一种基于边缘计算的有序充电控制系统

技术领域

本申请涉及充电桩控制技术领域，更具体地说，是涉及一种基于边缘计算的有序充电控制系统。

背景技术

随着电动汽车的迅猛发展，电动汽车充电桩接入配电网越来越多。电动汽车的充电存在时空的不确定性，容易和居民家庭用电等负荷存在叠加的情况，造成了峰谷差变大，导致出现了配电网临时性、局部性的过载问题，尤其大部分配电网在规划和设计之初未考虑电动汽车负荷，进行配电设备的改造也不能完全的解决问题，且配电设备的改造涉及更多的投资和改造建设时间。如何缓解由于电动汽车无序充电而引起的电网过载成为亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种基于边缘计算的有序充电控制系统，包括设于每一住宅配电台区的边缘计算控制单元以及设置于每一充电桩的有序充电控制单元；

所述边缘计算控制单元以高速电力线通信HPLC或微功率无线通信的方式与每一有序充电控制单元通信连接；

所述边缘计算控制单元用于基于所在住宅配电台区当前的功率状态，生成充电策略，并基于所述充电策略向各有序充电控制单元下发命令；

所述有序充电控制单元用于基于所述边缘计算控制单元的命令，控制充电桩的充电。

优选地，所述边缘计算控制单元基于所在住宅配电台区当前的功率状态，生成充电策略的过程，包括：

获取所在住宅配电台区的剩余容量；

获取所在住宅配电台区的电动汽车充电负载；

基于所述剩余容量和所述电动汽车充电负载，生成充电策略。

优选地，获取所在住宅配电台区的剩余容量的过程，包括：

基于所在住宅配电台区的负载情况，获取所在住宅配电台区的总功率；

结合所述总功率以及所在住宅配电台区内各变压器的功率因素，确定所在住宅配电台区的剩余容量。

优选地，基于所述剩余容量和所述电动汽车充电负载，生成充电策略的过程，包括：

若所述剩余容量大于所述电动汽车充电负载，且所述剩余容量减去所述电动汽车充电负载所得到的余量，小于预设的第一阈值，则生成拒绝接入的充电策略；

若所述剩余容量大于所述电动汽车充电负载，且所述剩余容量减去所述电动汽车充电负载所得到的余量，大于预设的第二阈值，则生成高功率接入的充电策略；

若所述剩余容量小于所述电动汽车充电负载，且各充电桩为高功率接入模式，则生成低功率接入的充电策略；

若所述剩余容量小于所述电动汽车充电负载，且各充电桩为低功率接入模式，则生成0功率接入的充电策略。

优选地，当所述充电策略为低功率接入时，所述边缘计算控制单元基于所述充电策略向各有序充电控制单元下发命令的过程，包括：

向各有序充电控制单元下发低功率接入命令，所述低功率接入命令用于调低正在提供充电服务的充电桩的输出功率。

优选地，当有序充电控制单元接收到低功率接入命令后，将充电桩的充电功率设为1.5kW。

优选地，当所述充电策略为高功率接入时，所述边缘计算控制单元基于所述充电策略向各有序充电控制单元下发命令的过程，包括：

向各有序充电控制单元下发高功率接入命令，所述高功率接入命令用于调高正在提供充电服务的充电桩的输出功率。

优选地，当有序充电控制单元接收到低功率接入命令后，将充电桩的充电功率设为7kW。

优选地，当所述充电策略为拒绝接入时，所述边缘计算控制单元基于所述充电策略向各有序充电控制单元下发命令的过程，包括：

向各有序充电控制单元下发拒绝接入命令，所述拒绝接入命令用于拒绝新的充电服务请求。

优选地，当所述充电策略为0功率接入时，所述边缘计算控制单元基于所述充电策略向各有序充电控制单元下发命令的过程，包括：

向各有序充电控制单元下发0功率接入命令，当有序充电控制单元接收到0功率接入命令后，将充电桩的充电功率设为0。

经由上述的技术方案可知，本申请提供的基于边缘计算的有序充电控制系统包括设于每一住宅配电台区的边缘计算控制单元以及设置于每一充电桩的有序充电控制单元。其中，所述边缘计算控制单元以HPLC或微功率无线通信的方式与每一有序充电控制单元通信连接，采用所述通信方式可以免除现场重新布线。所述边缘计算控制单元用于基于所在住宅配电台区当前的功率状态，生成充电策略，并基于所述充电策略向各有序充电控制单元下发命令；所述有序充电控制单元用于基于所述边缘计算控制单元的命令，控制充电桩的充电。边缘计算控制单元与有序充电控制单元的相互配合，实现了配电台区内对于电动汽车的有序充电控制，避免了由于电动汽车的随机接入而引起了电网过载问题，进一步保障了电网安全运行。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的基于边缘计算的有序充电控制系统的示意图；

图2为本申请实施例公开的基于边缘计算的有序充电控制流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面介绍本申请实施例提供的基于边缘计算的有序充电控制系统。请参阅图1，本申请实施例提供的基于边缘计算的有序充电控制系统可以包括设于每一住宅配电台区的边缘计算控制单元以及设置于每一充电桩的有序充电控制单元。

其中，所述边缘计算控制单元以HPLC(High-speed Power Line Communication，高速电力线通信)或微功率无线通信的方式与每一有序充电控制单元通信连接。

所述边缘计算控制单元是住宅配电台区边缘控制的管理平台，用于基于所在住宅配电台区当前的功率状态，生成充电策略，并基于所述充电策略向各有序充电控制单元下发命令。

所述有序充电控制单元用于基于所述边缘计算控制单元的命令，控制充电桩的充电。

边缘计算控制单元一般安装在低压综合配电箱、箱变、配电房等，边缘计算控制单元作为有序充电系统的智能控制平台，具备数据采集、管理与实时监控能力。示例性地，通过采集配电系统信息，获取当前区域内电网负荷情况，预测电网背景负荷曲线和充电所需总能量，计算理想充电负荷，同时依据负荷模型生成负荷调整计划指令下发至有序充电控制单元，实时调整充电桩的输出功率，保证电网安全运行。在边缘计算控制单元与有序充电控制单元的交互中，采用标准的通信接口、面向对象的互操作性数据交换协议和物联网协议(如LoRa)，实现对所辖区域内能源设备计量数据、工况信息、发、充、放电实时数据、台变实时数据的全面采集。

边缘计算控制单元基于电力物联网开放共享理念，软件平台基于电力统一操作系统深化设计，一方面实现硬件与操作系统解耦，兼容不同硬件选型，不与单一器件绑定；另一方面统一操作系统与APP层解耦，实现对不同软件开发者的统一接入及兼容共享。不同的APP体现了不同的应用场景，电动汽车有序充电APP便是为了实现交流充电桩有序充电控制而设计，以达到配电网正常运行和变压器不过载且用户充电需求得到充分满足的目的。

本申请提供的基于边缘计算的有序充电控制系统包括设于每一住宅配电台区的边缘计算控制单元以及设置于每一充电桩的有序充电控制单元。其中，所述边缘计算控制单元以HPLC或微功率无线通信的方式与每一有序充电控制单元通信连接，采用所述通信方式可以免除现场重新布线。所述边缘计算控制单元用于基于所在住宅配电台区当前的功率状态，生成充电策略，并基于所述充电策略向各有序充电控制单元下发命令；所述有序充电控制单元用于基于所述边缘计算控制单元的命令，控制充电桩的充电。边缘计算控制单元与有序充电控制单元的相互配合，实现了配电台区内对于电动汽车的有序充电控制，避免了由于电动汽车的随机接入而引起了电网过载问题，进一步保障了电网安全运行。

可以理解，充电策略是动态生成的，即，如图2所示，边缘计算控制单元持续地获取所在住宅配电台区当前的功率状态，并基于当前的功率状态生成相应的充电策略。具体地，整个有序控制过程可以包括：

(1)边缘计算控制单元实时采集台区负载情况，并根据变压器总容量计算配电台区剩余容量；

(2)边缘计算控制单元计算当前电动汽车充电负载；

(3)当有新的充电桩充电需求接入时，边缘计算控制单元计算当前剩余容量是否满足7kW充电桩接入充电的需求，如果满足，则接受新的充电桩充电接入。如果不满足，则不允许新的充电桩接入充电。

(4)当边缘计算控制单元监测到配电台区负载过载时，计算当前电动汽车充电负载，通过发送有序充电调低充电功率命令，将现有充电桩的充电功率调整至1.5kW，直到配电台区不过载；如果调整完所有充电桩负荷为1.5kW仍过载，则通过发送有序充电停止充电命令，将有充电桩充电功率调整至0。

(5)边缘计算控制单元通过实时计算配电台区剩余容量，和充电桩当前负荷，当配电台区剩余容量增加时，则开放有序充电桩充电接入；如果有充电桩被调整为1.5kW低功率充电，则由边缘计算控制单元发送有序充电调高充电功率命令，将充电桩充电功率调整至7kW。

在本申请的一些实施例中，所述边缘计算控制单元基于所在住宅配电台区当前的功率状态，生成充电策略的过程，可以包括：

S1，获取所在住宅配电台区的剩余容量。

S2，获取所在住宅配电台区的电动汽车充电负载。

S3，基于所述剩余容量和所述电动汽车充电负载，生成充电策略。

在本申请的一些实施例中，上述S1获取所在住宅配电台区的剩余容量的过程，可以包括：

S11，基于所在住宅配电台区的负载情况，获取所在住宅配电台区的总功率。

S12，结合所述总功率以及所在住宅配电台区内各变压器的功率因素，确定所在住宅配电台区的剩余容量。

其中，所述剩余容量可以由下述公式计算得到：

{

其中，P

通常地，交流充电桩额定功率为7kW，额定输出电压为AC220V，额定输出电流分为32A，具备RS485通信接口，充电桩内置有序充电控制单元，所述有序充电控制单元通过接收边缘计算控制单元的通信命令的方式调节充电功率，调节充电功率为7kW或者1.5kW，通过对RS485通信接口配置微功率无线通信或载波通信接口，可以实现免布线通信控制。交流充电桩与电动汽车车载充电机配合，可以实现充电功率的梯度调节，为电动汽车提供不同功率的充电。充电桩由桩体、电气模块、计量模块和通信管理模块四部分组成。壁挂式充电桩适合在各种停车场和路边停车位进行墙面安装，或者通过落地立柱进行地面安装。

在本申请的一些实施例中，上述S3基于所述剩余容量和所述电动汽车充电负载，生成充电策略的过程，可以包括：

S31，若所述剩余容量大于所述电动汽车充电负载，且所述剩余容量减去所述电动汽车充电负载所得到的余量，小于预设的第一阈值，则生成拒绝接入的充电策略。

示例性地，所述第一阈值可以是1.5kW，即对一台电动汽车充电的最低预设功率。

S32，若所述剩余容量大于所述电动汽车充电负载，且所述剩余容量减去所述电动汽车充电负载所得到的余量，大于预设的第二阈值，则生成高功率接入的充电策略。

示例性地，所述第二阈值可以是5.5Kw，其中，5.5kW加上最低预设功率，可以得到电动汽车充电的额定功率7kW。

S33，若所述剩余容量小于所述电动汽车充电负载，且各充电桩为高功率接入模式，则生成低功率接入的充电策略。

其中，低功率接入即调低对电动车充电的输出功率，使得可以降低电动汽车的整体充电功率，避免或缓和电网过载问题。

S34，若所述剩余容量小于所述电动汽车充电负载，且各充电桩为低功率接入模式，则生成0功率接入的充电策略。

0功率接入可以理解为停止对电动汽车充电的功率输出。

在本申请的一些实施例中，当充电策略为低功率接入时，所述边缘计算控制单元基于所述充电策略向各有序充电控制单元下发命令的过程，可以包括：

向各有序充电控制单元下发低功率接入命令，所述低功率接入命令用于调低正在提供充电服务的充电桩的输出功率。

在本申请的一些实施例中，当有序充电控制单元接收到低功率接入命令后，将充电桩的充电功率设为1.5kW。

在本申请的一些实施例中，当充电策略为高功率接入时，所述边缘计算控制单元基于所述充电策略向各有序充电控制单元下发命令的过程，可以包括：

向各有序充电控制单元下发高功率接入命令，所述高功率接入命令用于调高正在提供充电服务的充电桩的输出功率。

在本申请的一些实施例中，当有序充电控制单元接收到低功率接入命令后，将充电桩的充电功率设为7kW。

在本申请的一些实施例中，当所述策略为拒绝接入时，所述边缘计算控制单元基于所述充电策略向各有序充电控制单元下发命令的过程，可以包括：

向各有序充电控制单元下发拒绝接入命令，所述拒绝接入命令用于拒绝新的充电服务请求。

在本申请的一些实施例中，当充电策略为0功率接入时，所述边缘计算控制单元基于所述充电策略向各有序充电控制单元下发命令的过程，可以包括：

向各有序充电控制单元下发0功率接入命令，当有序充电控制单元接收到0功率接入命令后，将充电桩的充电功率设为0。

综上所述：

本申请提供的基于边缘计算的有序充电控制系统包括设于每一住宅配电台区的边缘计算控制单元以及设置于每一充电桩的有序充电控制单元。其中，所述边缘计算控制单元以HPLC或微功率无线通信的方式与每一有序充电控制单元通信连接，采用所述通信方式可以免除现场重新布线。所述边缘计算控制单元用于基于所在住宅配电台区当前的功率状态，生成充电策略，并基于所述充电策略向各有序充电控制单元下发命令；所述有序充电控制单元用于基于所述边缘计算控制单元的命令，控制充电桩的充电。边缘计算控制单元与有序充电控制单元的相互配合，实现了配电台区内对于电动汽车的有序充电控制，避免了由于电动汽车的随机接入而引起了电网过载问题，进一步保障了电网安全运行。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间可以根据需要进行组合，且相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。