自動控制。由于這種新型智能化需求響應(yīng)充電系統(tǒng)能夠根據(jù)電網(wǎng)當(dāng)前負(fù)荷峰谷情況、電價變化情況和其他電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行自動充電調(diào)整，從而實現(xiàn)電能利用的最大化，無論是從實用角度，還是從環(huán)保角度，其都對充電和用電方式的改善有著促進(jìn)作用。
【專利說明】—種能智能化響應(yīng)用電需求的充電系統(tǒng)及方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能智能化響應(yīng)用電需求的充電系統(tǒng)及方法。普遍適用于各種充電設(shè)備(如手機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、MP3、MP4等)的充電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人們生活水平的提高，需要充電的電子設(shè)備越來越多，電力需求也不斷增大。無論是手機(jī)、筆記本電腦，還是平板電腦或者M(jìn)P3、MP4等影音播放器，都在人們生活和工作中扮演了越來越重要的角色，而這些設(shè)施的充電裝置在日常電力消耗中更是占據(jù)越來越大的比例。尤其是平板電腦、手機(jī)、MP3等電子設(shè)備，由充電系統(tǒng)對電池充電，再由電池對設(shè)備供電更是其主要的使用方式。
[0003]另一方面，電力資源的有限性和環(huán)境保護(hù)的必要性卻對更有效地利用電能有更高的要求。也正因如此，國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)才會如此蓬勃地發(fā)展。為了更好地順應(yīng)電能發(fā)展趨勢，提高能效、節(jié)約資源，同時保護(hù)環(huán)境、實現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)，需要更合理、更高效、更科學(xué)地利用電能。
[0004]對于發(fā)電廠來說，其發(fā)電功率是保持恒定的。但是實際社會用電負(fù)荷卻是波動的。因此為了在負(fù)荷峰值點滿足用電需求，電廠需要按峰值負(fù)荷的功率發(fā)電，這樣在沒有到達(dá)峰值的時候就會造成用電浪費。所以如果可以盡量使用電負(fù)荷峰谷負(fù)荷變均勻，就可以使電能得到更高效的利用。
[0005]也正因為這樣，一些世界發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始實施分段計價的措施，對高峰用電和低谷用電時間采取不同電價，其中高峰階段電價較高，低谷階段電價較低，來引導(dǎo)電能使用的均勻分配。我國雖然目前還未引進(jìn)分段電價，但在未來也可能采取這一措施。如果采用分段計價，那么如果能幫助用戶平均安排電能利用，可以直接為他們節(jié)約用電的經(jīng)濟(jì)成本；即使沒有采取分段計價，若能幫助用戶平均安排用電峰谷，也有利于電能的有效利用。
[0006]—般來講，充電系統(tǒng)以充電器為例，該充電器充電系統(tǒng)的工作原理如附圖1。如附圖1所示，充電器一端鏈接220V交流電，首先通過整流電路變成高壓直流電，再經(jīng)過開關(guān)管變成高頻高壓脈沖，然后通過變壓器轉(zhuǎn)換為低壓(比如5V)脈沖。5V的低壓脈沖再經(jīng)過一個整流、穩(wěn)壓電路，變成5V穩(wěn)定的直流電，連接到手機(jī)、平板等用電設(shè)備上，就可以完成充電。
[0007]在前面所述的背景下，如果能對普通的電子設(shè)備充電器進(jìn)行改進(jìn)，使之能夠“智能化地”適應(yīng)新型的用電需求，適當(dāng)?shù)毓?jié)約成本，卻不影響用電，無疑具有創(chuàng)新而實際的意義。
[0008]如果要使充電器可以智能化地響應(yīng)用電需求，需要通過一定的方式獲取電網(wǎng)狀態(tài)和需求響應(yīng)事件信息，包括電荷峰谷信息、電價變化信息、緊急限電事件或其他突發(fā)事件信息等。這類信息可以利用電力負(fù)荷分析的相關(guān)技術(shù)分析得到，電力負(fù)荷需求響應(yīng)事件分析過程如圖2所示，電網(wǎng)的用電負(fù)荷數(shù)據(jù)由智能電表采集得到。電表采集到的電力負(fù)荷數(shù)據(jù)統(tǒng)一通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存 儲和管理。電力負(fù)荷分析中心可以對采集得到的電力負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而得到需求響應(yīng)事件信息，比如當(dāng)前電網(wǎng)中是處于用電高峰還是用電低谷，電價如何，是否有突發(fā)電力狀況等。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明的目的是提供一種具有需求響應(yīng)的智能控制功能，可以實現(xiàn)需求響應(yīng)的自動控制，從而實現(xiàn)電能利用的最大化的系統(tǒng)及方法。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有電力需求響應(yīng)功能的智能化充電方法，包括:
[0011]步驟I，所述智能化充電系統(tǒng)智能化充電系統(tǒng)連接電源后，控制器判斷是否是在線情況，如果是進(jìn)入步驟2，如果是離線情況，則進(jìn)入步驟5 ；
[0012]步驟2，通訊器獲得本地基本屬性信息，并存入屬性存儲器；
[0013]步驟3，通訊器與電力負(fù)荷中心通訊并完成信息獲取，得到需求響應(yīng)事件信息，并存入策略存儲器；
[0014]步驟4，功率調(diào)節(jié)器根據(jù)所述需求響應(yīng)事件信息和本地基本屬性信息判斷此時是用電高峰、高價或需要限電的情況，還是用電低谷、低價或電力資源空閑的情況，進(jìn)入步驟6 ；
[0015]步驟5，功率調(diào)節(jié)器根據(jù)上一次在線情況存入的策略存儲器信息或?qū)傩源鎯ζ餍畔⑴袛啻藭r處于用電高峰、高價或需要限電的情況，還是用電低谷、低價或電力資源空閑的情況，進(jìn)入步驟6;
[0016]步驟6，當(dāng)是用電高峰、高價或需要限電的情況時，調(diào)低輸入電壓的占空比，減小充電電流，從而調(diào)低充電功率；當(dāng)是用電低谷、低價或電力資源空閑的情況時，調(diào)高輸入電壓的占空比，增大充電電流，提高充電功率。
[0017]所述步驟2中:所述本地基本屬性信息是所述智能化充電系統(tǒng)通過通訊器獲得的，或者是預(yù)先固化在所述智能化充電系統(tǒng)內(nèi)的本地屬性信息。
[0018]其中步驟3中獲得所述需求響應(yīng)事件信息還可以通過電力載波通訊方法獲得的。
[0019]所述通訊器是安裝在待充電設(shè)備或所述智能化充電系統(tǒng)上的。
[0020]所述電力載波通訊方法具體步驟為:
[0021]步驟100，電力負(fù)荷中心分析得到需求響應(yīng)事件信號；
[0022]步驟200，將所述需求響應(yīng)事件信號通過調(diào)制變?yōu)殡娏€信號；
[0023]步驟300，耦合器將所述電力線信號耦合到電力線上；
[0024]步驟400，所述智能化充電系統(tǒng)作為接收端將所述電力線上的電力線信號解耦、濾波、解調(diào)后得到需求響應(yīng)事件息。
[0025]本發(fā)明還提供一種具有電力需求響應(yīng)功能的智能化充電系統(tǒng)，其特征在于，包括:
[0026]控制模塊，用于調(diào)度所述智能化充電系統(tǒng)執(zhí)行在線情況還是離線情況，如果是在線情況執(zhí)行屬性存儲模塊，如果是離線情況，則執(zhí)行離線決策模塊；
[0027]屬性存儲模塊，用于所述智能化充電系統(tǒng)獲取并存放本地基本屬性信息，并執(zhí)行信息獲取模塊；
[0028]信息獲取模塊，用于通過通訊器與電力負(fù)荷分析中心通訊并完成信息獲取，得到需求響應(yīng)事件信息，并執(zhí)行策略存儲模塊；
[0029]策略存儲模塊，用于存放所述需求響應(yīng)事件信息，并執(zhí)行在線決策模塊；[0030]在線決策模塊，用于根據(jù)所述需求響應(yīng)事件信息和本地基本屬性信息判斷此時是用電高峰、高價或需要限電的情況，或者用電低谷、低價或電力資源空閑的情況，并執(zhí)行功率調(diào)節(jié)模塊；
[0031]離線決策模塊，根據(jù)上一次在線情況存入的策略存儲器信息或?qū)傩源鎯ζ餍畔⑴袛啻藭r處于用電高峰、高價或需要限電的情況，還是用電低谷、低價或電力資源空閑的情況，并執(zhí)行功率調(diào)節(jié)模塊；
[0032]功率調(diào)節(jié)模塊，用于當(dāng)是用電高峰、高價或需要限電的情況時，調(diào)低輸入電壓的占空比，減小充電電流，從而調(diào)低充電功率；當(dāng)是用電低谷、低價或電力資源空閑的情況時，調(diào)聞輸入電壓的占空比，增大充電電流，從而提聞充電功率。
[0033]進(jìn)一步的，所述屬性存儲模塊中:所述本地基本屬性信息是所述智能化充電系統(tǒng)通過通訊器獲得的，或者是預(yù)先固化在所述智能化充電系統(tǒng)內(nèi)的本地屬性信息。
[0034]所述信息獲取模塊中:獲得所述需求響應(yīng)事件信息是通過通訊器與電力負(fù)荷分析中心通訊獲得的，或者通過電力載波通訊模塊獲得的。
[0035]所述通訊器安裝在待充電設(shè)備或所述智能化充電系統(tǒng)上。
[0036]所述電力載波通訊模塊包括:
[0037]需求響應(yīng)事件信號獲取模塊，電力負(fù)荷中心分析得到需求響應(yīng)事件信號；
[0038]轉(zhuǎn)換模塊，將所述需求響應(yīng)事件信號通過調(diào)制變?yōu)殡娏€信號；
[0039]耦合模塊，耦合器將所述電力線信號耦合到電力線上；
`[0040]接收處理模塊，所述智能化充電系統(tǒng)作為接收端將所述電力線上的電力線信號解耦、濾波、解調(diào)后得到需求響應(yīng)事件信息。
[0041]本發(fā)明的有益效果為:
[0042]和傳統(tǒng)的充電設(shè)備相比，該新型的智能化需求響應(yīng)充電系統(tǒng)及其方法有很多優(yōu)
占-
^ \\\.[0043]首先，該充電系統(tǒng)及其方法具有需求響應(yīng)的智能控制功能，而傳統(tǒng)的充電系統(tǒng)及其方法并不具有電力需求響應(yīng)功能。通過電力需求響應(yīng)，這種新型的智能化充電裝置能幫助用戶降低用電成本，還可以有效地節(jié)約和利用電能，因此對發(fā)電方、供電方和環(huán)境保護(hù)都有好處。
[0044]另外，該裝置可以實現(xiàn)需求響應(yīng)的自動控制，而傳統(tǒng)充電系統(tǒng)及其方法如果要實現(xiàn)需求響應(yīng)只能通過人工干預(yù)實現(xiàn)，或者人工拔掉充電系統(tǒng)插頭使之?dāng)嚯?，或者人工拔掉待充電的電子設(shè)備來阻止充電電路形成回路，無論哪種人工實現(xiàn)方式都比較麻煩，而且受人工活動的限制。假如在需要的時候操作者無法在場或者忘記操作，都無法改變充電系統(tǒng)的需求響應(yīng)狀態(tài)。
[0045]因此，由于這種新型智能化需求響應(yīng)充電系統(tǒng)能夠根據(jù)電網(wǎng)當(dāng)前負(fù)荷峰谷情況、電價變化情況和其他電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行自動充電調(diào)整，從而實現(xiàn)電能利用的最大化，無論是從實用角度，還是從環(huán)保角度，其都對充電和用電方式的改善有著促進(jìn)作用。以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0046]附圖1是充電器充電系統(tǒng)的工作原理框圖；[0047]附圖2是電力負(fù)荷需求響應(yīng)事件分析過程；
[0048]附圖3是智能化需求響應(yīng)充電器工作原理；
[0049]附圖4是利用待充電設(shè)備的通信模塊獲取電力需求響應(yīng)事件信息；
[0050]附圖5是充電器的邏輯控制流程圖；
[0051]附圖6是充電器的硬件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]附圖7是本發(fā)明的智能化方法流程圖；
[0053]附圖8是本發(fā)明的智能化系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0054]下面給出本發(fā)明的【具體實施方式】，結(jié)合附圖對本發(fā)明做出了詳細(xì)描述。
[0055]本發(fā)明提出了一種具有電力需求響應(yīng)功能的智能化充電方法，附圖7是本發(fā)明的智能化方法流程圖。如圖7所示，本發(fā)明的具有電力需求響應(yīng)功能的智能化充電方法，包括:
[0056]步驟1，智能化充電系統(tǒng)連接電源后，控制器判斷是否是在線情況，如果是進(jìn)入步驟2，如果是離線情況，則進(jìn)入步驟5 ；
[0057]步驟2，所述智能化充電系統(tǒng)獲得本地基本屬性信息，并存入屬性存儲器；
[0058]步驟3，通訊器通過通訊器與電力負(fù)荷中心通訊并完成信息獲取，得到需求響應(yīng)事件信息，并存入策略存儲器；
[0059]步驟4，功率調(diào)節(jié)器根據(jù)所述需求響應(yīng)事件信息和本地基本屬性信息判斷此時是用電高峰、高價或需要限電的情況，還是用電低谷、低價或電力資源空閑的情況，進(jìn)入步驟6 ；
[0060]步驟5，功率調(diào)節(jié)器根據(jù)上一次在線情況存入的策略存儲器信息或?qū)傩源鎯ζ餍畔⑴袛啻藭r處于用電高峰、高價或需要限電的情況，還是用電低谷、低價或電力資源空閑的情況，進(jìn)入步驟6;
[0061]步驟6，當(dāng)是用電高峰、高價或需要限電的情況時，調(diào)低輸入電壓的占空比，減小充電電流，從而調(diào)低充電功率；當(dāng)是用電低谷、低價或電力資源空閑的情況時，調(diào)高輸入電壓的占空比，增大充電電流，提高充電功率。
[0062]所述步驟2中:所述本地基本屬性信息是所述智能化充電系統(tǒng)通過通訊器獲得的，或者是預(yù)先固化在所述智能化充電系統(tǒng)內(nèi)的本地屬性信息。
[0063]步驟3中:獲得所述需求響應(yīng)事件信息還可以通過電力載波通訊方法獲得。
[0064]步驟3中所述通訊器是安裝在待充電設(shè)備或所述智能化充電系統(tǒng)上的。
[0065]電力載波通訊方法具體步驟為:
[0066]步驟100，電力負(fù)荷中心分析得到需求響應(yīng)事件信號；
[0067]步驟200，將所述需求響應(yīng)事件信號通過調(diào)制變?yōu)殡娏€信號；
[0068]步驟300，耦合器將所述電力線信號耦合到電力線上；
[0069]步驟400，所述智能化充電系統(tǒng)作為接收端將所述電力線上的電力線信號解耦、濾波、解調(diào)后得到需求響應(yīng)事件息。
[0070]本方法的基本工作原理，以實現(xiàn)具有電力需求響應(yīng)功能的智能化充電器的充電過程為例進(jìn)行詳細(xì)說明。[0071]新型充電器的基本工作原理如附圖3所示。電網(wǎng)的用電負(fù)荷數(shù)據(jù)由智能電表采集得到。電表采集到的電力負(fù)荷數(shù)據(jù)統(tǒng)一通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲和管理。電力負(fù)荷分析中心可以對采集得到的電力負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而得到需求響應(yīng)事件信息，比如當(dāng)前電網(wǎng)中是處于用電高峰還是用電低谷，電價如何，是否有突發(fā)電力狀況等。
[0072]然后，智能化需求響應(yīng)充電器端可以與電力負(fù)荷分析中心進(jìn)行通信，獲取需求響應(yīng)事件信息，包括電力負(fù)荷峰谷信息、電價變化信息、緊急限電事件等，并通過自身含有的功率控制模塊智能化地響應(yīng)電力系統(tǒng)狀態(tài)，在用電高峰段、電價較高(電價較高是指在不同時段的電價不同前提下)時或其他需要降低電網(wǎng)負(fù)荷的情況下自動降低充電電流，進(jìn)行低功率充電；而在用電低谷段、電價較低時或其他電網(wǎng)資源空閑的情況下自動增大充電電流，進(jìn)行高功率充電。只要這種新型的充電裝置正常接入電源和待充電負(fù)載，這兩個過程可以根據(jù)獲得的需求響應(yīng)事件信號通過功率控制單元自動進(jìn)行切換，直到完成整個負(fù)載充電過程為止。
[0073]具體來說，這種新型充電器的用電需求響應(yīng)可以采取離線或者在線的響應(yīng)方式，分別如下所述:
[0074]a.離線情況的電力需求響應(yīng)
[0075]所謂離線響應(yīng)的功率控制，當(dāng)充電設(shè)備不具備通信能力，或者通訊設(shè)備無法正常的接入網(wǎng)絡(luò)時，系統(tǒng)已將該區(qū)域典型的電力負(fù)荷峰谷信息、該區(qū)域的電價階段變化信息等直接存儲在充電器端用于需求響應(yīng)。由于大部分用戶的用電習(xí)慣可能較為類似，比如晚上下班之后會出現(xiàn)用電高峰等，可以把這種典型用電曲線直接存入智能化充電器端，充電器直接根據(jù)存入的負(fù)荷峰谷特點響應(yīng)充電需求。在存入負(fù)荷曲線的高峰段，功率控制模塊減少電流，降低充電功率；而在存入負(fù)荷曲線的低谷段，功率控制模塊增加充電電流，提高充電功率，加快充電速度。對于存入的電價變化信息，也采取類似的響應(yīng)方法，在電價較高時，功率控制模塊減少電流并降低充電功率，否則提高充電功率加快充電速度。
[0076]離線響應(yīng)的功率控制模塊優(yōu)點是設(shè)計簡單，計算簡單，成本低；其缺點也較為明顯，即響應(yīng)效率較低，適用性較差。
[0077]b.在線情況的電力需求響應(yīng)
[0078]在線響應(yīng)的功率控制模塊是根據(jù)實時接收的電力負(fù)荷分析端的需求響應(yīng)事件信息來實時調(diào)整充電功率高低，具體調(diào)整方法和原理依然如前所述。區(qū)別僅為這種響應(yīng)模式下，峰谷曲線、電價信息等并非預(yù)先存入，而是用通信模塊即時獲取。
[0079]在線響應(yīng)的功率控制模塊優(yōu)點是響應(yīng)效率高，節(jié)能效果好，適用性也較強(qiáng)，對于一些突發(fā)狀況也可以即時獲取信息、響應(yīng)自如；缺點則是計算略為復(fù)雜一些。
[0080]另外當(dāng)在線模式不能正常運行時，充電設(shè)備的工作狀態(tài)自動切換成為離線狀態(tài)。即執(zhí)行上一次在線下載到的控制策略和區(qū)域信息。當(dāng)再次連入網(wǎng)絡(luò)后，通過計時器控制自動更新該信息(計時器的作用只用于延遲，就是保證一定實現(xiàn)循環(huán)執(zhí)行一次該邏輯)如圖5所示。
[0081]在線電力需求相應(yīng)智能充電器的信息獲取模式:
[0082]為了響應(yīng)電力負(fù)荷分析中心端得到的需求響應(yīng)事件信息并從而進(jìn)行充電功率調(diào)整，智能化的需求響應(yīng)充電器需要一個能與電力負(fù)荷分析中心完成通信的模塊。這個模塊可以通過以下方式完成與電力負(fù)荷分析中心的通信和信息獲取:[0083]a.利用待充電設(shè)備的通信模塊獲取需求響應(yīng)事件信息
[0084]鑒于用電設(shè)備的智能化的普遍性，很多充電器負(fù)載即待充電的設(shè)備(例如手機(jī)，手提電腦等)自身都具有通信模塊。負(fù)載可以在等待完成充電的過程中直接利用其本身含有的通信模塊從電力負(fù)荷分析中心獲取電力負(fù)需求響應(yīng)事件信息。在遠(yuǎn)程的服務(wù)器端，存有該用電器(手機(jī)，手提電腦)的所在地區(qū)的電力負(fù)荷信息，用電器通過互聯(lián)網(wǎng)登錄到遠(yuǎn)程服務(wù)器端。服務(wù)器通過該用電器的基本狀態(tài)屬性，例如用電器所在地點，目前時間，該用戶的當(dāng)前電力使用情況，該區(qū)域其他設(shè)備的耗電情況，實時的推送回該用電器，并提供一套相關(guān)的充電策略。該用電器通過策略來控制其充電器的工作行為，并利用OTG等類似技術(shù)直接向充電器發(fā)布指令(圖4所示)。
[0085]b.通過充電器端(待充電設(shè)備)的獨立通信模塊獲取需求響應(yīng)事件信息
[0086]除了利用負(fù)載通訊的模式外，充電器本身也可以自帶通信模塊而與電力負(fù)荷分析中心進(jìn)行通信。在充電器端設(shè)計一個獨立的有線或無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊，例如無線數(shù)傳、WIF1、Bluetooth等，無論待充電的負(fù)載設(shè)備是否具有通信裝置，都可以與電力負(fù)荷分析中心通信并完成信息獲取，得到需求響應(yīng)事件信息。具體的通信流程類似于前面提到的利用待充設(shè)備的通信模塊的通訊流程。充電器利用WIFI，Bluet00th等手段登陸互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，獲取該區(qū)域該時間的充電策略。
[0087]c.通過電力載波傳送需求響應(yīng)事件信息
[0088]電力載波通訊是指利用現(xiàn)有電力線，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。這種技術(shù)也可用于獲取需求響應(yīng)事件信息。可以將電力負(fù)荷分析中心分析得到的需求響應(yīng)事件信號通過調(diào)制變?yōu)殡娏€信號，再通過耦合器將信號耦合到電力線上，充電器端作為接收點將電力線上的信號解耦、濾波、解調(diào)，就可以得到需求響應(yīng)事件信息了。具體的通信流程類似于前面提到的利用待充設(shè)備的通信模塊的通訊流程。充電器利用電力載波手段登陸互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，獲取該區(qū)域該時間的充電策略。
[0089]智能化需求相應(yīng)充電器的硬件組成:
[0090]整個設(shè)備(圖6)由控制器，變壓器，功率控制模塊，策略存儲器，屬性存儲器，通訊模塊，待充設(shè)備接口等幾部分組成。控制器用來調(diào)度整個的邏輯流程，控制設(shè)備的正常工作。策略存儲器用來存放通過通訊獲得的當(dāng)前該充電器的策略信息，控制器通過利用該策略來控制功率調(diào)節(jié)模塊來控制最后輸出的充電功率。屬性存儲器用來存放該充電器的基本屬性，類似于一個身份認(rèn)證，包括一些基本信息，使用地點，時間，用電器類型，編號等等。通訊模塊可以根據(jù)應(yīng)用場景的不同而不同，可以是WIFI，或者Bluetooth的無線實現(xiàn)，也可以用USB和其待充設(shè)備進(jìn)行通訊，抑或利用電子載波信號通訊。
[0091]智能化需求響應(yīng)充電器的功率控制:
[0092]在獲取到需求響應(yīng)事件信息之后，為了實現(xiàn)需求響應(yīng)，需要對充電功率進(jìn)行動態(tài)調(diào)控。在電力使用高峰期，要降低充電功率實現(xiàn)節(jié)能充電；在電力使用低谷期，要增加充電功率以實現(xiàn)低成本的充電。這部分功能由充電器的功率控制完成。
[0093]功率控制可以采用脈沖寬度調(diào)制等方式(PWM)，通過高速的調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置來實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時間的改變。這樣，相當(dāng)于改變了充電器的輸入電壓的方波占空比，當(dāng)輸入電壓占空比越大時，充電的平均電流越大，充電效率越高；相對的，當(dāng)輸入電壓占空比越小時，平均充電電流就越小，充電效率也越低。具體地，在本文所述的智能化需求響應(yīng)充電器設(shè)計中，當(dāng)遇到用電高峰、用電高價或者需要限電的情況，就調(diào)低輸入電壓的占空比，減小充電電流，例如可以考慮將功率調(diào)整到剛好維持用電設(shè)備正常運行，電量不會減少也不會增加，這樣能實現(xiàn)節(jié)能充電，同時又不會直接斷開用電設(shè)備的充電過程，不會影響設(shè)備的正常使用。而當(dāng)遇到用電低谷、用電低價或者其他電力資源空閑的情況,就可以調(diào)高占空比,增大充電電流,提高充電功率,加快完成充電過程。
[0094]本發(fā)明還提出了一種具有電力需求響應(yīng)功能的種智能化充電系統(tǒng)，附圖6是本發(fā)明的智能化系統(tǒng)示意圖。如圖8所示，本發(fā)明的具有電力需求響應(yīng)功能的種智能化充電系統(tǒng)包括:
[0095]控制模塊100，用于調(diào)度所述智能化充電系統(tǒng)執(zhí)行在線情況還是離線情況，如果是在線情況執(zhí)行屬性存儲模塊，如果是離線情況，則執(zhí)行離線決策模塊；
[0096]屬性存儲模塊200，用于所述智能化充電系統(tǒng)獲取并存放本地基本屬性信息，并執(zhí)行通訊模塊；
[0097]獲取信息模塊300，用于通過通訊器與電力負(fù)荷分析中心通訊并完成信息獲取，得到需求響應(yīng)事件信息，并執(zhí)行策略存儲模塊；
[0098]策略存儲模塊400，用于存放所述需求響應(yīng)事件信息，并執(zhí)行在線決策模塊；
[0099]在線決策模塊500，用于根據(jù)所述需求響應(yīng)事件信息和本地基本屬性信息判斷此時是用電高峰、高價或需要限電的情況，或者用電低谷、低價或電力資源空閑的情況，并執(zhí)行功率調(diào)節(jié)模塊700 ；
[0100]離線決策模塊600，根據(jù)上一次在線情況存入的策略存儲器信息或?qū)傩源鎯ζ餍畔⑴袛啻藭r處于用電高峰、高價或需要限電的情況，還是用電低谷、低價或電力資源空閑的情況，并執(zhí)行功率調(diào)節(jié)模塊700 ；
[0101]功率調(diào)節(jié)模塊700，用于當(dāng)是用電高峰、高價或需要限電的情況時，調(diào)低輸入電壓的占空比，減小充電電流，從而調(diào)低充電功率；當(dāng)是用電低谷、低價或電力資源空閑的情況時，調(diào)聞輸入電壓的占空比，增大充電電流，從而提聞充電功率。
[0102]所述屬性存儲模塊200中:所述本地基本屬性信息是所述智能化充電系統(tǒng)通過通訊器獲得的，或者是預(yù)先固化在所述智能化充電系統(tǒng)內(nèi)的本地屬性信息。
[0103]所述獲取信息模塊300中:獲得所述需求響應(yīng)事件信息還可以通過電力載波通訊模塊獲得的。
[0104]所述通訊器安裝在待充電設(shè)備或所述智能化充電系統(tǒng)上。
[0105]電力載波通訊模塊包括:
[0106]需求響應(yīng)事件信號獲取模塊，電力負(fù)荷中心分析得到需求響應(yīng)事件信號；
[0107]轉(zhuǎn)換模塊，將所述需求響應(yīng)事件信號通過調(diào)制變?yōu)殡娏€信號；
[0108]耦合模塊，耦合器將所述電力線信號耦合到電力線上；
[0109]接收處理模塊，所述智能化充電系統(tǒng)作為接收端將所述電力線上的電力線信號解耦、濾波、解調(diào)后得到需求響應(yīng)事件信息。
[0110]這種充電系統(tǒng)可以自動響應(yīng)電力負(fù)荷需求，可以在用電出現(xiàn)低谷的時候充電，而在用電出現(xiàn)高峰的時候減緩充電；也可以在電價較低的時候加快充電，而在電價較高的時候減緩充電；或者在出現(xiàn)緊急限電事件時減緩充電，節(jié)省電力資源。通過響應(yīng)電力需求的方式提高用電效率，降低用電成本。其設(shè)計初衷是:在盡量滿足充電系統(tǒng)易用性和用戶友好性的前提下實現(xiàn)需求響應(yīng)，提高電能利用效率。
[0111]這種新型的智能化充電系統(tǒng)可以與背景所述的電力負(fù)荷分析中心進(jìn)行通信并獲取分析中心傳過來的需求響應(yīng)事件信號，根據(jù)電力負(fù)荷峰谷信號中當(dāng)前電力系統(tǒng)所處的電力峰谷、電價、電力事件狀態(tài)，通過自身的功率控制模塊，可以自動地調(diào)整其負(fù)載端充電設(shè)備的充電功率。當(dāng)電力負(fù)荷系統(tǒng)處于用電高峰，或者電價較高以及出現(xiàn)緊急限電情況時，功率控制模塊降低充電功率，使用電設(shè)備充電速度減慢；而當(dāng)電力負(fù)荷系統(tǒng)處于用電相對低谷，或者電價較低，電網(wǎng)資源較為空閑時，功率控制模塊提高充電功率，使用電設(shè)備充電速度加快。
[0112]該發(fā)明可以實現(xiàn)對充電系統(tǒng)工作狀態(tài)的功率控制，解決了傳統(tǒng)的充電裝置只要接通電源和負(fù)載就進(jìn)入工作狀態(tài)而無法做出相應(yīng)控制的問題。，
[0113]本發(fā)明針對傳統(tǒng)電子產(chǎn)品充電系統(tǒng)對電能的利用率有限的問題，提出了一種能夠自動響應(yīng)電路負(fù)荷需求的新型充電系統(tǒng)。該充電系統(tǒng)通過通信模塊接受需求響應(yīng)事件信息，然后通過功率控制模塊根據(jù)對當(dāng)前電力系統(tǒng)負(fù)荷情況的判斷進(jìn)行充電的功率調(diào)整，從而自動控制充電設(shè)備的充電速度。
[0114]該新型充電系統(tǒng)的基本工作原理如附圖3所示，充電系統(tǒng)以充電器為例，但不限于此。
[0115]如背景所述，當(dāng)前電力需求響應(yīng)事件信息可以由電表采集電網(wǎng)數(shù)據(jù)后交電力負(fù)荷中心分析得到。
[0116]然后，智能化需求響應(yīng)充電器端可以與電力負(fù)荷分析中心進(jìn)行通信，獲取需求響應(yīng)事件信息，包括電力負(fù)荷峰谷信息、電價變化信息、緊急限電事件等，并通過自身含有的功率控制模塊智能化地響應(yīng)電力系統(tǒng)狀態(tài)，在用電高峰段、電價較高時或其他需要降低電網(wǎng)負(fù)荷的情況下自動降低充電電流，進(jìn)行低功率充電；而在用電低谷段、電價較低時或其他電網(wǎng)資源空閑的情況下自動增大充電電流，進(jìn)行高功率充電。只要這種新型的充電裝置正常接入電源和待充電負(fù)載，這兩個過程可以根據(jù)獲得的需求響應(yīng)事件信號通過功率控制單元自動進(jìn)行切換，直到完成整個負(fù)載充電過程為止。
[0117]具體來說，這種新型充電器的用電需求響應(yīng)可以采取離線或者在線的響應(yīng)方式，分別如下所述:
[0118]c.離線決策模塊的電力需求響應(yīng)
[0119]所謂離線響應(yīng)的功率控制，當(dāng)充電設(shè)備不具備通信能力，或者通訊設(shè)備無法正常的接入網(wǎng)絡(luò)時，系統(tǒng)已將該區(qū)域典型的電力負(fù)荷峰谷信息、該區(qū)域的電價階段變化信息等直接存儲在充電器端用于需求響應(yīng)。由于大部分用戶的用電習(xí)慣可能較為類似，比如晚上下班之后會出現(xiàn)用電高峰等，可以把這種典型用電曲線直接存入智能化充電器端，充電器直接根據(jù)存入的負(fù)荷峰谷特點響應(yīng)充電需求。在存入負(fù)荷曲線的高峰段，功率控制模塊減少電流，降低充電功率；而在存入負(fù)荷曲線的低谷段，功率控制模塊增加充電電流，提高充電功率，加快充電速度。對于存入的電價變化信息，也采取類似的響應(yīng)方法，在電價較高時，功率控制模塊減少電流并降低充電功率，否則提高充電功率加快充電速度。
[0120]離線響應(yīng)的功率控制模塊優(yōu)點是設(shè)計簡單，計算簡單，成本低；其缺點也較為明顯，即響應(yīng)效率較低，適用性較差。
[0121]d.在線決策模塊的電力需求響應(yīng)[0122]在線響應(yīng)的功率控制模塊是根據(jù)實時接收的電力負(fù)荷分析端的需求響應(yīng)事件信息來實時調(diào)整充電功率高低，具體調(diào)整方法和原理依然如前所述。區(qū)別僅為這種響應(yīng)模式下，峰谷曲線、電價信息等并非預(yù)先存入，而是用通信模塊即時獲取。
[0123]在線響應(yīng)的功率控制模塊優(yōu)點是響應(yīng)效率高，節(jié)能效果好，適用性也較強(qiáng)，對于一些突發(fā)狀況也可以即時獲取信息、響應(yīng)自如；缺點則是計算略為復(fù)雜一些。
[0124]另外當(dāng)在線模式不能正常運行時，充電設(shè)備的工作狀態(tài)自動切換成為離線狀態(tài)。即執(zhí)行上一次在線下載到的控制策略和區(qū)域信息。當(dāng)再次連入網(wǎng)絡(luò)后，自動更新該信息(圖5所示)。
[0125]在線電力需求相應(yīng)智能充電器的信息獲取模式:
[0126]為了響應(yīng)電力負(fù)荷分析中心端得到的需求響應(yīng)事件信息并從而進(jìn)行充電功率調(diào)整，智能化的需求響應(yīng)充電器需要一個能與電力負(fù)荷分析中心完成通信的模塊。這個模塊可以通過以下方式完成與電力負(fù)荷分析中心的通信和信息獲取:
[0127]d.利用待充電設(shè)備的通信模塊獲取需求響應(yīng)事件信息
[0128]鑒于用電設(shè)備的智能化的普遍性，很多充電器負(fù)載即待充電的設(shè)備(例如手機(jī)，手提電腦等)自身都具有通信模塊。負(fù)載可以在等待完成充電的過程中直接利用其本身含有的通信模塊從電力負(fù)荷分析中心獲取電力負(fù)荷需求響應(yīng)事件信息。在遠(yuǎn)程的服務(wù)器端，存有該用電器(手機(jī)，手提電腦)的所在地區(qū)的電力負(fù)荷信息，用電器通過互聯(lián)網(wǎng)登錄到遠(yuǎn)程服務(wù)器端。服務(wù)器通過該用電器的基本狀態(tài)屬性，例如用電器所在地點，目前時間，該用戶的當(dāng)前電力使用情況，該區(qū)域其他設(shè)備的耗電情況，實時的推送回該用電器，并提供一套相關(guān)的充電策略。該用電器通過策略來控制其充電器的工作行為，并利用OTG等類似技術(shù)直接向充電器發(fā)布指令(圖4所示)。
[0129]e.通過充電器端的獨立通信模塊獲取需求響應(yīng)事件信息
[0130]除了利用負(fù)載通訊的模式外，充電器本身也可以自帶通信模塊而與電力負(fù)荷分析中心進(jìn)行通信?？梢詾槌潆娖鞫嗽O(shè)計一個獨立的有線或無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊，例如無線數(shù)傳、WIF1、Bluetooth等，無論待充電的負(fù)載設(shè)備是否具有通信裝置，都可以與電力負(fù)荷分析中心通信并完成信息獲取，得到需求響應(yīng)事件信息。具體的通信流程類似于前面提到的利用待充設(shè)備的通信模塊的通訊流程。充電器利用WIFI，Bluet00th等手段登陸互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，獲取該區(qū)域該時間的充電策略。
[0131]f.通過電力載波傳送需求響應(yīng)事件信息
[0132]電力載波通訊是指利用現(xiàn)有電力線，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。這種技術(shù)也可用于獲取需求響應(yīng)事件信息?？梢詫㈦娏ω?fù)荷分析中心分析得到的需求響應(yīng)事件信號通過調(diào)制變?yōu)殡娏€信號，再通過耦合器將信號耦合到電力線上，充電器端作為接收點將電力線上的信號解耦、濾波、解調(diào)，就可以得到需求響應(yīng)事件信息了。具體的通信流程類似于前面提到的利用待充設(shè)備的通信模塊的通訊流程。充電器利用電力載波手段登陸互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，獲取該區(qū)域該時間的充電策略。
[0133]智能化需求相應(yīng)充電器的硬件組成:
[0134]整個設(shè)備(圖6)由控制器，變壓器，功率控制模塊，策略存儲器，屬性存儲器，通訊模塊，待充設(shè)備接口等幾部分組成?？刂破饔脕碚{(diào)度整個的邏輯流程，控制設(shè)備的正常工作。策略存儲器用來存放通過通訊獲得的當(dāng)前該充電器的策略信息，控制器通過利用該策略來控制功率調(diào)節(jié)模塊來控制最后輸出的充電功率。屬性存儲器用來存放該充電器的基本屬性，類似于一個身份認(rèn)證，包括一些基本信息，使用地點，時間，用電器類型，編號等等。通訊模塊可以根據(jù)應(yīng)用場景的不同而不同，可以是WIFI，或者Bluetooth的無線實現(xiàn)，也可以用USB和其待充設(shè)備進(jìn)行通訊，抑或利用電子載波信號通訊。
[0135]智能化需求響應(yīng)充電器的功率控制模塊:
[0136]在獲取到需求響應(yīng)事件信息之后，為了實現(xiàn)需求響應(yīng)，需要對充電功率進(jìn)行動態(tài)調(diào)控。在電力使用高峰期，要降低充電功率實現(xiàn)節(jié)能充電；在電力使用低谷期，要增加充電功率以實現(xiàn)低成本的充電。這部分功能由充電器的功率控制模塊完成。
[0137]功率控制模塊可以采用脈沖寬度調(diào)制等方式(PWM)，通過調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置來實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時間的改變。這樣，相當(dāng)于改變了充電器的輸入電壓的方波占空比，當(dāng)輸入電壓占空比越大時，充電電流越大，充電效率越高；相對的，當(dāng)輸入電壓占空比越小時，充電電流就越小，充電效率也越低。具體地，在本文所述的智能化需求響應(yīng)充電器設(shè)計中，當(dāng)遇到用電高峰、用電高價或者需要限電的情況，就調(diào)低輸入電壓的占空比，減小充電電流，例如可以考慮將功率調(diào)整到剛好維持用電設(shè)備正常運行，電量不會減少也不會增加，這樣能實現(xiàn)節(jié)能充電，同時又不會直接斷開用電設(shè)備的充電過程，不會影響設(shè)備的正常使用。而當(dāng)遇到用電低谷、用電低價或者其他電力資源空閑的情況，就可以調(diào)高占空比，增大充電電流，提高充電功率，加快完成充電過程。
[0138]當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種具有電力需求響應(yīng)功能的智能化充電方法，其特征在于，包括: 步驟1，智能化充電系統(tǒng)連接電源后，控制器判斷是否是在線情況，如果是在線情況，執(zhí)行步驟2，如果是離線情況，則執(zhí)行步驟5 ； 步驟2，所述智能化充電系統(tǒng)獲得本地基本屬性信息，并存入屬性存儲器； 步驟3，通訊器與電力負(fù)荷中心通訊并完成信息獲取，得到需求響應(yīng)事件信息，并存入策略存儲器； 步驟4，功率調(diào)節(jié)器根據(jù)所述需求響應(yīng)事件信息和本地基本屬性信息判斷此時是用電高峰、高價或需要限電的情況，或者是用電低谷、低價或電力資源空閑的情況，執(zhí)行步驟6; 步驟5，功率調(diào)節(jié)器根據(jù)上一次在線情況存入的策略存儲器信息或?qū)傩源鎯ζ餍畔⑴袛啻藭r處于用電高峰、高價或需要限電的情況，還是用電低谷、低價或電力資源空閑的情況，執(zhí)行步驟6 ; 步驟6，當(dāng)是用電高峰、高價或需要限電的情況時，調(diào)低輸入電壓的占空比，減小平均充電電流，從而調(diào)低充電功率；當(dāng)是用電低谷、低價或電力資源空閑的情況時，調(diào)高輸入電壓的占空比，增大充電電流，提高充電功率。
2.如權(quán)利要求1所述的智能化充電系統(tǒng)的智能充電方法，其特征在于，所述步驟2中:所述本地基本屬性信息是所述智能化充電系統(tǒng)通過通訊器獲得的，或者是預(yù)先固化在所述智能化充電系統(tǒng)內(nèi)的本地屬性信息。
3.如權(quán)利要求1所述的智能化充電系統(tǒng)的智能充電方法，其特征在于，所述步驟3中:獲得所述需求響應(yīng)事件信息還可以通過電力載波通訊方法獲得。
4.如權(quán)利要求1所述的智能化充電系統(tǒng)的智能充電方法，其特征在于，所述步驟3中所述通訊器是安裝在待充電設(shè)備或所述智能化充電系統(tǒng)上的。
5.如權(quán)利要求3所述的智能化充電系統(tǒng)的智能充電方法，其特征在于，所述電力載波通訊方法具體步驟為: 步驟100，電力負(fù)荷中心分析得到需求響應(yīng)事件信號； 步驟200，將所述需求響應(yīng)事件信號通過調(diào)制變?yōu)殡娏€信號； 步驟300，耦合器將所述電力線信號耦合到電力線上； 步驟400，所述智能化充電系統(tǒng)作為接收端將所述電力線上的電力線信號解耦、濾波、解調(diào)后得到需求響應(yīng)事件息。
6.一種具有電力需求響應(yīng)功能的智能化充電系統(tǒng)，其特征在于，包括: 控制模塊，用于調(diào)度所述智能化充電系統(tǒng)執(zhí)行在線情況還是離線情況，如果是在線情況執(zhí)行屬性存儲模塊，如果是離線情況，則執(zhí)行離線決策模塊； 屬性存儲模塊，用于所述智能化充電系統(tǒng)獲取并存放本地基本屬性信息，并執(zhí)行通訊模塊； 獲取信息模塊，用于通過通訊器與電力負(fù)荷分析中心通訊并完成信息獲取，得到需求響應(yīng)事件信息，并執(zhí)行策略存儲模塊； 策略存儲模塊，用于存放所述需求響應(yīng)事件信息，并執(zhí)行在線決策模塊； 在線決策模塊，用于根據(jù)所述需求響應(yīng)事件信息和本地基本屬性信息判斷此時是用電高峰、高價或需要限電的情況，或者用電低谷、低價或電力資源空閑的情況，并執(zhí)行功率調(diào)節(jié)模塊；離線決策模塊，根據(jù)上一次在線情況存入的策略存儲器信息或?qū)傩源鎯ζ餍畔⑴袛啻藭r處于用電高峰、高價或需要限電的情況，還是用電低谷、低價或電力資源空閑的情況，并執(zhí)行功率調(diào)節(jié)模塊； 功率調(diào)節(jié)模塊，用于當(dāng)是用電高峰、高價或需要限電的情況時，調(diào)低輸入電壓的占空t匕，減小充電電流，從而調(diào)低充電功率；當(dāng)是用電低谷、低價或電力資源空閑的情況時，調(diào)高輸入電壓的占空比，增大充電電流，從而提高充電功率。
7.如權(quán)利要求6所述的智能化充電系統(tǒng)的智能充電系統(tǒng)，其特征在于，所述屬性存儲模塊中:所述本地基本屬性信息是所述智能化充電系統(tǒng)通過通訊器獲得的，或者是預(yù)先固化在所述智能化充電系統(tǒng)內(nèi)的本地屬性信息。
8.如權(quán)利要求6所述的智能化充電系統(tǒng)，其特征在于，所述獲取信息模塊中:獲得所述需求響應(yīng)事件信息還可以通過電力載波通訊模塊獲得的。
9.如權(quán)利要求6所述的智能化充電系統(tǒng)，其特征在于，所述通訊器安裝在待充電設(shè)備或所述智能化充電系統(tǒng)上。
10.如權(quán)利要求8所述的智能化充電系統(tǒng)的智能充電方法，其特征在于，所述電力載波通訊模塊包括: 需求響應(yīng)事件信號獲取模塊，電力負(fù)荷中心分析得到需求響應(yīng)事件信號； 轉(zhuǎn)換模塊，將所述需求響應(yīng)事件信號通過調(diào)制變?yōu)殡娏€信號； 耦合模塊，耦合器將所述電力線信號耦合到電力線上； 接收處理模塊，所述智能化充電系統(tǒng)作為接收端將所述電力線上的電力線信號解耦、濾波、解調(diào)后得到需 求響應(yīng)事件信息。
【文檔編號】H02J13/00GK103812126SQ201210461238
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月15日
【發(fā)明者】王云芝, 張博寧, 王向東, 錢躍良, 羅海勇 申請人:中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所