CN109177802B - 一种基于无线通信的电动汽车有序充电***及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于无线通信的电动汽车有序充电***及其方法。本发明体***包括***控制单元、第一无线通信模块、车载控制单元、车载显示屏、车辆充电导航模块、第二无线通信模块、充电桩、第三无线通信模块。本发明方法中***控制单元从配电网获取区域电力***常规负荷历史数据预测当日常规负荷；当车主准备充电，通过车载显示屏提交准备充电指令，车辆充电导航模块为车主提供充电桩导航方案；车主到达充电桩后通过车载显示屏输入预计取车时间，结合车辆信息以数据包的形式通过无线通信方式传输至***控制单元，***控制单元根据车辆信息进行规划并将充电规划信息无线传输至车辆进行充电；车主通过车载显示屏选择车辆充电方式。

Description

一种基于无线通信的电动汽车有序充电***及其方法

技术领域

本发明属于电动汽车有序充电技术领域，主要涉及一种基于无线通信的电动汽车有序充电***及其方法。

背景技术

节能与新能源汽车已经成为全球汽车产业的发展方向，电动汽车在国内外被广泛推广，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量呈迅速增长的趋势。近年来，我国政府推广了一系列激励电动汽车市场发展的优惠政策。在政策的鼓励下，电动汽车市场得到蓬勃发展，未来将形成一定的市场规模。

而电动汽车规模化后形成的规模化充电行为也成为社会广泛关注的话题。电动汽车作为一种新型能源汽车，其能源供给端为电网。虽然单辆车并入电网充电对电网并没有太大影响，但是当大量汽车无安排的并入电网进行充电时，定会给电网带来一定的压力，导致其负荷的增长，降低了电能质量，加大了电网运行控制的难度，从而就安全稳定方面对电力***产生很大危害。一方面，电动汽车总体可观的充电量可能造成电网容量不足、频率偏移以及日负荷峰谷差增大，另一方面，电动汽车作为具有可调度性的负荷，其需求响应潜力具有巨大的挖掘空间。

“互联网+”的兴起，为电力行业带来了转变发展模式的机遇。借助互联网的高覆盖率与高传输效率，实现电网与用户的互动，促进需求侧响应，使电网朝着更加智能与高效的方向发展。在电动汽车有序充电领域，用户通过互联网移动终端将电动汽车与充电***连接，实现对电动汽车充电行为的控制，同时充电管理者可将有序充电方案通过互联网平台传达给用户移动终端，二者通过互联网进行连接与互动的过程即电动汽车车联网***运行机理。该***通过互联网移动终端实现用户、电动汽车以及充电***三者联络，是实施有序充电方案的载体。

发明内容

针对大规模电动汽车接入电网无序充电电网的不利影响，且为了充分发挥电动汽车充电负荷对电网的调节作用，本发明提出一种基于无线通信的电动汽车有序充电***及其方法。本发明通过分时电价的引导，结合无线通信技术实现电动汽车有序充电，达到削减***负荷峰谷差，尽可能平稳***的功率变动等问题，有效增加电网的供电可靠性。

本发明***的技术方案为一种基于无线通信的电动汽车有序充电***，包括：***控制单元、第一无线通信模块、车载控制单元、车载显示屏、车辆充电导航模块、第二无线通信模块、充电桩、第三无线通信模块；

所述***控制单元与所述第一无线通信模块通过导线连接；所述车载控制单元与所述车载显示屏通过导线连接；所述车载控制单元与所述车辆充电导航模块通过导线连接；所述车载控制单元与所述第二无线通信模块通过导线连接；所述充电桩与所述第三无线通信模块通过导线连接；所述第一无线通信模块与所述第二无线通信模块通过无线通信方式连接；所述第一无线通信模块与所述第三无线通信模块通过无线通信方式连接。

所述车载控制单元将车辆当前剩余电量、电池额定容量、车主预计取车时间通过所述第二无线通信模块无线传输至所述第一无线通信模块；所述第一无线通信模块将车辆当前剩余电量、电池额定容量、车主预计取车时间传输至所述***控制单元；所述***控制单元将规划好的充电时间段的充电指令传输至所述第一无线通信模块；所述第一无线通信模块将规划好的充电时间段的充电指令无线传输至所述第三无线通信模块；所述第三无线通信模块将规划好的充电时间段的充电指令传输至充电桩。

本发明***的技术方案为一种基于无线通信的电动汽车有序充电方法，具体包括以下步骤：

步骤1：***控制单元从配电网获取区域电力***常规负荷历史数据预测当日常规负荷；

步骤2：当车主准备充电，通过车载显示屏提交准备充电指令，车辆充电导航模块为车主提供充电桩导航方案，当车主到达充电桩时建立充电互联；

步骤3：车主到达充电桩后通过车载显示屏输入预计取车时间，结合车辆信息以数据包的形式通过无线通信方式传输至***控制单元，***控制单元根据车辆信息进行规划并将充电规划信息无线传输至车辆进行充电；

步骤4：车主通过车载显示屏选择车辆充电方式。

作为优选，步骤1中所述常规负荷预测数据为不包含电动汽车充电负荷的负荷数据；

步骤1中所述预测当日常规负荷为：

将一天24小时每隔T小时划分为Y个时段，Y＝24/T，则当日常规负荷可以表示为L₁,L₂,L₃,...,L_Y；

将电力负荷看作一列随着时间t变化的序列y(t)，则电力负荷隔T小时进行一次观测；

针对过去M天的历史电力负荷数据作为步骤1中所述常规负荷历史数据，将过去M天的常规负荷历史数据每隔T小时进行观测取值，历史电力负荷数据的数量为N＝(M*24)/T；

历史电力负荷数据在t₁,t₂,….,t_p时刻的观测值表示为

则t时刻预测的当日常规负荷为：

其中，p、q为ARMA模型阶数，

θ₁,θ₂,...,θ_q为模型参数，a_t为白噪声序列在t时刻的值即初始时刻干扰量，a_t-1,a_t-2,...,a_t-q分别为白噪声序列在t-1,t-2,...,t-q时刻的值等效于初始时刻干扰量a_t对前q步的影响，y_t-1,y_t-2,...,y_t-p为过去值的p个负荷数值；

用历史负荷数据进行模型自相关系数和偏相关系数的统计分析从而确定模型阶数(p，q)，采用历史电力负荷数据对模型预测日前M天的历史电力负荷数据进行训练，采用推广的递推最小二乘算法估计模型参数建立ARMA模型；

作为优选，步骤2中所述车辆充电导航模块为车主提供充电桩导航方案为：

充电桩将充电状态传输至第三无线通信模块，第三无线通信模块将充电状态传输至第一无线通信模块，第一无线通信模块将充电状态传输至***控制单元，***控制单元将充电状态为空闲的充电桩传输至第一无线通信模块，并由第一无线通信模块无线传输至第二无线通信模块，车载控制单元接收第二无线通信模块传输的充电状态为空闲的充电桩，并通过车辆充电导航模块结合车辆位置信息与道路路况信息，为车主提供距离最近、处于空闲状态的充电桩导航方案；

作为优选，步骤3中所述车辆信息包含：车辆到达充电站时间t_st，车辆电池额定容量B_r、车辆充电时刻电池电量百分比SOC_st，

车载控制单元将车辆信息传输至第二无线通信模块，第二无线通信模块将车辆信息发送到第一无线通信模块，并由第一无线通信模块传输至***控制单元；

步骤3中所述***控制单元根据车辆信息进行规划为：

将一天24个小时每隔T小时划分为Y＝24/T个时段，用j表示一天中的第j个时段，x_j表示电动汽车的充电状态，取值状态为0和1，表示电动汽车在第j个时间段内的充电状态，x_j＝1表示充电，反之为0则表示不充电；

通过遗传算法进行以***负荷峰谷差为最小的有序充电优化，在车辆停车时间段内将充电时间挪到谷期充电；

具体地，算法的输入量为：车主预计取车时间t_en，以及车辆到达充电站时间t_st，车辆电池额定容量B_r、车辆充电时刻电池电量百分比SOC_st，则车辆在停车区停车时间t_stay可表示为：

t_stay＝t_en-t_st

充电时间t_c可表示为：

其中，SOC_en为充电结束时刻电池电量百分比，η为电动汽车充电效率，P为充电功率；

在停车时间t_stay内将充电时间t_c的优化，可转化为在停车时段t_stay内充电时间段数H_c的数量与位置的改变，将一天24小时划分为Y个时段，每个时段代表的时长为T小时，停车时段数H_stay和充电时段数H_c可分别表示为：

式中，

表示向上取整符号，即最后一个充电时段的充电时长即使不满T小时，也按照T小时的时长划入充电时间；

此时优化问题转化为：充电时段数H_c在停车时段数H_stay内分布的改变，电动汽车充电状态x_j在停车时段H_stay内取值可调(取0或1)，当充电时段挪到谷期，则相应的谷期x_j取1，其余未充电时段x_j取0，以此类推；

以减小负荷峰谷差为目标的优化目标为可表示为：

f＝min(L_max-L_min)

＝min[max(L₁+Px₁,L₂+Px₂,...,L_Y+Px_Y)-min(L₁+Px₁,L₂+Px₂,...,L_Y+Px_Y)]

其中，L₁,L₂,L₃,...,L_Y表示步骤1所述的一天的Y个时段中每个时段的常规负荷预测数值，P为电动汽车充电功率；

通过遗传算法迭代计算，筛选出减小负荷峰谷差的充电状态x₁,x₂,x₃,...x_Y的优化解，此时充电序列被挪移到谷期充电(x_j在谷期状态为1)，车辆有序充电的起始时刻由到站时刻t_st挪移到t_{st_y}，为避免大量车辆频繁通断充电对电网造成冲击，充电时段连续(x_j为1的状态连续)有序充电完成的最终时刻表示为t_{st_y}+t_c，由于有序充电方式与自主充电方式中的充电时段t_c均连续，可通过充电时段t_c落在峰期、平期以及谷期的时长进行充电费用的制定；

步骤3中所述充电规划信息为：有序充电完成的最终时刻t_{st_y}+t_c、自主充电完成的最终时刻t_st+t_c、有序充电方式的充电费用p_1,total、自主充电方式的充电费用p_2,total；

具体地，根据步骤1中所述负荷预测的峰谷情况制定有序充电方式的充电费用p_1,total可以表示为：

p_1,total＝(t_1,pp_p+t_1,fp_f+t_1,vp_v)α₁

其中，t_1,p表示有序充电车辆在充电站充电时在负荷峰期的充电时长，t_1,f表示有序充电车辆在充电站充电时在负荷平期的充电时长，t_1,v表示有序充电车辆在充电站充电时在负荷谷期的充电时长，p_p表示负荷峰期的基础电价，p_f表示负荷平期的基础电价，p_v表示负荷谷期的基础电价，α₁为有序充电电价系数；

根据步骤1中所述负荷预测的峰谷情况，得到负荷峰期时长、负荷平期时长以及负荷谷期时长，制定自主充电方式的充电费用p_2,total可以表示为：

p_2,total＝(t_2,pp_p+t_2,fp_f+t_2,vp_v)α₂

其中，t_2,p表示自主充电车辆在充电站充电时在负荷峰期的充电时长即负荷峰期时长，t_2,f表示自主充电车辆在充电站充电时在负荷平期的充电时长即负荷平期时长，t_2,v表示自主充电车辆在充电站充电时在负荷谷期的充电时长即负荷谷期时长，p_p表示负荷峰期的基础电价，p_f表示负荷平期的基础电价，p_v表示负荷谷期的基础电价，α₂为自主充电电价系数；

电价系数取值范围为：

当车主选择有序充电，折扣系数α＝α₁取小于1的部分，α₁为有序充电电价系数，取值范围为(1-M,1)，在划分的Y个时段中，规划的有序充电时段处于谷期时段占整个充电时段的比例越高，则电费折扣力度越大，充电费用越低；

当车主选择自主充电，折扣系数α＝α₂取大于1的部分，α₂为自主充电电价系数，取值范围为(1,1+M)，在负荷峰期时段的充电时长占整个充电时段的比例越高，折扣系数α取小于1的部分，充电费用越高；

***控制单元将充电规划信息即有序充电完成的最终时刻、自主充电完成的最终时刻、有序充电方式的充电费用、自主充电方式的充电费用通过第一无线通信模块传输至第二无线通信模块，车载控制单元接收由第二无线通信模块传输的充电规划信息传输至车载显示屏；

作为优选，步骤4中所述车辆充电方式为两种：

第一种为根据规划信息有序充电方式，主动参与***规划的参与电网负荷削峰填谷的调控，充电费用较低，充电时段为车辆停车时段内的一段时间；

第二种为普通的自主充电方式，充电费用较高，但接入充电接口可以马上充电；

车主通过车载显示屏选择车辆充电方式之一进行充电。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

基于无线通信的电动汽车有序充电优化方式，一来对用户而言，能够大大减少电动汽车充电成本，把电动汽车尽量往谷期引导，二来有利于电网的削峰填谷。

依照以及电动汽车车主的充电响应度进行分时电价的实时折扣划分，使得整个***有序充电过程更加准确有效；

通过考虑用户响应情况对车主进行充电推送，使车主尽可能快速参与有序充电，提高***有序充电的效率；

基于无线通信技术使得车主用户结合自身出行意愿进行电动汽车充电受控中心选择，车辆充电导航模块可结合路况用户提供充电导航方案，且车主可以根据自身情况自主决定是否参与有序充电，具有很高的民主性。

附图说明

图1：本发明***的结构示意图；

图2：本发明方法的电动汽车有序充电流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明的***结构框图。本发明***的技术方案为一种基于无线通信的电动汽车有序充电***，包括：***控制单元、第一无线通信模块、车载控制单元、车载显示屏、车辆充电导航模块、第二无线通信模块、充电桩、第三无线通信模块；

所述***控制单元与所述第一无线通信模块通过导线连接；所述车载控制单元与所述车载显示屏通过导线连接；所述车载控制单元与所述车辆充电导航模块通过导线连接；所述车载控制单元与所述第二无线通信模块通过导线连接；所述充电桩与所述第三无线通信模块通过导线连接；所述第一无线通信模块与所述第二无线通信模块通过无线通信方式连接；所述第一无线通信模块与所述第三无线通信模块通过无线通信方式连接。

所述车载控制单元将车辆当前剩余电量、电池额定容量、车主预计取车时间通过所述第二无线通信模块无线传输至所述第一无线通信模块；所述第一无线通信模块将车辆当前剩余电量、电池额定容量、车主预计取车时间传输至所述***控制单元；所述***控制单元将规划好的充电时间段的充电指令传输至所述第一无线通信模块；所述第一无线通信模块将规划好的充电时间段的充电指令无线传输至所述第三无线通信模块；所述第三无线通信模块将规划好的充电时间段的充电指令传输至充电桩。

所述***控制单元选型为Dell商务机；所述第一无线通信模块选型为ESP8266WiFi芯片；所述车载控制单元选型为ARM处理器；所述车载显示屏选型为选用JCP200-070型车载显示器；所述车辆充电导航模块选型为OEMStar GPS导航模块；所述第二无线通信模块选型为ESP8266WiFi芯片；所述充电桩选型为ZCJ21-A-32A220V系列交流充电桩；所述第三无线通信模块选型为ESP8266WiFi芯片。

下面结合图1至图2介绍本发明的实施方式。本发明实施方式具体技术方案为一种基于无线通信的电动汽车有序充电方法，具体包括以下步骤：

步骤1：***控制单元从配电网获取区域电力***常规负荷历史数据预测当日常规负荷；

步骤1中所述常规负荷预测数据为不包含电动汽车充电负荷的负荷数据；

步骤1中所述预测当日常规负荷为：

将一天24小时每隔T＝0.5小时划分为Y＝48个时段，Y＝24/T，则当日常规负荷可以表示为L₁,L₂,L₃,...,L_Y；

将电力负荷看作一列随着时间t变化的序列y(t)，则电力负荷隔T小时进行一次观测；

针对过去M＝7天的历史电力负荷数据作为步骤1中所述常规负荷历史数据，将过去M＝7天的常规负荷历史数据每隔T＝0.5小时进行观测取值，历史电力负荷数据的数量为N＝(M*24)/T；

历史电力负荷数据在t₁,t₂,….,t_p时刻的观测值表示为

则t时刻预测的当日常规负荷为：

其中，p、q为ARMA模型阶数，

θ₁,θ₂,...,θ_q为模型参数，a_t为白噪声序列在t时刻的值即初始时刻干扰量，a_t-1,a_t-2,...,a_t-q分别为白噪声序列在t-1,t-2,...,t-q时刻的值等效于初始时刻干扰量a_t对前q步的影响，y_t-1,y_t-2,...,y_t-p为过去值的p个负荷数值；

用历史负荷数据进行模型自相关系数和偏相关系数的统计分析从而确定模型阶数(p，q)，采用历史电力负荷数据对模型预测日前M＝7天的历史电力负荷数据进行训练，采用推广的递推最小二乘算法估计模型参数建立ARMA模型；

步骤2：当车主准备充电，通过车载显示屏提交准备充电指令，车辆充电导航模块为车主提供充电桩导航方案，当车主到达充电桩时建立充电互联；

步骤2中所述车辆充电导航模块为车主提供充电桩导航方案为：

充电桩将充电状态传输至第三无线通信模块，第三无线通信模块将充电状态传输至第一无线通信模块，第一无线通信模块将充电状态传输至***控制单元，***控制单元将充电状态为空闲的充电桩传输至第一无线通信模块，并由第一无线通信模块无线传输至第二无线通信模块，车载控制单元接收第二无线通信模块传输的充电状态为空闲的充电桩，并通过车辆充电导航模块结合车辆位置信息与道路路况信息，为车主提供距离最近、处于空闲状态的充电桩导航方案；

步骤3：车主到达充电桩后通过车载显示屏输入预计取车时间，结合车辆信息以数据包的形式通过无线通信方式传输至***控制单元，***控制单元根据车辆信息进行规划并将充电规划信息无线传输至车辆进行充电；

步骤3中所述车辆信息包含：车辆到达充电站时间t_st，车辆电池额定容量B_r、车辆充电时刻电池电量百分比SOC_st，

车载控制单元将车辆信息传输至第二无线通信模块，第二无线通信模块将车辆信息发送到第一无线通信模块，并由第一无线通信模块传输至***控制单元；

步骤3中所述***控制单元根据车辆信息进行规划为：

将一天24个小时每隔T＝0.5小时划分为Y＝24/T＝48个时段，用j表示一天中的第j个时段，x_j表示电动汽车的充电状态，取值状态为0和1，表示电动汽车在第j个时间段内的充电状态，x_j＝1表示充电，反之为0则表示不充电；

通过遗传算法进行以***负荷峰谷差为最小的有序充电优化，在车辆停车时间段内将充电时间挪到谷期充电；

具体地，算法的输入量为：车主预计取车时间t_en，以及车辆到达充电站时间t_st，车辆电池额定容量B_r、车辆充电时刻电池电量百分比SOC_st，则车辆在停车区停车时间t_stay可表示为：

t_stay＝t_en-t_st

充电时间t_c可表示为：

其中，SOC_en为充电结束时刻电池电量百分比，η为电动汽车充电效率，P为充电功率；

在停车时间t_stay内将充电时间t_c的优化，可转化为在停车时段t_stay内充电时间段数H_c的数量与位置的改变，将一天24小时划分为Y＝48个时段，每个时段代表的时长为T＝0.5小时，停车时段数H_stay和充电时段数H_c可分别表示为：

式中，

表示向上取整符号，即最后一个充电时段的充电时长即使不满T＝0.5小时，也按照T＝0.5小时的时长划入充电时间；

此时优化问题转化为：充电时段数H_c在停车时段数H_stay内分布的改变，电动汽车充电状态x_j在停车时段H_stay内取值可调(取0或1)，当充电时段挪到谷期，则相应的谷期x_j取1，其余未充电时段x_j取0，以此类推；

以减小负荷峰谷差为目标的优化目标为可表示为：

f＝min(L_max-L_min)

＝min[max(L₁+Px₁,L₂+Px₂,...,L_Y+Px_Y)-min(L₁+Px₁,L₂+Px₂,...,L_Y+Px_Y)]

其中，L₁,L₂,L₃,...,L_Y表示步骤1所述的一天的Y个时段中每个时段的常规负荷预测数值，P为电动汽车充电功率；

通过遗传算法迭代计算，筛选出减小负荷峰谷差的充电状态x₁,x₂,x₃,...x_Y的优化解，此时充电序列被挪移到谷期充电(x_j在谷期状态为1)，车辆有序充电的起始时刻由到站时刻t_st挪移到t_{st_y}，为避免大量车辆频繁通断充电对电网造成冲击，充电时段连续(x_j为1的状态连续)有序充电完成的最终时刻表示为t_{st_y}+t_c，由于有序充电方式与自主充电方式中的充电时段t_c均连续，可通过充电时段t_c落在峰期、平期以及谷期的时长进行充电费用的制定；

步骤3中所述充电规划信息为：有序充电完成的最终时刻t_{st_y}+t_c、自主充电完成的最终时刻t_st+t_c、有序充电方式的充电费用p_1,total、自主充电方式的充电费用p_2,total；

具体地，根据步骤1中所述负荷预测的峰谷情况制定有序充电方式的充电费用p_1,total可以表示为：

p_1,total＝(t_1,pp_p+t_1,fp_f+t_1,vp_v)α₁

其中，t_1,p表示有序充电车辆在充电站充电时在负荷峰期的充电时长，t_1,f表示有序充电车辆在充电站充电时在负荷平期的充电时长，t_1,v表示有序充电车辆在充电站充电时在负荷谷期的充电时长，p_p表示负荷峰期的基础电价，p_f表示负荷平期的基础电价，p_v表示负荷谷期的基础电价，α₁＝0.9为有序充电电价系数；

根据步骤1中所述负荷预测的峰谷情况，得到负荷峰期时长、负荷平期时长以及负荷谷期时长，制定自主充电方式的充电费用p_2,total可以表示为：

p_2,total＝(t_2,pp_p+t_2,fp_f+t_2,vp_v)α₂

其中，t_2,p表示自主充电车辆在充电站充电时在负荷峰期的充电时长即负荷峰期时长，t_2,f表示自主充电车辆在充电站充电时在负荷平期的充电时长即负荷平期时长，t_2,v表示自主充电车辆在充电站充电时在负荷谷期的充电时长即负荷谷期时长，p_p表示负荷峰期的基础电价，p_f表示负荷平期的基础电价，p_v表示负荷谷期的基础电价，α₂＝1.1为自主充电电价系数；

电价系数取值范围为：

当车主选择有序充电，折扣系数α＝α₁取小于1的部分，α₁为有序充电电价系数，取值范围为(1-M,1)，在划分的Y个时段中，规划的有序充电时段处于谷期时段占整个充电时段的比例越高，则电费折扣力度越大，充电费用越低；

当车主选择自主充电，折扣系数α＝α₂取大于1的部分，α₂为自主充电电价系数，取值范围为(1,1+M)，在负荷峰期时段的充电时长占整个充电时段的比例越高，折扣系数α取小于1的部分，充电费用越高；

***控制单元将充电规划信息即有序充电完成的最终时刻、自主充电完成的最终时刻、有序充电方式的充电费用、自主充电方式的充电费用通过第一无线通信模块传输至第二无线通信模块，车载控制单元接收由第二无线通信模块传输的充电规划信息传输至车载显示屏；

步骤4：车主通过车载显示屏选择车辆充电方式；

步骤4中所述车辆充电方式为两种：

第一种为根据规划信息有序充电方式，主动参与***规划的参与电网负荷削峰填谷的调控，充电费用较低，充电时段为车辆停车时段内的一段时间；

第二种为普通的自主充电方式，充电费用较高，但接入充电接口可以马上充电；

车主通过车载显示屏选择车辆充电方式之一进行充电。

尽管本文较多地使用了***控制单元、第一无线通信模块、车载控制单元、车载显示屏、车辆充电导航模块、第二无线通信模块、充电桩、第三无线通信模块等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种基于无线通信的电动汽车有序充电***的有序充电方法，其特征在于，所述基于无线通信的电动汽车有序充电***包括：***控制单元、第一无线通信模块、车载控制单元、车载显示屏、车辆充电导航模块、第二无线通信模块、充电桩、第三无线通信模块；

所述***控制单元与所述第一无线通信模块通过导线连接；所述车载控制单元与所述车载显示屏通过导线连接；所述车载控制单元与所述车辆充电导航模块通过导线连接；所述车载控制单元与所述第二无线通信模块通过导线连接；所述充电桩与所述第三无线通信模块通过导线连接；所述第一无线通信模块与所述第二无线通信模块通过无线通信方式连接；所述第一无线通信模块与所述第三无线通信模块通过无线通信方式连接；所述车载控制单元将车辆当前剩余电量、电池额定容量、车主预计取车时间通过所述第二无线通信模块无线传输至所述第一无线通信模块；所述第一无线通信模块将车辆当前剩余电量、电池额定容量、车主预计取车时间传输至所述***控制单元；所述***控制单元将规划好的充电时间段的充电指令传输至所述第一无线通信模块；所述第一无线通信模块将规划好的充电时间段的充电指令无线传输至所述第三无线通信模块；所述第三无线通信模块将规划好的充电时间段的充电指令传输至充电桩；

所述有序充电方法包括以下步骤：

步骤1：***控制单元从配电网获取区域电力***常规负荷历史数据预测当日常规负荷；

步骤2：当车主准备充电，通过车载显示屏提交准备充电指令，车辆充电导航模块为车主提供充电桩导航方案，当车主到达充电桩时建立充电互联；

步骤3：车主到达充电桩后通过车载显示屏输入预计取车时间，结合车辆信息以数据包的形式通过无线通信方式传输至***控制单元，***控制单元根据车辆信息进行规划并将充电规划信息无线传输至车辆进行充电；

步骤4：车主通过车载显示屏选择车辆充电方式；

步骤3中所述车辆信息包含：车辆到达充电站时间t_st，车辆电池额定容量B_r、车辆充电时刻电池电量百分比SOC_st，

车载控制单元将车辆信息传输至第二无线通信模块，第二无线通信模块将车辆信息发送到第一无线通信模块，并由第一无线通信模块传输至***控制单元；

步骤3中所述***控制单元根据车辆信息进行规划为：

将一天24个小时每隔T小时划分为Y＝24/T个时段，用j表示一天中的第j个时段，x_j表示电动汽车的充电状态，取值状态为0和1，表示电动汽车在第j个时间段内的充电状态，x_j＝1表示充电，反之为0则表示不充电；

通过遗传算法进行以***负荷峰谷差为最小的有序充电优化，在车辆停车时间段内将充电时间挪到谷期充电；

具体地，算法的输入量为：车主预计取车时间t_en，以及车辆到达充电站时间t_st，车辆电池额定容量B_r、车辆充电时刻电池电量百分比SOC_st，则车辆在停车区停车时间t_stay可表示为：

t_stay＝t_en-t_st

充电时间t_c可表示为：

其中，SOC_en为充电结束时刻电池电量百分比，η为电动汽车充电效率，P为充电功率；

在停车时间t_stay内将充电时间t_c的优化，可转化为在停车时段t_stay内充电时间段数H_c的数量与位置的改变，将一天24小时划分为Y个时段，每个时段代表的时长为T小时，停车时段数H_stay和充电时段数H_c可分别表示为：

式中，

表示向上取整符号，即最后一个充电时段的充电时长即使不满T小时，也按照T小时的时长划入充电时间；

此时优化问题转化为：充电时段数H_c在停车时段数H_stay内分布的改变，电动汽车充电状态x_j在停车时段H_stay内取值可调(取0或1)，当充电时段挪到谷期，则相应的谷期x_j取1，其余未充电时段x_j取0，以此类推；

以减小负荷峰谷差为目标的优化目标为可表示为：

f＝min(L_max-L_min)

＝min[max(L₁+Px₁,L₂+Px₂,...,L_Y+Px_Y)-min(L₁+Px₁,L₂+Px₂,...,L_Y+Px_Y)]

其中，L₁,L₂,L₃,...,L_Y表示步骤1所述的一天的Y个时段中每个时段的常规负荷预测数值，P为电动汽车充电功率；

通过遗传算法迭代计算，筛选出减小负荷峰谷差的充电状态x₁,x₂,x₃,...x_Y的优化解，此时充电序列被挪移到谷期充电(x_j在谷期状态为1)，车辆有序充电的起始时刻由到站时刻t_st挪移到t_{st_y}，为避免大量车辆频繁通断充电对电网造成冲击，充电时段连续(x_j为1的状态连续)有序充电完成的最终时刻表示为t_{st_y}+t_c，由于有序充电方式与自主充电方式中的充电时段t_c均连续，可通过充电时段t_c落在峰期、平期以及谷期的时长进行充电费用的制定；

步骤3中所述充电规划信息为：有序充电完成的最终时刻t_{st_y}+t_c、自主充电完成的最终时刻t_st+t_c、有序充电方式的充电费用p_1,total、自主充电方式的充电费用p_2,total；

具体地，根据步骤1中所述负荷预测的峰谷情况制定有序充电方式的充电费用p_1,total可以表示为：

p_1,total＝(t_1,pp_p+t_1,fp_f+t_1,vp_v)α₁

其中，t_1,p表示有序充电车辆在充电站充电时在负荷峰期的充电时长，t_1,f表示有序充电车辆在充电站充电时在负荷平期的充电时长，t_1,v表示有序充电车辆在充电站充电时在负荷谷期的充电时长，p_p表示负荷峰期的基础电价，p_f表示负荷平期的基础电价，p_v表示负荷谷期的基础电价，α₁为有序充电电价系数；

根据步骤1中所述负荷预测的峰谷情况，得到负荷峰期时长、负荷平期时长以及负荷谷期时长，制定自主充电方式的充电费用p_2,total可以表示为：

p_2,total＝(t_2,pp_p+t_2,fp_f+t_2,vp_v)α₂

其中，t_2,p表示自主充电车辆在充电站充电时在负荷峰期的充电时长即负荷峰期时长，t_2,f表示自主充电车辆在充电站充电时在负荷平期的充电时长即负荷平期时长，t_2,v表示自主充电车辆在充电站充电时在负荷谷期的充电时长即负荷谷期时长，p_p表示负荷峰期的基础电价，p_f表示负荷平期的基础电价，p_v表示负荷谷期的基础电价，α₂为自主充电电价系数；

电价系数取值范围为：

当车主选择有序充电，折扣系数α＝α₁取小于1的部分，α₁为有序充电电价系数，取值范围为(1-M,1)，在划分的Y个时段中，规划的有序充电时段处于谷期时段占整个充电时段的比例越高，则电费折扣力度越大，充电费用越低；

当车主选择自主充电，折扣系数α＝α₂取大于1的部分，α₂为自主充电电价系数，取值范围为(1,1+M)，在负荷峰期时段的充电时长占整个充电时段的比例越高，折扣系数α取大于1的部分，充电费用越高；

***控制单元将充电规划信息即有序充电完成的最终时刻、自主充电完成的最终时刻、有序充电方式的充电费用、自主充电方式的充电费用通过第一无线通信模块传输至第二无线通信模块，车载控制单元接收由第二无线通信模块传输的充电规划信息传输至车载显示屏。

2.根据利用权利要求1所述的基于无线通信的电动汽车有序充电***的有序充电方法，其特征在于，步骤1中所述常规负荷预测数据为不包含电动汽车充电负荷的负荷数据；

步骤1中所述预测当日常规负荷为：

将一天24小时每隔T小时划分为Y个时段，Y＝24/T，则当日常规负荷可以表示为L₁,L₂,L₃,...,L_Y；

将电力负荷看作一列随着时间t变化的序列y(t)，则电力负荷隔T小时进行一次观测；

针对过去M天的历史电力负荷数据作为步骤1中所述常规负荷历史数据，将过去M天的常规负荷历史数据每隔T小时进行观测取值，历史电力负荷数据的数量为N＝(M*24)/T；

历史电力负荷数据在t₁,t₂,….,t_p时刻的观测值表示为

则t时刻预测的当日常规负荷为：

其中，p、q为ARMA模型阶数，

θ₁,θ₂,...,θ_q为模型参数，a_t为白噪声序列在t时刻的值即初始时刻干扰量，a_t-1,a_t-2,...,a_t-q分别为白噪声序列在t-1,t-2,...,t-q时刻的值等效于初始时刻干扰量a_t对前q步的影响，y_t-1,y_t-2,...,y_t-p为过去值的p个负荷数值；

用历史负荷数据进行模型自相关系数和偏相关系数的统计分析从而确定模型阶数(p，q)，采用历史电力负荷数据对模型预测日前M天的历史电力负荷数据进行训练，采用推广的递推最小二乘算法估计模型参数建立ARMA模型。

3.根据利用权利要求1所述的基于无线通信的电动汽车有序充电***的有序充电方法，步骤2中所述车辆充电导航模块为车主提供充电桩导航方案为：

充电桩将充电状态传输至第三无线通信模块，第三无线通信模块将充电状态传输至第一无线通信模块，第一无线通信模块将充电状态传输至***控制单元，***控制单元将充电状态为空闲的充电桩传输至第一无线通信模块，并由第一无线通信模块无线传输至第二无线通信模块，车载控制单元接收第二无线通信模块传输的充电状态为空闲的充电桩，并通过车辆充电导航模块结合车辆位置信息与道路路况信息，为车主提供距离最近、处于空闲状态的充电桩导航方案。

4.根据利用权利要求1所述的基于无线通信的电动汽车有序充电***的有序充电方法，步骤4中所述车辆充电方式为两种：

第一种为根据规划信息有序充电方式，主动参与***规划的参与电网负荷削峰填谷的调控，充电费用较低，充电时段为车辆停车时段内的一段时间；

第二种为普通的自主充电方式，充电费用较高，但接入充电接口可以马上充电；

车主通过车载显示屏选择车辆充电方式之一进行充电。

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