基于TSN通信的新能源汽车有序充电方法及系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车有序充电通信解决方案范畴，尤其涉及一种基于TSN通信的新能源汽车有序充电方法及系统。

背景技术

为降低能源消耗，减少碳排放，新能源电动汽车将逐渐取代传统燃油车。因此，对于充电网络提出了更多要求，需要增加相应数量的充电桩以满足新能源电动汽车的需求。小区停车位充电是最为适合城镇新能源车主的充电场景，但目前住宅小区建设时并未考虑充电桩的负荷需求，大规模安装充电桩将带来变压器容量不足的问题。

为解决上述问题，业界提出了有序充电解决方案。有序充电方案采用电力能量管理的思路，通过实时采集变压器台区下的所有充电桩、居民负荷、分布式电源、储能等电能资源的数据，实现功率的动态分配，以实现在已有的电力基础设施的条件下，满足更多的充电桩安装使用需求，或减少电力基础设施的升级需求。

传统有序充电解决方案中，其通信方式多采用Ethernet，CAN，RS485或Lora、蓝牙、Zigbee等无线通信方式。在这些通信方式中，CAN通信距离较短，不适用于小区等分布距离较远的场景；RS485通信也存在通信距离近，数据传输速率低等问题；Lora、蓝牙、Zigbee等无线通信方式则存在通信可靠性低的问题，不适用于需要实时控制的场景。

以太网是当今使用最广泛的通信协议标准，其通信质量稳定可靠，传输距离远，带宽高。传统的以太网没有考虑实时信息的传输问题，并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制。因此，想要对所有的数据包进行排序，就离不开对数据的缓冲(Buffer)。但一旦采用缓冲的机制就又会带来极大的延时。上述这些问题都限制了传统以太网在实时控制场景下的应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于TSN通信的新能源汽车有序充电方法及系统，其通过在有序充电控制器内采用TSN以太网通信方式，解决传统以太网通信时延不确定的问题，从而提高有序充电所需的实时响应速度。

在本发明的实施方式中，一种基于TSN通信的新能源汽车有序充电方法包括：控制器通过TSN以太网模块，将智能电表、发电设备、储能设备以及充电桩组成时间敏感网络；将智能电表、发电设备、储能设备以及充电桩的实时功率分别通过TSN流发送给所述控制器；控制器根据电网容量和各设备的实时功率采样值，计算下一时间段内各充电桩允许的充电功率，以使得变压器下所有功率满足电网容量的约束。

在进一步的技术方案中，智能电表、发电设备、储能设备以及充电桩的控制命令、异常故障信息也通过TSN流发送给控制器。

在进一步的技术方案中，智能电表、发电设备、储能设备以及充电桩的谐波、电压信息通过非TSN流发送给控制器。

在进一步的技术方案中，智能电表的实时功率为Pmeter，发电设备的实时功率为Ps，储能设备的实时功率为Pe，各充电桩的实时功率为Pci，Pmeter＝Ps+Pe+∑Pci+Pd，其中，Pd为其他负载功率之和，控制器根据电网容量，预设功率限制为Pset，则为防止变压器所接负载超过电网容量，需满足条件Pmeter

在进一步的技术方案中，当有新的充电桩功率请求Pn造成Pmeter≥Pset时，控制器采用普降模式的功率分配策略，对充电桩进行功率再分配。

在进一步的技术方案中，在普降模式下，控制器将对正在使用的充电桩进行按比例普降，以满足总功率的限制，其中，Pci

在进一步的技术方案中，TSN以太网模块通过其时间同步机制，将控制器、智能电表、发电设备、储能设备、充电桩一起组成时间同步的网络。

在进一步的技术方案中，所述发电设备包括光伏发电设备。

在本发明的另一实施方式中，一种基于TSN通信的新能源汽车有序充电系统包括：控制器、TSN以太网模块、智能电表、发电设备、储能设备以及充电桩，其中，所述系统通过如上所述的方法实现新能源汽车的有序充电。

附图说明

图1是本发明的基于TSN通信的新能源汽车有序充电系统的架构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本发明为一种基于TSN通信的新能源汽车有序充电方案，通过在有序充电控制器内采用TSN以太网通信方式，解决传统以太网通信时延不确定的问题，从而提高有序充电所需的实时响应速度。

本发明的设计要点：

(1)控制器通过TSN以太网模块，将智能电表，光伏，储能，充电桩等组成时间敏感局域网。

(2)智能电表，光伏，储能，充电桩各自的实时功率、控制命令、异常故障等关键信息，通过TSN流发送给控制器；其它如谐波，电压等非重要信息，通过非TSN流发送给控制器；

(3)TSN模块通过其时间同步机制，将控制器，智能电表，光伏，储能，充电桩等设备一起组成时间同步的网络，其同步精度可达到微秒级，以保证控制器计算所需的各功率值来自同一时间点；

(4)控制器根据各设备的实时功率采样值和电网容量，计算下一时间段内各充电桩允许的充电功率，以使得变压器下所有功率满足电网容量的约束。

在本发明的实施方式中，一种基于TSN通信的新能源汽车有序充电方法包括：控制器通过TSN以太网模块，将智能电表、发电设备、储能设备以及充电桩组成时间敏感网络；将智能电表、发电设备、储能设备以及充电桩的实时功率分别通过TSN流发送给所述控制器；控制器根据电网容量和各设备的实时功率采样值，计算下一时间段内各充电桩允许的充电功率，以使得变压器下所有功率满足电网容量的约束。

在进一步的技术方案中，智能电表、发电设备、储能设备以及充电桩的控制命令、异常故障信息也通过TSN流发送给控制器。

在进一步的技术方案中，智能电表、发电设备、储能设备以及充电桩的谐波、电压信息通过非TSN流发送给控制器。

在进一步的技术方案中，智能电表的实时功率为Pmeter，发电设备的实时功率为Ps，储能设备的实时功率为Pe，各充电桩的实时功率为Pci，Pmeter＝Ps+Pe+∑Pci+Pd，其中，Pd为其他负载功率之和，控制器根据电网容量，预设功率限制为Pset，则为防止变压器所接负载超过电网容量，需满足条件Pmeter

在进一步的技术方案中，当有新的充电桩功率请求Pn造成Pmeter≥Pset时，控制器采用普降模式的功率分配策略，对充电桩进行功率再分配。

在进一步的技术方案中，在普降模式下，控制器将对正在使用的充电桩进行按比例普降，以满足总功率的限制，其中，Pci

在进一步的技术方案中，TSN以太网模块通过其时间同步机制，将控制器、智能电表、发电设备、储能设备、充电桩一起组成时间同步的网络。

在进一步的技术方案中，所述发电设备包括光伏发电设备。

在本发明的另一实施方式中，一种基于TSN通信的新能源汽车有序充电系统包括：控制器、TSN以太网模块、智能电表、发电设备、储能设备以及充电桩，其中，所述系统通过如上所述的方法实现新能源汽车的有序充电。

具体实施例

参见图1，控制器通过TSN以太网模块，将智能电表，光伏，储能，充电桩等组成时间敏感局域网。

智能电表实时监控负荷，将实时功率Pmeter通过TSN流发送给控制器；

光伏等新能源发电设备，将实时功率Ps通过TSN流发送给控制器；

储能设备，将实时功率Pe通过TSN流发送给控制器；

充电桩将各自的实时功率Pci，通过TSN流发送给控制器；

智能电表，光伏，储能，充电桩各自的实时功率、控制命令、异常故障等关键信息，通过TSN流发送给控制器；

其它如谐波，电压等非重要信息，通过非TSN流发送给控制器；

TSN模块通过其时间同步机制，将控制器，智能电表，光伏，储能，充电桩等设备一起组成时间同步的网络，其同步精度可到达微秒级，以保证控制器计算所需的各功率值来自同一时间点；

控制器根据电网容量，预设功率限制为Pset；

为防止变压器所接负载超过电网容量，需满足条件Pmeter

Pmeter＝Ps+Pe+∑Pci+Pd，Pd为其它负载功率之和；

当有新的充电桩功率请求Pn，可能造成Pmeter≥Pset时，控制器可采用普降模式或其它模式的功率分配策略；

普降模式下控制器将对正在使用的充电桩进行按比例普降，满足总功率的限制，Pci

本发明采用基于TSN的通信方式，实现新能源汽车有序充电方案，解决传统以太网通信时延不确定的问题，从而提高有序充电所需的实时响应速度。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。