一种电力负荷自适应的社区充电桩控制系统的制作方法

1.本发明涉及充电控制技术领域，特别涉及一种电力负荷自适应的社区充电桩控制系统。


背景技术：

2.随着新能源汽车的发展，电动汽车的数量会越来越多，电动汽车充电难一直是亟需解决的问题；尤其对于老旧小区，高峰时用电负荷余量不多，变压器增容困难，若安装充电桩后，在用电高峰期进行电动汽车的充电会超高用电负荷，极易引发线路烧毁等问题，因此在老旧小区存在安装充电桩困难的情形。


技术实现要素：

3.本发明目的之一在于提供了一种电力负荷自适应的社区充电桩控制系统，根据社区的电力输出设备（变压器）的实时负荷，调整充电桩的充电个数及电流大小，使得居民用电多时少充电或不充电、居民用电少时有序充电，达到电力输出设备不超负荷，实现老旧小区充电桩的安装。
4.本发明实施例提供的一种电力负荷自适应的社区充电桩控制系统，包括：电力输出检测模块，设置在社区的电力输出设备的输出端；至少一个电力输出控制模块，一一对应设置在充电桩的电力供给端；中央控制器，分别与电力输出检测模块和电力输出控制模块通讯连接；中央控制器执行如下操作：通过电力输出检测模块检测电力输出设备的输出参数；基于输出参数，确定剩余负荷；基于剩余负荷，通过电力输出控制模块控制各个电力供给端的供给参数。
5.优选的，电力输出检测模块包括：第一电流互感器，套设在电力输出设备的输出端的输出线路上；第一电流表，与第一电流互感器的电力输出端连接；第二电流互感器，套设在第一电流表和第一电流互感器之间的电路连接线上；负载电阻，与第二电流互感器的电力输出端连接；数据采集单元，与负载电阻并联，用于采集负载电阻的两端的第一电压信号；第一控制单元，与数据采集单元电连接；第一通讯单元，与第一控制单元电连接，用于与中央控制器通讯连接；第一控制单元通过数据采集单元采集第一电压信号并将第一电压信号通过第一通讯单元发送至中央控制器。
6.优选的，中央控制器基于输出参数，确定剩余负荷，执行如下操作：获取预设的社区的电力输出设备的最大容许负荷；基于输出参数，确定当前负荷；
获取社区的电力输出设备的负荷数据记录；基于负荷数据记录，确定负荷波动预测值；基于最大容许负荷、当前负荷和负荷波动预测值，确定剩余负荷。
7.优选的，中央控制器基于负荷数据记录，确定负荷波动预测值，执行如下操作：基于预设的时间段对负荷数据记录进行分段并筛选，获取待分析数据；基于预设的特征提取模板，对待分析数据进行特征提取，获取多个第一特征值；将多个第一特征值按特征提取的顺序进行排列，构建特征编码；获取预设的负荷波动预测库；将特征编码与负荷波动预测库中各个预测编码进行匹配；将负荷波动预测库中与特征编码匹配的预测编码对应关联的波动值作为负荷波动预测值。
8.优选的，电力输出控制模块包括：电控开关，设置在电力供给端的供给线路上；开关控制单元，与电控开关电连接；pwm信号发生器，与开关控制单元电连接；第二通讯单元，与pwm信号发生器电连接，用于与中央控制器通讯连接。
9.优选的，电力负荷自适应的社区充电桩控制系统，还包括：至少一个接入检测模块，与电力输出控制模块一一对应，用于检测充电桩的接入状态；其中，接入检测模块包括：电压检测模块，用于检测充电桩的电力供给端的接入端的第二电压信号；图像检测模块，用于拍摄充电桩对应的停车区域的图像；第二控制单元，分别与电压检测模块和图像检测模块电连接；第三通讯单元，与第二控制单元电连接。
10.优选的，第二控制单元执行如下操作：通过电压检测模块检测第二电压信号；通过图像检测模块拍摄图像；对图像进行识别，确定停车区域是否停车，以及当停车时位于停车区域内的车辆的车辆信息；解析第二电压信号，确定电压值；将停车区域是否停车、电压值和车辆信息，作为使用状态信息；通过第三通讯单元将使用状态信息发送至中央控制器；其中，车辆信息包括：车牌号、车辆类型、车辆型号、车辆品牌其中一种或多种结合。
11.优选的，中央控制器基于剩余负荷，通过电力输出控制模块控制各个电力供给端的供给参数，执行如下操作：基于使用状态信息，确定需求充电的充电桩以及各个需求充电的充电桩的使用负荷；对社区内的所有的充电装的使用负荷进行统计，确定总需求负荷；
当总需求负荷小于等于剩余负荷时，将预设的第一控制信号发送至各个需求充电的充电桩对应的电力输出控制模块；当总需求负荷大于剩余负荷时，基于使用状态信息，确定各个需求充电的优先值；基于优先值，确定各个需求充电的充电桩对应的电力输出控制模块的第二控制信号并发送。
12.优选的，中央控制器基于优先值，确定各个需求充电的充电桩对应的电力输出控制模块的第二控制信号，执行如下操作：按照优先值从大到小的顺序对各个需求充电的充电桩进行排序，确定排序表；依次提取排序表中的各个需求充电的充电桩的使用负荷并累加，确定累加负荷并将累加负荷与剩余负荷进行比较；当累加负荷大于剩余负荷时，将本次用于累加的新的需求充电的充电桩作为参考点；提取排序表中参考点前一位的优先值作为第一数据值、参考点对应的优先值为第二数据值；当第一数据值与第二数据值不同时，将上一次累加的所有的需求充电的充电桩置入第一待分配列表；确定第一待分配列表对应的累加负荷；计算剩余负荷和累加负荷的差值，作为参考点对应的充电桩的容许负荷；基于容许负荷、车辆信息和预设的信号确定库，确定参考点对应的第二控制信号；确定预设的第一控制信号作为第一待分配列表中的各个充电桩对应的第二控制信号；当第一数据值与第二数据值相同时，将上一次累加的所有的需求充电的充电桩中优先值与参考点优先值不同的充电桩置入第一待分配列表；将排序表中优先值与参考点的优先值相同的充电桩置入第二待分配列表；计算剩余负荷和累加负荷的差值并确定第二待分配列表中各个充电桩对应的容许负荷；基于容许负荷、车辆信息和预设的信号确定库，确定第二待分配列表中各个充电桩对应的第二控制信号；确定预设的第一控制信号作为第一待分配列表中的各个充电桩对应的第二控制信号。
13.优选的，优先值的确定步骤如下：解析车辆信息，确定车牌号；获取与车牌号对应关联的权限值；获取与车牌号对应关联的充电记录；对充电记录进行特征提取，确定多个第二特征值；基于车辆信息和电压值，确定需求充电电量；基于当前时间、权限值、多个第二特征值和需求充电电量，构建优先值分析向量；将优先值分析向量与预设的确定库中各个标准向量进行匹配，提取与优先值分析向量匹配的标准向量对应关联的数据值作为优先值。
14.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
15.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
16.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明实施例中一种电力负荷自适应的社区充电桩控制系统的示意图；图2为电力输出检测模块的设置示意图；图3为电力输出检测模块的数据采集单元的电路示意图。
具体实施方式
17.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
18.本发明实施例提供了一种电力负荷自适应的社区充电桩控制系统，如图1所示，包括：电力输出检测模块1，设置在社区的电力输出设备的输出端；至少一个电力输出控制模块3，一一对应设置在充电桩的电力供给端；中央控制器2，分别与电力输出检测模块1和电力输出控制模块3通讯连接；中央控制器2执行如下操作：通过电力输出检测模块1检测电力输出设备的输出参数；基于输出参数，确定剩余负荷；基于剩余负荷，通过电力输出控制模块3控制各个电力供给端的供给参数。
19.上述技术方案的工作原理及有益效果为：中央控制器2为社区的充电桩的充电统筹核心。首先采用电力输出检测模块1检测电力输出设备的输出参数；明确了输出参数后，才能确定剩余负荷，最后通过剩余负荷进行充电桩的电力分配，实现了不影响居民正常用电的情况下对电动车的充电。其中，剩余负荷就是当前还能加载在电力输出设备的负荷；中央控制器2的控制理念是社区内各个充电桩的需求负荷的总和不能超过剩余负荷，避免电力输出设备负荷超限；实际在老旧小区实施时，充电桩从电力输出设备上引出的线路与居民用电的线路独立开，这样设置在居民用电线路上的电力输出检测模块1检测的就是居民用电，在充电桩的线路上检测的就是充电桩的用电；通过两个线路的总检测值，当超过最大容许负荷时，切断充电桩线路的电能供给，保证用电安全。
20.在一个实施例中，如图2所示，电力输出检测模块1包括：第一电流互感器12，套设在电力输出设备的输出端的输出线路11上；第一电流表13，与第一电流互感器12的电力输出端连接；第二电流互感器14，套设在第一电流表13和第一电流互感器12之间的电路连接线上；
负载电阻15，与第二电流互感器14的电力输出端连接；数据采集单元，与负载电阻并联，用于采集负载电阻的两端的第一电压信号；第一控制单元，与数据采集单元电连接；第一通讯单元，与第一控制单元电连接，用于与中央控制器2通讯连接；第一控制单元通过数据采集单元采集第一电压信号并将第一电压信号通过第一通讯单元发送至中央控制器2。
21.上述技术方案的工作原理及有益效果为：变压器的电流是零至几百安培，因此第一电流互感器12一般采用几百比五，即第一电流互感器12的输出为零至五安培；第二电流互感器14在第一电流互感器的“副边”上，即零至五安培的一侧，第二电流互感器14为五安培比五毫安培；在第二电流互感器14的副边上接40欧姆负载电阻15，负载电阻15上的第一电压信号为0~200毫伏的电压信号；数据采集单元采集第一电压信号后发送至中央控制器2；数据采集单元包括：测量芯片att7702或兼容的其它芯片；第一控制单元包括单片机；第一通讯单元包括电力载波通讯模块、互联网通讯模块、蓝牙通讯模块、wifi通讯模块、红外通讯模块其中一种或多种结合。图3为数据采集单元的采集电路。此外，在一些小区内，第一电流互感器12为原有设置，因此实施申请时只需将第二电流互感器14装载至原有的第一电流互感器12上即可。
22.在一个实施例中，中央控制器2基于输出参数，确定剩余负荷，执行如下操作：获取预设的社区的电力输出设备的最大容许负荷；最大容许负荷包括：最大容许电流；基于输出参数，确定当前负荷；当前负荷包括：当前电流；获取社区的电力输出设备的负荷数据记录；即通过电力输出设备的历史输出参数确定的负荷数据记录；基于负荷数据记录，确定负荷波动预测值；基于最大容许负荷、当前负荷和负荷波动预测值，确定剩余负荷。剩余负荷为最大容许负荷减去当前负荷以及负荷波动预测值；通过负荷波动值的预测，将可能影响的因数考虑，避免负荷瞬间波动造成电力输出设备过载，保障电力输出设备的安全性能。
23.其中，中央控制器2基于负荷数据记录，确定负荷波动预测值，执行如下操作：基于预设的时间段对负荷数据记录进行分段并筛选，获取待分析数据；例如：将每十分钟的负荷记录数据分段为一个数据单元，将每天对应当前时刻的数据单元提取出来作为待分析数据；基于预设的特征提取模板，对待分析数据进行特征提取，获取多个第一特征值；第一特征值包括：标示今天之前n天内的数据单元的每天对应的平均负荷的特征值、标示前m个月的每个月对应的平均负荷的特征值、以及每年对应今天的月份的平均负荷的特征值等；将多个第一特征值按特征提取的顺序进行排列，构建特征编码；获取预设的负荷波动预测库；将特征编码与负荷波动预测库中各个预测编码进行匹配；将负荷波动预测库中与特征编码匹配的预测编码对应关联的波动值作为负荷波动预测值。
24.其中，负荷波动预测库为根据大量数据经由专业人员的经验分析构建；在负荷波动预测库中预测编码与波动值一一对应关联；用于构建负荷波动预测库的数据可以为采集的与安装充电桩的社区在同一城市的多个设区的负荷记录数据，特征编码与预测编码的匹配可以采用计算两者相似度的方式进行，即计算特征编码与负荷波动预测库中各个预测编码的相似度，比较计算的相似大小；相似度最大时预测编码与特征编码相匹配；特征编码与预测编码的相似度计算公式如下：；式中，为特征编码与预测编码的相似度，为特征编码中第段的数据值；为预测编码的第段的数据值；为数据总段数。
25.在一个实施例中，电力输出控制模块3包括：电控开关，设置在电力供给端的供给线路上；控制充电桩至电动车的充电端的电流的通断；开关控制单元，与电控开关电连接；pwm信号发生器，与开关控制单元电连接；第二通讯单元，与pwm信号发生器电连接，用于与中央控制器2通讯连接。
26.上述技术方案的工作原理及有益效果为：中央控制器2通过第二通讯单元将控制信号发送至pwm信号发生器，pwm信号发生器根据控制信号生成pwm控制信号至开关控制单元，开关控制单元根据pwm控制信号控制电控开关的通断；其中，pwm控制信号为具有一定占空比的脉冲信号；例如：根据gb/t18487.1-2015和gb/t27930-2015；对于交流桩，控制器发出 /-12v的pwm、1000hz的波，给充电控制器；占空比在8%~90%之间，代表充电电流在6a~63a之间,小于8%不充电，大于97%不充电。此外，对于直流桩来说通过控制直流桩输出电压的方式。
27.在一个实施例中，电力负荷自适应的社区充电桩控制系统，还包括：至少一个接入检测模块，与电力输出控制模块3一一对应，用于检测充电桩的接入状态；通过接入检测模块检测接入状态，以便确认各个充电桩的充电需求，进而实现社区内的自适应充电分配；其中，接入检测模块包括：电压检测模块，用于检测充电桩的电力供给端的接入端的第二电压信号；当充电桩未被接入充电车辆时，第二电压信号对应的电压值为零；因此可以根据第二电压信号是否大于预设的阈值判断是否有车辆接入；阈值的设置可以根据电动车接入时电动车电池的最低电压，即比零大但是小于所有种类的电动车的最低电压。
28.图像检测模块，用于拍摄充电桩对应的停车区域的图像；图像检测模块包括摄像头，摄像头拍摄方向面对充电桩对应的停车区域；第二控制单元，分别与电压检测模块和图像检测模块电连接；第三通讯单元，与第二控制单元电连接。
29.其中，第二控制单元执行如下操作：通过电压检测模块检测第二电压信号；通过图像检测模块拍摄图像；
对图像进行识别，确定停车区域是否停车，以及当停车时位于停车区域内的车辆的车辆信息；解析第二电压信号，确定电压值；将停车区域是否停车、电压值和车辆信息，作为使用状态信息；通过第三通讯单元将使用状态信息发送至中央控制器2；其中，车辆信息包括：车牌号、车辆类型、车辆型号、车辆品牌其中一种或多种结合。
30.上述技术方案的工作原理及有益效果为：通过图像检测模块和电压检测模块对充电桩的使用情况进行分析，分析充电桩是否使用以及使用的车辆的车辆信息，便于进行自适应的充电控制。
31.在一个实施例中，中央控制器2基于剩余负荷，通过电力输出控制模块3控制各个电力供给端的供给参数，执行如下操作：基于使用状态信息，确定需求充电的充电桩以及各个需求充电的充电桩的使用负荷；对社区内的所有的充电装的使用负荷进行统计，确定总需求负荷；当总需求负荷小于等于剩余负荷时，将预设的第一控制信号发送至各个需求充电的充电桩对应的电力输出控制模块3；充电桩在第一控制信号作用下可以对电动车进行全功率充电，第一控制信号为不对电动车的充电作充电限制；当总需求负荷大于剩余负荷时，基于使用状态信息，确定各个需求充电的优先值；基于优先值，确定各个需求充电的充电桩对应的电力输出控制模块3的第二控制信号并发送。
32.其中，中央控制器2基于优先值，确定各个需求充电的充电桩对应的电力输出控制模块3的第二控制信号，执行如下操作：按照优先值从大到小的顺序对各个需求充电的充电桩进行排序，确定排序表；依次提取排序表中的各个需求充电的充电桩的使用负荷并累加，确定累加负荷并将累加负荷与剩余负荷进行比较；当累加负荷大于剩余负荷时，将本次用于累加的新的需求充电的充电桩作为参考点；提取排序表中参考点前一位的优先值作为第一数据值、参考点对应的优先值为第二数据值；当第一数据值与第二数据值不同时，将上一次累加的所有的需求充电的充电桩置入第一待分配列表；确定第一待分配列表对应的累加负荷；计算剩余负荷和累加负荷的差值，作为参考点对应的充电桩的容许负荷；基于容许负荷、车辆信息和预设的信号确定库，确定参考点对应的第二控制信号；确定预设的第一控制信号作为第一待分配列表中的各个充电桩对应的第二控制信号；当第一数据值与第二数据值相同时，将上一次累加的所有的需求充电的充电桩中优先值与参考点优先值不同的充电桩置入第一待分配列表；将排序表中优先值与参考点的
优先值相同的充电桩置入第二待分配列表；计算剩余负荷和累加负荷的差值并确定第二待分配列表中各个充电桩对应的容许负荷；基于容许负荷、车辆信息和预设的信号确定库，确定第二待分配列表中各个充电桩对应的第二控制信号；确定预设的第一控制信号作为第一待分配列表中的各个充电桩对应的第二控制信号。
33.其中，优先值的确定步骤如下：解析车辆信息，确定车牌号；获取与车牌号对应关联的权限值；社区内的业主在系统内登记并配置相应的权限值；业主的权限值都为相同；非小区业主或者未进行登记的业主的权限值为零；获取与车牌号对应关联的充电记录；对充电记录进行特征提取，确定多个第二特征值；第二特征值包括：表示各个时段开始充电的次数的特征值、表示倾向于白天充电还是晚上充电的特征值、接入充电桩的时长的平均值的特征值；基于车辆信息和电压值，确定需求充电电量；通过车辆信息可以知道车辆的电池最大电压，根据最大电压和当前的电压值，查询与预设的需求充电电量表，确定需求充电电量；在需求充电电量表中最大电压和当前的电压值与需求充电电量一一对应关联；其中需求充电电量表各个车辆品牌和车辆型号的车不一致，因此需要根据车辆品牌和车辆型号从系统内部存储的数据中调取；基于当前时间、权限值、多个第二特征值和需求充电电量，构建优先值分析向量；将优先值分析向量与预设的确定库中各个标准向量进行匹配，提取与优先值分析向量匹配的标准向量对应关联的数据值作为优先值。
34.上述技术方案的工作原理及有益效果为：当剩余负荷满足各个接入充电桩的电动车的充电需求时，各个充电桩采用第一控制信号进行控制，使电动车可以放心充电，当不满足时，通过优先值进行适应性分配；其中，优先值是综合分析车辆的车主是否小区业主、充电时间偏好、需求充电电量确定，实现平衡小区业主优先、常在当前时刻充电的电动车优先以及需求充电电量越大越优先的条件下进行合理充电分配。其中，用于优先值确定的确定库为事先由专业人员构建，其中，标准向量与数据值一一对应关联，数据值为预设的优先值；优先值分析向量与标准向量的匹配可以采集相似度法，即相似度为最大时两者匹配；相似度的计算可以采用余弦相似度计算法。此外，根据优先值进行自适应配置的时候，会出现某尾优先值一致的情况的发生，当发生时，通过平均分配的原则，分配容许负荷，然后基于容许负荷、车辆信息和预设的信号确定库，确定参考点对应的第二控制信号，首先根据车辆信息中的车辆品牌及车辆型号从信号确定库中调取对应的容许负荷与控制信号表，再通过容许负荷查询容许负荷与控制信号表，确定第二控制信号。
35.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。