本發(fā)明具體涉及一種臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁的用電管理裝置及管理方法。

背景技術(shù)：

隨著國(guó)家大力發(fā)展電動(dòng)汽車，充電樁作為電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)建設(shè)，按照國(guó)家的規(guī)劃至2020年建設(shè)成480萬套充電樁，其中80%為私人自建樁，而臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁集群給電動(dòng)汽車充會(huì)為臺(tái)區(qū)內(nèi)變壓器負(fù)荷帶來非常大的沖擊，由于臺(tái)區(qū)內(nèi)變壓器容量在臺(tái)區(qū)建設(shè)之初就已經(jīng)根據(jù)臺(tái)區(qū)用電情況確認(rèn)完畢，而目前的充電樁充電負(fù)荷對(duì)于臺(tái)區(qū)來說是一個(gè)增量負(fù)荷，且負(fù)荷波動(dòng)大，不穩(wěn)定。單純通過變壓器擴(kuò)容不能有效的解決這個(gè)問題，更何況無論從經(jīng)濟(jì)角度或者施工難度來說，大規(guī)模的變壓器擴(kuò)容行為顯得有些不符實(shí)際。

目前實(shí)現(xiàn)方案中，傳統(tǒng)電力配電自動(dòng)化終端的功能僅包括模擬量采集，遙信量采集，保護(hù)出口，數(shù)據(jù)上傳等，它的主要目的是實(shí)現(xiàn)保護(hù)出口，事件和數(shù)據(jù)上傳，當(dāng)臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁集群投入充電樁數(shù)量較多的時(shí)候，會(huì)造成臺(tái)區(qū)瞬時(shí)負(fù)荷過大，當(dāng)負(fù)荷超過電力配電自動(dòng)化終端的設(shè)置值，電力配電自動(dòng)化終端會(huì)保護(hù)跳閘，以此來保護(hù)變壓器，此時(shí)臺(tái)區(qū)大面積停電，會(huì)使正常用電用戶受到停電影響，這種“一刀切”的管理方式比較粗狂，顯然無法適應(yīng)目前臺(tái)區(qū)的用電負(fù)荷的變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁的自動(dòng)化有序管理，從而保證臺(tái)區(qū)用電安全和科學(xué)的臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁的用電管理裝置。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種實(shí)施所述臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁的用電管理裝置的臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁的用電管理方法。

本發(fā)明提供的這種臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁的用電管理裝置，包括電源模塊、控制模塊、測(cè)量模塊和通信模塊；電源模塊給所述其他模塊供電；測(cè)量模塊用于測(cè)量充電樁的用電信息數(shù)據(jù)和電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并上傳至控制模塊；控制模塊用于根據(jù)測(cè)量模塊上傳的數(shù)據(jù)做出決策，并通過通信模塊對(duì)充電樁發(fā)出控制信號(hào)，控制充電樁的通/斷電狀態(tài)和充電功率。

所述的通信模塊包括寬帶載波通信電路、GPRS通信電路、3G通信電路和4G通信電路和若干路串口通信電路。

所述的電源模塊包括AC 380V/DC 24V轉(zhuǎn)換電路、DC 24V/ DC 5V轉(zhuǎn)換電路和超級(jí)電容充放電電路；所述超級(jí)電容充放電電路用于在外部380V電源未供電時(shí)，提供備用電源對(duì)所述用電管理裝置供電。

所述的測(cè)量模塊包括若干路電壓互感器、若干路電流互感器、若干路遙信輸入接口、信號(hào)處理電路、AD轉(zhuǎn)換電路、控制器芯片和串口通信電路；電壓互感器、電流互感器通過信號(hào)處理電路和AD轉(zhuǎn)換電路與控制器芯片連接，用于將外部充電樁和電力系統(tǒng)的電壓和電流參數(shù)進(jìn)行采樣、處理、AD轉(zhuǎn)換并送入控制器；遙信輸入接口直接連接控制器，用于將外部系統(tǒng)與所述測(cè)控模塊的遙信信號(hào)輸入控制器芯片；串口通信電路用于將所述計(jì)量模塊的數(shù)據(jù)上傳至控制模塊。

所述的控制器芯片采用型號(hào)為TMS320C6747的控制器芯片。

所述的控制模塊包括控制板、看門狗電路、外擴(kuò)存儲(chǔ)器和外擴(kuò)接口；控制板通過通信總線與測(cè)量模塊、通信模塊連接；控制板用于根據(jù)上傳的數(shù)據(jù)信號(hào)下發(fā)對(duì)臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁的控制指令；外擴(kuò)存儲(chǔ)器和外擴(kuò)接口均與控制板連接；外擴(kuò)存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)控制板的運(yùn)行參數(shù)和數(shù)據(jù)；外擴(kuò)接口用于提供控制板與外部設(shè)備之間通信的接口電路。

所述的控制板采用型號(hào)為Atmel 9260的控制板。

所述的外擴(kuò)接口包括以太網(wǎng)光纖通信接口、遙信通信接口和RS485通信接口。

本發(fā)明還提供了一種所述臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁的用電管理裝置的用電管理方法，包括如下步驟：

S1. 獲取臺(tái)區(qū)內(nèi)電力系統(tǒng)的極限工況參數(shù)，并事先存儲(chǔ)臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁的限電流程、限電復(fù)歸流程、停電流程和停電復(fù)歸流程；

S2. 實(shí)時(shí)采集臺(tái)區(qū)配電變低壓側(cè)用電負(fù)荷工況和臺(tái)區(qū)內(nèi)所有充電樁的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算臺(tái)區(qū)變壓器的工況參數(shù)和充電樁的工況參數(shù)；

S3. 根據(jù)步驟S1得到的臺(tái)區(qū)內(nèi)電力系統(tǒng)的極限工況參數(shù)和步驟S2得到的實(shí)時(shí)參數(shù)，采用如下規(guī)則對(duì)臺(tái)區(qū)內(nèi)的充電樁進(jìn)行用電管理：

A. 當(dāng)臺(tái)區(qū)變壓器的使用功率大于限電功率定值且達(dá)到限電延時(shí)值時(shí)，對(duì)充電樁發(fā)出限電命令；限電狀態(tài)下當(dāng)臺(tái)區(qū)變壓器的使用功率小于限電復(fù)歸設(shè)定值時(shí)，對(duì)充電樁發(fā)送限電復(fù)歸命令；

B. 當(dāng)臺(tái)區(qū)變壓器的使用功率大于停電功率定值且達(dá)到停電延時(shí)值時(shí)，對(duì)充電樁發(fā)出停電命令；停電狀態(tài)下當(dāng)臺(tái)區(qū)變壓器的使用功率小于停電復(fù)歸設(shè)定值時(shí)，對(duì)充電樁發(fā)送停電復(fù)歸命令。

所述的臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁的用電管理方法還包括如下步驟：

S4. 當(dāng)與任一臺(tái)充電樁通訊失敗時(shí)，上報(bào)該異常狀態(tài)給主站，并停止對(duì)該充電樁的控制，直到恢復(fù)通訊。

步驟S1所述的臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁的限電流程包括按照充電電量執(zhí)行限電、按照充電電流大小執(zhí)行限電、按照充電樁編號(hào)執(zhí)行限電或按照充電樁充電投入充電的先后時(shí)間執(zhí)行限電；所述的限電復(fù)歸流程包括按照充電電量執(zhí)行復(fù)歸、按照充電電流大小執(zhí)行復(fù)歸、按照充電樁編號(hào)執(zhí)行復(fù)歸或按照充電樁充電投入充電的先后時(shí)間執(zhí)行復(fù)歸。

步驟S1所述的臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁的停電流程包括按照充電電量執(zhí)行停電、按照充電電流大小執(zhí)行停電、按照充電樁編號(hào)執(zhí)行停電或按照充電樁充電停止充電的先后時(shí)間執(zhí)行停電；所述的停電復(fù)歸流程包括按照充電電量執(zhí)行復(fù)歸、按照充電電流大小執(zhí)行復(fù)歸、按照充電樁編號(hào)執(zhí)行復(fù)歸或按照充電樁充電停止充電的先后時(shí)間執(zhí)行復(fù)歸。

步驟S2所述的臺(tái)區(qū)配電變低壓側(cè)用電負(fù)荷工況，具體包括采集三相電壓，三相電流，總有功功率和總功率因數(shù)。

步驟S2所述的充電樁的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，具體包括充電樁的充電狀態(tài)及充電實(shí)時(shí)電參量信息。

步驟S3所述的限電復(fù)歸設(shè)定值為限電功率定值的90%；步驟S3所述的停電復(fù)歸設(shè)定值為停電功率定值的90%。

本發(fā)明提供的這種臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁的用電管理裝置，通過測(cè)量充電樁的工作參數(shù)和電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，然后測(cè)量的參數(shù)送入控制板進(jìn)行比對(duì)，并最終通過本發(fā)明提供的用電管理方法進(jìn)行決策和下發(fā)控制指令，因此本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁的自動(dòng)化有序管理，從而保證臺(tái)區(qū)用電安全和科學(xué)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置的功能模塊圖。

圖2為本發(fā)明裝置的電源模塊的電路原理圖。

圖3為本發(fā)明裝置的測(cè)量模塊的信號(hào)處理電路的電路原理圖。

圖4為本發(fā)明裝置的控制模塊的看門狗電路的電路原理圖。

圖5為本發(fā)明裝置的控制模塊的外擴(kuò)接口的以太網(wǎng)光纖通信電路原理圖。

圖6為本發(fā)明方法的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供的這種臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁的用電管理裝置，包括電源模塊、控制模塊、測(cè)量模塊和通信模塊；電源模塊給所述其他模塊供電；測(cè)量模塊用于測(cè)量充電樁的用電信息數(shù)據(jù)和電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并上傳至控制模塊；控制模塊用于根據(jù)測(cè)量模塊上傳的數(shù)據(jù)做出決策，并通過通信模塊對(duì)充電樁發(fā)出控制信號(hào)，控制充電樁的通/斷電狀態(tài)和充電功率。

通信模塊包括寬帶載波通信電路、GPRS通信電路、3G通信電路和4G通信電路和若干路串口通信電路。電源模塊包括AC 380V/DC 24V轉(zhuǎn)換電路、DC 24V/ DC 5V轉(zhuǎn)換電路和超級(jí)電容充放電電路；所述超級(jí)電容充放電電路用于在外部380V電源未供電時(shí)，提供備用電源對(duì)所述用電管理裝置供電。測(cè)量模塊包括若干路電壓互感器、若干路電流互感器、若干路遙信輸入接口、信號(hào)處理電路、AD轉(zhuǎn)換電路、控制器芯片和串口通信電路；電壓互感器、電流互感器通過信號(hào)處理電路和AD轉(zhuǎn)換電路與控制器芯片連接，用于將外部充電樁和電力系統(tǒng)的電壓和電流參數(shù)進(jìn)行采樣、處理、AD轉(zhuǎn)換并送入控制器；遙信輸入接口直接連接控制器，用于將外部系統(tǒng)與所述測(cè)控模塊的遙信信號(hào)輸入控制器芯片；串口通信電路用于將所述計(jì)量模塊的數(shù)據(jù)上傳至控制模塊。控制模塊包括控制板、看門狗電路、外擴(kuò)存儲(chǔ)器和外擴(kuò)接口；控制板通過通信總線與測(cè)量模塊、通信模塊連接；控制板用于根據(jù)上傳的數(shù)據(jù)信號(hào)下發(fā)對(duì)臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁的控制指令；外擴(kuò)存儲(chǔ)器和外擴(kuò)接口均與控制板連接；外擴(kuò)存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)控制板的運(yùn)行參數(shù)和數(shù)據(jù)；外擴(kuò)接口用于提供控制板與外部設(shè)備之間通信的接口電路?？刂瓢宀捎眯吞?hào)為Atmel 9260的控制板。外擴(kuò)接口包括以太網(wǎng)光纖通信接口、遙信通信接口和RS485通信接口。此外，測(cè)量模塊還包括緩沖電路、光電隔離、輸入保護(hù)等保護(hù)電路，用于保護(hù)測(cè)量模塊的電路；測(cè)量模塊的核心控制芯片TMS320C6747

如圖2所示為本發(fā)明裝置的電源模塊的電路原理圖：外部的380V交流電能輸入電路后，通過型號(hào)為RAZQ1212V30的整流電源模塊輸出兩路直流24V電能；其中一路24V電能通過型號(hào)為L(zhǎng)M22676MR的電源芯片輸出直流5V電源，另一路通過型號(hào)為SPX29302T5的電源芯片輸出DC7.6V電能，再通過一路開關(guān)管電路連接超級(jí)電容（圖中標(biāo)示BT1和BT2），并為超級(jí)電容提供充電電路；此外，超級(jí)電容的輸出端還通過另一路開關(guān)電路、另一路型號(hào)為SPX29302T5的電源芯片輸出5V電源，作為備用的輔助供電電路。

如圖3所示為本發(fā)明裝置的測(cè)量模塊的信號(hào)處理電路的電路原理圖：測(cè)量模塊的采樣信號(hào)輸入電路后，通過保護(hù)電路和濾波電路后，再通過由運(yùn)放（圖中標(biāo)示MCP604T-I/SL）組成的電壓跟隨器，再通過信號(hào)積分電路（運(yùn)放MCP604T-I/SL、電阻R35和電容C20）進(jìn)行信號(hào)的積分運(yùn)算，再次通過型號(hào)為HCNR200的電壓隔離芯片后，再通過后續(xù)的信號(hào)調(diào)理電路，最終輸出差分的AD轉(zhuǎn)換信號(hào)。

如圖4所示為本發(fā)明裝置的控制模塊的看門狗電路的電路原理圖：控制芯片的喂狗信號(hào)（圖中標(biāo)示W(wǎng)ATCH_DOG）連接到型號(hào)為74HC4060的計(jì)數(shù)器的置位引腳，將計(jì)數(shù)器不斷置位；一旦控制芯片發(fā)生故障并停止喂狗（喂狗信號(hào)WATCH_DOG持續(xù)為高電平），則計(jì)數(shù)器自動(dòng)計(jì)數(shù)，一旦達(dá)到設(shè)定值，計(jì)數(shù)器的3號(hào)引腳輸出高電平，通過型號(hào)為TPS27081的開關(guān)芯片將控制器的電源斷電；斷電后，喂狗信號(hào)WATCH_DOG恢復(fù)低電平，此時(shí)控制器的電源復(fù)電，達(dá)到控制器重新啟動(dòng)的目的。

如圖5所示為本發(fā)明裝置的控制模塊的外擴(kuò)接口的以太網(wǎng)光纖通信電路原理圖：所述的以太網(wǎng)光纖通信電路的核心芯片的型號(hào)為KSZ8893；芯片的52腳、53腳為接收端，通過型號(hào)為H1102的網(wǎng)絡(luò)電壓控制器連接以太網(wǎng)接口；同樣的，芯片的55腳、56腳為發(fā)送端，同樣通過型號(hào)為H1102的網(wǎng)絡(luò)電壓控制器連接以太網(wǎng)接口。

如圖6所示為本發(fā)明方法的方法流程圖：本發(fā)明提供的這種所述臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁的用電管理裝置的用電管理方法，包括如下步驟：

S1. 獲取臺(tái)區(qū)內(nèi)電力系統(tǒng)的極限工況參數(shù)，并事先存儲(chǔ)臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁的限電流程、限電復(fù)歸流程、停電流程和停電復(fù)歸流程；

所述的臺(tái)區(qū)內(nèi)充電樁的限電流程包括按照充電電量執(zhí)行限電、按照充電電流大小執(zhí)行限電、按照充電樁編號(hào)執(zhí)行限電或按照充電樁充電投入充電的先后時(shí)間執(zhí)行限電；所述的限電復(fù)歸流程包括按照充電電量執(zhí)行復(fù)歸、按照充電電流大小執(zhí)行復(fù)歸、按照充電樁編號(hào)執(zhí)行復(fù)歸或按照充電樁充電投入充電的先后時(shí)間執(zhí)行復(fù)歸；

按照充電電量執(zhí)行停電、按照充電電流大小執(zhí)行停電、按照充電樁編號(hào)執(zhí)行停電或按照充電樁充電停止充電的先后時(shí)間執(zhí)行停電；所述的停電復(fù)歸流程包括按照充電電量執(zhí)行復(fù)歸、按照充電電流大小執(zhí)行復(fù)歸、按照充電樁編號(hào)執(zhí)行復(fù)歸或按照充電樁充電停止充電的先后時(shí)間執(zhí)行復(fù)歸；

S2. 實(shí)時(shí)采集臺(tái)區(qū)配電變低壓側(cè)用電負(fù)荷工況和臺(tái)區(qū)內(nèi)所有充電樁的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算臺(tái)區(qū)變壓器的工況參數(shù)和充電樁的工況參數(shù)；

所述的臺(tái)區(qū)配電變低壓側(cè)用電負(fù)荷工況，具體包括采集三相電壓，三相電流，總有功功率和總功率因數(shù)；所述的充電樁的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)，具體包括充電樁的充電狀態(tài)及充電實(shí)時(shí)電參量信息；

S3. 根據(jù)步驟S1得到的臺(tái)區(qū)內(nèi)電力系統(tǒng)的極限工況參數(shù)和步驟S2得到的實(shí)時(shí)參數(shù)，采用如下規(guī)則對(duì)臺(tái)區(qū)內(nèi)的充電樁進(jìn)行用電管理：

A. 當(dāng)臺(tái)區(qū)變壓器的使用功率大于限電功率定值且達(dá)到限電延時(shí)值時(shí)，對(duì)充電樁發(fā)出限電命令；限電狀態(tài)下當(dāng)臺(tái)區(qū)變壓器的使用功率小于限電復(fù)歸設(shè)定值（比如90%）時(shí)，對(duì)充電樁發(fā)送限電復(fù)歸命令；

B. 當(dāng)臺(tái)區(qū)變壓器的使用功率大于停電功率定值且達(dá)到停電延時(shí)值時(shí)，對(duì)充電樁發(fā)出停電命令；停電狀態(tài)下當(dāng)臺(tái)區(qū)變壓器的使用功率小于停電復(fù)歸設(shè)定值（比如90%）時(shí)，對(duì)充電樁發(fā)送停電復(fù)歸命令；

S4. 當(dāng)與任一臺(tái)充電樁通訊失敗時(shí)，上報(bào)該異常狀態(tài)給主站，并停止對(duì)該充電樁的控制，直到恢復(fù)通訊。