变电站区域充电桩接入控制模式及策略探究

变电站区域充电桩接入控制模式及策略探究

邹呈坤

湖北机场集团， 湖北 武汉 430302

摘要：当今充电技术的不断发展，电动汽车充电桩的充电控制也在不断进步。主动充电控制策略是先进的充电技术的体现，它有许多优点,有效地改善异常状态的检测和处理能力，提高了当地电网的安全与稳定运行和供电可靠性,如何实现这一目标，是今后主要的研究方向。

关键词：充电桩；类型；接入控制；接入策略

1 充电桩的类型

通常充电桩是为电动汽车提供电能的一种装置，对于长期使用电动车的人来说非常方便。目前主要有两种充电桩：直流充电桩和交流充电桩。直流充电桩又称非车载充电机，其原理是直流输出，给电池充电，一般来讲，功率非常大，现在主要是60KW，120KW和200KW，所以采用直流充电桩速度较快，直流充电桩一般出现在火车站和机场等地方；交流充电桩的原理是通过车载充电机将三相或单相交流转换成直流输出。一般比直流充电桩功率小，主要有7KW、22KW、40kW，与直流充电桩相比，充电速度较慢。

2 变电站区域充电桩接入控制模式

2.1 基本接入模式

充电桩接入控制模式是一种基于配电网基础设施配置和未来智能设施建设规划的电动汽车有序控制模式。在充分利用现有设备和土地的基础上，调整变电站供电区域电动车辆并网充电。为了有效地实现充电桩的最优接入，提出了“分散接入与集中控制”的接入控制方式。整体充电控制分为三层：充电桩在电力层访问，集中管理在分布层实现的，和优化的控制是在传输和转换层来实现。

充电桩调度中心是整个调度系统的核心计算中心。有必要弄清楚该地区线路的负荷参数和实时状态，并收集该地区每个充电桩的数据，因此可以在110kV变电站中建立调度中心，以方便相关人员数据收集，节省土地投资。

变电站充电桩通信通道是调度系统数据采集和充电指令的传输通道，包括汇聚层和接入层两层通信层。汇聚层通信范围应覆盖变电站供电区域，可采用光纤通信、电力载波通信、GPRS无线公共网络通信等通信方式。接入层工作范围覆盖充电管理系统管理区域内的所有充电桩，使用基于TCP/IP协议的局域网或无线局域网(WLAN)来提供充电桩管理系统和充电桩之间的通信。

2.2 各组成部分功能

2.2.1 充电桩调度中心

充电桩调度中心作为站级监控管理设施，是整个充电桩调度系统的中心结构，其主要包括以下四个功能模块：

（1）充电桩状态数据采集模块：采集每个充电管理系统提供的可充电电池数量和状态预测数据，编码后发送到优化解决方案模块。

（2）区域负荷数据获取模块：收集调度时间内变电站的总负荷和进入充电线的充电桩的负荷率，并将数据传输至优化解模块。

（3）区域负荷优化模块：利用设定好的优化算法程序对上述2个模块传输的数据进行优化求解，获取最优区域负荷优化方案，并将获取的充电桩整体接入方案数据送至充电桩接入控制模块。

（4）充电桩接入控制系统：结合调度时刻的充电桩接入充电汽车的状态和各个线路的实时负载率,通过优化算法求解出该调度时刻各个区域的充电桩接入安排计划，并将接入指令传输至各个区域充电管理系统。充电桩调度控制中心内各模块数据的计算流程如图1所示。

图1 充电桩调度中心功能结构图

2.2.2 变电站通信信道

变电站区域的通信信道是充电桩优化调度的信息传输基础，包括汇聚层和接入层，汇聚层利用光线路终端(OLT)和光纤配线网络(ODN)将接入层充电桩管理系统采集区域充电桩上传的数据进行汇集至电力通信专网,接入层功能为利用有线或无线组网采集电动汽车充电接入状态数据并传输至区域充电桩管理系统内并接受充电调度。

2.2.3 区域充电桩管理系统

区域充电管理系统是负责管理各个区域内电动汽车计入充电的设备,同时负贵数据采集并上传调度中心的功能。主要功能如下:

（1）为数据采集和上传提供可靠服务的通信功能，即以充电管理系统为主机，提供局域网数据通信，同时建立完善的调度中心-管理系统之间的通信信道。

（2）在每次调度前提供目前该区域内的电动汽车待充总数量及每辆车内电池的电量状态(SOC)、可调度性。

（3）在第一次调度前提供各类荷电状态电动汽车的预测接入时刻与总量,短期预测方法采用历史统计+修正因素法，即在今日往期(周循环或者月循环)电动汽车统计数据基础上加入由于一些特殊影响因素(天气、节假日、新增电动汽车等)造成的修正数据。

3 充电桩有序接入策略

充电桩计入充电的有序调度策略是指在满足区域充电负荷需求条件下，同时计及网络结构因素，以变电站负荷水平稳定和配电线路负载均衡为目标，通过优化计算获取最优电动汽车接入充电方案，并将该方案落实至各个区域，实现各电动汽车充电的有序调度,为此，将整个调度过程分为2个阶段：基于区域负荷优化的调度和最优充电方案的优化分配。

3.1 基于负载均衡的优化分配

最优充电方案的优化分配是将最优整体电动汽车接入方案中对于每个调度时刻应接入车辆数量方案优化分配至各个区域,分配过程中以均衡各条线路实时负载率为优化目标，同时考虑各区域车辆的实时可调度数量。步骤如下：（1）输入各个区域的实时可调度车辆数量及其荷电状态,形成电池矩阵。（2）采集各给区域对应的供电线路实时负载率及其约束值，和电池约束一起作为约束输入至优化程序。（3）将该调度时刻的各SOC车辆接入总量输入优化程序进行分配。输出变量为各个区域并网充电的不同荷电状态电动汽车数量。

3.2 基于负荷优化的接入调度

基于区域负荷优化的调度是通过对区域内所有电动汽车的充电时刻进行控制，以实现削峰填谷，稳定变电站整体负荷水平，具体步骤如下：（1）建立目标函数:变电站最优负荷水平，通过优化理论对整体负荷水平进行寻优，获取最优整体车辆接入充电的时刻方案。（2）通过对变电站供电范围内各电动汽车进行负荷建模，将待充车辆的总量和待充电动汽车荷电状态(SOC)的概率分布作为初始数据输入。（3）将不可控负荷与变电站基础负荷(商业负荷、工业负荷、居民生活用电负荷等)--起作为原始负荷输入至优化程序,同时对可调度负荷进行编码后作为输入变量。（4）对车辆的可调度比例进行分析，计算可调度车辆总量，对车辆进行SOC分类，将不可调度的车辆与车辆原始接入规律一起计算不可控负荷。

4 结语

在现今社会之中，社会资源和环境压力不断增加，人们在发展的过程当中，对清洁能源的使用越来越多。所以，随着社会经济的发展，电动汽车就受到了人们的充分重视，而大规模的电动汽车充电桩的存在介入之后，就会对电网的正常运行运行发展造成非常一定的影响，可能会导致电网容量不足的一些情况。所以，针对此种发展情况，还要充分明晰充电桩接入之后对电网产生的一些影响，并从经济发展的角度来分析充电桩存在的重要意义。

参考文献：

[1]王振华，王全海，宋海飞，等.电动汽车充电桩主动充电控制策略[J].测控技术，2017，36（12）：90-92.

[2]胡勇.电动汽车交流充电桩控制装置的研究与设计[D].西南科技大学，2017.

[3]吴非，胡海滨.电动汽车充电桩运营模式研究[J].低碳世界，2017（13）：268-269.