充电设备集群的事件触发协商式功率控制方法及充电系统与流程

本技术涉及电动汽车充电领域，尤其涉及一种充电设备集群的事件触发协商式功率控制方法及充电系统。

背景技术：

1、目前，在多充电桩共享变压器容量的充电场站中，常规采用集中式总控架构进行负荷管理和功率调度。总控制器统一采集全站充电桩的运行数据，根据变压器容量上限计算各桩允许功率，并通过功率分配策略向各充电桩下发调度指令，各充电桩作为被动执行器按照指令输出功率。

2、在相关技术中，集中式总控架构下各充电桩的运行完全依赖于总控制器。当总控制器发生硬件故障、软件异常或通信中断时，全站充电桩将立即丧失动态调度能力，现有方案在总控失效后通常退回各桩预设的固定离线功率运行，导致变压器容量无法被动态利用，部分在线桩被迫降功率或停机，充电效率大幅下降。此外，该架构依赖总控周期性采集全站数据并下发指令，无论充电场站负荷状态是否变化，周期性通信始终持续，在稳态运行时产生大量无效通信开销，导致通信总线负载过高，严重影响其他控制报文的实时性。

3、因此，如何避免因总控制器故障导致充电桩集群调度瘫痪，同时降低周期性无效通信开销，是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供一种充电设备集群的事件触发协商式功率控制方法及充电系统，以避免因总控制器故障导致充电桩集群调度瘫痪，同时降低周期性无效通信开销。

2、为实现上述目的，本技术提供一种充电设备集群的事件触发协商式功率控制方法，应用于充电系统，所述充电系统包括至少两个功率模块和至少一个充电接口，各所述功率模块之间通过可控开关连接；所述方法包括：

3、检测总控节点的心跳状态，根据所述心跳状态在集中协调模式与分布式自治模式之间执行运行模式切换；

4、在切换后的所述运行模式下进行触发事件检测；

5、在未检测到触发事件时，维持各设备处于零协商静默状态；

6、在检测到至少一类触发事件时，启动分布式协商，以当前功率相对于需求功率的可降低比例作为一致性变量对各设备进行迭代更新，直至各设备的所述一致性变量收敛至全局一致值；

7、根据收敛后的所述全局一致值，确定各设备的约束后功率上限；

8、根据所述约束后功率上限执行功率控制。

9、可选地，所述根据所述心跳状态在集中协调模式与分布式自治模式之间执行运行模式切换，包括：

10、当连续未收到所述总控节点的心跳报文的周期数达到第一预设阈值时，从所述集中协调模式切换至所述分布式自治模式；

11、当在所述分布式自治模式下连续收到所述总控节点的心跳报文的周期数达到第二预设阈值时，从所述分布式自治模式切换回所述集中协调模式；

12、所述模式切换由各设备独立执行，切换过程中不中断功率输出。

13、可选地，所述触发事件包括以下四类：

14、总功率越限事件，为所有设备实时总功率超出总容量上限的预设检测阈值时触发，或实时总功率恢复至总容量上限的预设退出阈值时触发退出；

15、单设备功率偏差事件，为任一设备当前功率与协商确定的功率上限的偏差超过预设偏差阈值时触发；

16、拓扑状态突变事件，为新设备接入、设备退出或设备需求功率变化量超过预设阈值时触发；

17、通信失联事件，为邻居设备心跳报文连续超时预设次数时触发。

18、可选地，所述方法还包括：

19、根据总负载率动态调节所述总功率越限事件的所述预设检测阈值和所述单设备功率偏差事件的所述预设偏差阈值；

20、当总负载率高于预设高负载阈值时，将所述预设检测阈值和所述预设偏差阈值缩小；

21、当总负载率低于预设低负载阈值时，将所述预设检测阈值和所述预设偏差阈值扩大。

22、可选地，所述启动分布式协商，以当前功率相对于需求功率的可降低比例作为一致性变量对各设备进行迭代更新，直至各设备的所述一致性变量收敛至全局一致值，包括：

23、将各设备的所述一致性变量发送至邻居设备，并接收所述邻居设备的所述一致性变量；

24、为各设备的所有所述邻居设备分配权重值，其中，所述权重值根据设备在物理拓扑中的邻居关系确定，互不为邻居的设备之间的权重为零；

25、根据各设备的自身权重和各所述邻居设备的权重，对各设备的所述一致性变量和接收到的邻居设备的所述一致性变量进行加权合并，更新各设备的所述一致性变量；

26、重复上述发送、接收和加权合并过程，直至所有设备的所述一致性变量之间的偏差小于预设收敛精度。

27、可选地，所述权重值的确定方式为：

28、当前设备赋予所述邻居设备的权重与所述当前设备的邻居数量和所述邻居设备的邻居数量中的最大值成反比；

29、所述当前设备赋予自身的权重为1减去赋予所有所述邻居设备的权重之和。

30、可选地，所述根据收敛后的全局一致值，确定各设备的约束后功率上限，包括：

31、按优先级嵌套计算三层约束功率边界，第一优先级为各设备的需求功率上限，第二优先级为各设备的安全功率上限，第三优先级为所有设备的总容量功率上限；

32、以所述全局一致值与各设备的所述需求功率上限的乘积作为所述约束后功率上限；

33、通过所述三层约束功率边界对所述约束后功率上限进行校验；

34、当所述三层约束中的所述总容量功率上限被触发时，计算各设备在所述需求功率上限约束和所述安全功率上限约束下能够承担的均分降载额度；

35、若全部设备的可降载裕度均足以承担所述均分降载额度，则对各设备执行均分降载；

36、若部分设备的可降载裕度不足以承担所述均分降载额度，则按各设备的可降载裕度加权分配降载额度；

37、若加权分配后仍超出总容量功率上限，则触发过载保护，将各设备的功率降至预设保护比例。

38、可选地，所述方法还包括：

39、检测邻居设备的在线状态，将连续未收到心跳报文的设备标记为离线设备；

40、监测所述离线设备实际运行的瞬时功率；

41、获取所述离线设备的预估功率，根据所述预估功率与所述瞬时功率的差值计算可释放容量；

42、将所述可释放容量加入可分配容量池，并按各在线设备的需求功率比例分配至各在线设备。

43、可选地，所述方法还包括：

44、检测设备集群是否处于非满配状态；

45、当处于非满配状态时，根据总容量功率上限与所有在线设备当前实际功率之和及所有离线设备当前实际功率之和的关系确定闲置容量值；

46、当所述闲置容量值大于零时，按各所述在线设备的需求功率占所有所述在线设备的需求总功率的比例，将所述闲置容量分配至各所述在线设备。

47、此外，为实现上述目的，本技术还提供了一种充电系统，包括：多个充电桩，各充电桩均设置有本地控制器和邻居通信模块，所述本地控制器用于执行如上述任一种的充电设备集群的事件触发协商式功率控制方法，所述邻居通信模块用于实现各充电桩之间的数据交互。

48、本技术实施例提出的一种充电设备集群的事件触发协商式功率控制方法及充电系统，通过检测总控节点的心跳状态并根据心跳状态在集中协调模式与分布式自治模式之间执行模式切换，实现了总控故障时各设备自动切换至分布式自治模式继续运行，避免了对单一总控节点的依赖；通过在切换后的运行模式下进行触发事件检测，在未检测到触发事件时维持各设备处于零协商静默状态，仅在检测到触发事件时才启动分布式协商，避免了周期性无效通信；通过以当前功率相对于需求功率的可降低比例作为一致性变量对各设备进行迭代更新直至收敛，实现了各设备降载义务的公平分摊，且不受设备数量增加的影响；通过根据收敛后的全局一致值确定各设备的约束后功率上限并据此执行功率控制，确保了功率分配结果满足各设备的物理极限。由于本技术在总控节点失效时各设备可自动切换至分布式自治模式继续执行分布式协商，无需人工干预、不中断功率输出，从根本上消除了集中式单点故障风险；同时，本技术仅在触发事件发生时启动协商，无事件时设备间仅维持心跳通信，与现有技术的周期性轮询方案相比，通信开销大幅降低，有效释放了通信总线资源；此外，基于一致性变量的迭代更新过程消除了对全局信息的需求，保证了方案在大规模设备集群下的可扩展性。因此，本技术实现了在避免总控单点故障导致调度瘫痪的同时降低周期性无效通信开销的技术效果，解决了充电设备集群因依赖集中式总控而存在的可靠性低和通信开销大的技术问题。