CN110417092B - 一种基于电力线载波通信的储能充电***有序充电装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于电力线载波通信的储能充电***有序充电装置，包括电源单元、电力线载波通信单元、中央处理单元、储能充电***充电控制单元和存储单元；所述电力线载波通信单元用于获取台区实时数据和历史数据，并发送给所述中央处理单元；所述中央处理单元根据台区历史数据提供储能充电***有序充电的控制信息，并发送给所述储能充电***充电控制单元；所述储能充电***充电控制单元接收并处理所述中央处理单元的控制信息，实时控制储能充电***的充电功率。本发明提供的有序充电装置使得充电过程中电力负荷抖动平滑，充电对电网冲击小，并使得储能充电***具备智能型，有序性，安全性等优点。

Description

一种基于电力线载波通信的储能充电***有序充电装置
技术领域
本发明涉及电能有序管理领域，尤其涉及一种基于电力线载波通信的储能充电***有序充电装置。
背景技术
随着电网负荷种类的增加，比如充电桩，储能充电***，电网的有效性和安全性问题日益受到人们关注。目前提高电网负荷的智能型成为一个关键研究方向。
储能充电***作为电网的关键负荷，当同一时间多个负荷接入电网时，将电力负荷出现峰值，导致电网的波动很大，并且损耗增加，影响电网使用的安全性和有效性。目前方案是通过设置阶梯定价，引导消费模型使得分布式能源的接入相对平衡。但是这种方案可控性小智能型低的缺点。
目前PLC(电力线载波通信)技术已经大量应用于低压用电信息采集***，并且通信的高效性，稳定性高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于电力线载波通信的储能充电***有序充电装置，使得储能充电***具备智能型，有序性，安全性等优点。
本发明采用如下技术方案实现：
一种基于电力线载波通信的储能充电***有序充电装置，包括电源单元、电力线载波通信单元、中央处理单元、储能充电***充电控制单元和存储单元；
所述电源单元为所述电力线载波通信单元、中央处理单元、储能充电***充电控制单元和存储单元提供电源；
所述电力线载波通信单元用于获取台区实时数据和历史数据，并发送给所述中央处理单元；
所述中央处理单元根据台区历史数据提供储能充电***有序充电的控制信息，并发送给所述储能充电***充电控制单元；
所述储能充电***充电控制单元接收并处理所述中央处理单元的控制信息，实时控制储能充电***的充电功率；
所述存储单元用于存储台区的历史数据。
进一步的，所述电源单元包括功率变压器、整流桥及滤波电容；通过功率变压器将220V交流电转成低压交流电，再通过整流桥以及滤波电容为电力线载波通信单元提供直流电源，电源单元还包含DCDC部分为所述中央处理单元、存储单元以及储能充电***控制单元供电。
进一步的，所述电力线载波通信单元包括电力线载波处理单元、载波功率放大输出单元、载波接收滤波器和载波耦合单元；
所述电力线载波处理单元用于完成电力线载波通信的信号生成以及接收解析；
所述载波功率放大输出单元将载波发送信号进行功率放大；
所述载波接收滤波器用于滤除载波频率以外的噪声频率；
所述载波耦合单元用于信号隔离和载波耦合。
进一步的，所述中央处理单元根据台区历史数据提供储能充电***有序充电的控制信息，并发送给所述储能充电***充电控制单元包括：
所述中央处理单元根据台区历史数据计算预测充电电流，并发送给所述储能充电***充电控制单元，所述储能充电***充电控制单元根据该预测充电电流进行充电功率输出。
进一步的，所述预测充电电流IR(i)由下式计算：
Figure BDA0002156111820000021
其中，储能充电***的充电时间分成T个时段，T∈N，N为自然数，且i∈T，时刻从0-T，每个时段长度为δ；Qi为第i时刻的储能充电***的剩余充电容量，Li为在i-1时刻对于台区从第i时段到第T时段的评估总负载容量，SE(i)表示台区在第i-1时段对于第i时段的估计平均电流；IM为储能充电***的最大充电电流。
进一步的，所述公式(1)中，Qi、Li、SE(i)分别由下式计算：
Qi＝Qi-1-IR′(i)·δ (2)
其中IR′(i)为储能充电***第i时段内的实际充电电流，公式(2)表征第i时刻的储能充电***的剩余充电容量等于第i-1时刻的储能充电***的剩余充电容量减去第i时段的实际充电电流乘以充电时间；
Figure BDA0002156111820000031
SE(i)＝SE(i-1)+SH(i)-SH(i-1) (4)
其中，SH(i)为台区在历史的第i时段内的平均电流，第i时段的估计平均电流SE(i)为第i-1时段的估计平均电流加上台区在历史的第i时段的平均电流再减去台区在历史的第i-1时段的平均电流。
进一步的，SH(i)由下式计算：
Figure BDA0002156111820000032
其中，I(t)为从第i-1时刻到第i时刻的实时电流值。
进一步的，所述时间段的长度δ选取依赖于储能充电***获取台区中负载电流的最大通信延迟τ，δ≥τ。
进一步的，时段T的个数选择依赖于时间段的长度δ、最大允许充电时间TM以及台区历史数据的一致性DH。
进一步的，T由下式计算：
Figure BDA0002156111820000041
一致性DH设置为经验数值，或由下述计算：
假设在T个时间段内有N条历史数据，每条历史数据定义为Ii(k)；则时段k内的N条数据的平均电流值E(k)为：
Figure BDA0002156111820000042
时段k内的N条数据标准差σ(k)为：
Figure BDA0002156111820000043
时段k内的数据的偏差百分比Δ(k)为：
Figure BDA0002156111820000044
则一致性DH也即平均标准差DH为：
Figure BDA0002156111820000045
综上所述，本发明提供了一种基于电力线载波通信的储能充电***有序充电装置，包括电源单元、电力线载波通信单元、中央处理单元、储能充电***充电控制单元和存储单元；所述电力线载波通信单元用于获取台区实时数据和历史数据，并发送给所述中央处理单元；所述中央处理单元根据台区历史数据提供储能充电***有序充电的控制信息，并发送给所述储能充电***充电控制单元；所述储能充电***充电控制单元接收并处理所述中央处理单元的控制信息，实时控制储能充电***的充电功率。本发明提供的有序充电装置使得充电过程中电力负荷抖动平滑，充电对电网冲击小，并使得储能充电***具备智能型，有序性，安全性等优点。
附图说明
图1是本发明实施例的一种基于电力线载波通信的储能充电***有序充电装置的结构框图示意图；
图2是本发明实施例的电源单元结构框图示意图；
图3是本发明实施例的电力线载波通信单元结构框图示意图；
图4是本发明实施例的一种基于电力线载波通信的储能充电***有序充电方法的流程示意图；
图5是本发明实施例时间T的分段示意图；
图6是T个时段的总的负载容量以及充电容量示意图；
图7是在第i-1时刻对于i+1端的评估电流示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明的第一方面提供了一种基于电力线载波通信的储能充电***有序充电装置，如图1所示，包括电源单元、电力线载波通信单元、中央处理单元、储能充电***充电控制单元和存储单元。
电源单元为所述电力线载波通信单元、中央处理单元、储能充电***充电控制单元和存储单元提供电源。具体的，供电可以采用低压电力线供电，在本***中可以采用线性电源，如图2所示，所述电源单元包括功率变压器、整流桥及滤波电容；通过功率变压器将220V交流电转成低压交流电，再通过整流桥以及滤波电容为电力线载波通信单元提供直流电源，电源单元还包含DCDC部分，将上述的直流电源转换为***电源，为所述中央处理单元、存储单元以及储能充电***控制单元供电。
所述电力线载波通信单元用于获取台区实时数据和历史数据，并发送给所述中央处理单元。具体的，电力线载波通信单元通过成熟的PLC技术获取低压台区的总电表实时数据，如图3所示，包括电力线载波处理单元、载波功率放大输出单元、载波接收滤波器和载波耦合单元；电力线载波处理单元用于完成电力线载波通信的信号生成以及接收解析；载波功率放大输出单元将载波发送信号进行功率放大；载波接收滤波器用于滤除载波频率以外的噪声频率，提高抗噪声能力；载波耦合单元用于信号隔离和载波耦合。电力线载波处理单元可以用中宸泓昌科技有限公司的ZC3750芯片，载波功率放大输出单元可以采用TI的THS6212芯片。
中央处理单元根据台区历史数据提供储能充电***有序充电的控制信息，并发送给所述储能充电***充电控制单元。
储能充电***充电控制单元接收并处理所述中央处理单元的控制信息，实时控制储能充电***的充电功率。
存储单元用于存储台区的历史数据。
进一步的，中央处理单元根据台区历史数据提供储能充电***有序充电的控制信息，并发送给所述储能充电***充电控制单元包括：中央处理单元根据台区历史数据计算预测充电电流，并发送给所述储能充电***充电控制单元，所述储能充电***充电控制单元根据该预测充电电流进行充电功率输出。
基于该计算预测充电电流的算法，本发明的第二方面提供了一种基于电力线载波通信的储能充电***有序充电方法，如图4所示，包括如下步骤：
步骤S400，中央处理单元发出数据获取请求给电力线载波通信单元；
步骤S410,所述电力线载波通信单元根据请求获取台区的实时数据和历史数据，并发送给所述中央处理单元；
步骤S420,所述中央处理单元根据台区历史数据提供储能充电***有序充电的控制信息，并发送给储能充电***充电控制单元；
步骤S430,所述储能充电***充电控制单元接收并处理所述中央处理单元的控制信息，实时控制储能充电***的充电功率。
考虑电压不变，变压器容量和台区容量均以电流容量为标准，充电时间分成T个时段(T∈N)，时刻从0-T，每个时段长度δ，对应关系如图5所示：
Figure BDA0002156111820000071
Figure BDA0002156111820000072
SH(i)为台区在历史的第i时段内的平均电流；Lo为台区的T个时段的总的负载容量，如图6所示，其中图中下部的阴影部分面积为Lo。
Figure BDA0002156111820000073
Figure BDA0002156111820000074
II(i)为储能充电***内理想的第i时段的充电电流，Qo为储能充电***的总容量，即时刻0的储能的待充电量，图6中上部阴影部分的面积为Qo。
在实际储能充电***的充电过程中，真实的台区电流不可能跟历史统计一致，而且在单次的储能充电***的理想充电电流可能超过储能充电***柜的最大充电电流IM。
Qi＝Qi-1-IR′(i)·δ (5)
其中IR′(i)为储能充电***的第i时段内的实际充电电流，公式(5)表征第i时刻的储能充电***的剩余充电容量等于第i-1时刻的储能充电***的剩余充电容量减去第i时段的实际充电电流乘以充电时间。
SE(i)＝SR(i-1)+SH(i)-SH(i-1) (6)
其中SR(i)为台区在真实的第i时段内的平均电流，SH(i)为台区在历史的第i时段内统计的平均电流，因为台区的实际充电电流采样有延迟，所以基于一个假设：台区的实际电流的统计趋势基本保持一致。SE(i)表示台区在第i-1时刻对于第i时段的估计平均电流。此假设仅仅作为一种预测机制，实际的预测可以依据大数据做出在时段i-1对于后续的时间段的电流预测评估。
公式7表征在第i时段的估计平均电流SE(i)为第i-1时段的估计平均电流加上台区在历史的第i时段的平均电流再减去台区在历史的第i-1时段的平均电流。
SE(i)＝SE(i-1)+SH(i)-SH(i-1) (7)
将公式7代入公式6，可以得到在第i-1时刻对于i+1时段的评估电流，如图7所示。
Figure BDA0002156111820000081
其中Li表示在i-1时刻对于台区从第i时段到T时段的评估总负载容量。
预测充电电流IR(i)由下式计算：
Figure BDA0002156111820000091
IM为储能充电***的最大充电电流；当第i-1时刻对于第i时刻的储能充电***的剩余充电容量Qi加上在i-1时刻对于台区从第i段到T段的评估总负载容量Li，再除去从i到T的时间段数(T-i+1)与时段长度δ的乘积，然后减去台区在第i-1时刻对于第i段的估计平均电流SE(i)得到预测充电电流，当该电流值小于储能充电***的最大充电电流时，则储能充电***以该电流为第i时段的充电电流，当该电流大于储能充电***的最大充电电流时，则储能充电***以最大充电电流充电。
***在实际工作过程中，需要考虑以下：
1)时间段的长度δ选取依赖于储能充电***获取台区中负载电流的最大通信延迟τ，通信延迟越长时间段的选取越长，δ≥τ；
2)时段T的个数选择依赖于客户对于储能充电***的时间段的长度、最大允许充电时间TM以及台区历史统计数据的一致性DH，比如
Figure BDA0002156111820000092
其中DH可以初始化一个经验数值比如或者按照下面的算法计算：
假设在T个时间段内有N条历史数据，每条历史数据定义为Ii(k)；
Figure BDA0002156111820000093
方程10给出了时段k内的N条数据的平均电流值E(k)；
Figure BDA0002156111820000101
方程11给出了时段k内的N条数据标准差σ(k)；
Figure BDA0002156111820000102
方程12给出了时段k内的数据的偏差百分比Δ(k)
Figure BDA0002156111820000103
方程13给出了T阶段的一致性或平均标准差DH。
综上所述，本发明提供了一种基于电力线载波通信的储能充电***有序充电装置，包括电源单元、电力线载波通信单元、中央处理单元、储能充电***充电控制单元和存储单元；所述电力线载波通信单元用于获取台区实时数据和历史数据，并发送给所述中央处理单元；所述中央处理单元根据台区历史数据提供储能充电***有序充电的控制信息，并发送给所述储能充电***充电控制单元；所述储能充电***充电控制单元接收并处理所述中央处理单元的控制信息，实时控制储能充电***的充电功率。本发明提供的有序充电装置使得充电过程中电力负荷抖动平滑，充电对电网冲击小，并使得储能充电***具备智能型，有序性，安全性等优点。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种基于电力线载波通信的储能充电***有序充电装置，其特征在于，包括电源单元、电力线载波通信单元、中央处理单元、储能充电***充电控制单元和存储单元；
所述电源单元为所述电力线载波通信单元、中央处理单元、储能充电***充电控制单元和存储单元提供电源；
所述电力线载波通信单元用于获取台区实时数据和历史数据，并发送给所述中央处理单元；
所述中央处理单元根据台区历史数据提供储能充电***有序充电的控制信息，并发送给所述储能充电***充电控制单元；
所述储能充电***充电控制单元接收并处理所述中央处理单元的控制信息，实时控制储能充电***的充电功率；
所述存储单元用于存储台区的历史数据；
所述中央处理单元根据台区历史数据提供储能充电***有序充电的控制信息，并发送给所述储能充电***充电控制单元包括：
所述中央处理单元根据台区历史数据计算预测充电电流，并发送给所述储能充电***充电控制单元，所述储能充电***充电控制单元根据该预测充电电流进行充电功率输出；
所述预测充电电流IR(i)由下式计算：
Figure FDA0002814981580000011
其中，储能充电***的充电时间分成T个时段，T∈N，N为自然数，且i∈T，时刻从0-T，每个时段长度为δ；Qi为第i时刻的储能充电***的剩余充电容量，Li为在i-1时刻对于台区从第i时段到第T时段的评估总负载容量，SE(i)表示台区在第i-1时刻对于第i时段的估计平均电流；IM为储能充电***的最大充电电流。
2.根据权利要求1所述的基于电力线载波通信的储能充电***有序充电装置，其特征在于，所述电源单元包括功率变压器、整流桥及滤波电容；通过功率变压器将220V交流电转成低压交流电，再通过整流桥以及滤波电容为电力线载波通信单元提供直流电源，电源单元还包含DCDC部分为所述中央处理单元、存储单元以及储能充电***控制单元供电。
3.根据权利要求1或2所述的基于电力线载波通信的储能充电***有序充电装置，其特征在于，所述电力线载波通信单元包括电力线载波处理单元、载波功率放大输出单元、载波接收滤波器和载波耦合单元；
所述电力线载波处理单元用于完成电力线载波通信的信号生成以及接收解析；
所述载波功率放大输出单元将载波发送信号进行功率放大；
所述载波接收滤波器用于滤除载波频率以外的噪声频率；
所述载波耦合单元用于信号隔离和载波耦合。
4.根据权利要求1所述的基于电力线载波通信的储能充电***有序充电装置，其特征在于，公式(1)中，Qi、Li、SE(i)分别由下式计算：
Qi＝Qi-1-IR′(i)·δ (2)
其中IR′(i)为储能充电***第i时段内的实际充电电流，公式(2)表征第i时段的储能充电***的剩余充电容量等于第i-1时刻的储能充电***的剩余充电容量减去第i时段的实际充电电流乘以充电时间；
Figure FDA0002814981580000021
SE(i)＝SE(i-1)+SH(i)-SH(i-1) (4)
其中，SH(i)为台区在历史的第i时段内的平均电流，第i时段的估计平均电流SE(i)为第i-1时段的估计平均电流加上台区在历史的第i时段的平均电流再减去台区在历史的第i-1时段的平均电流。
5.根据权利要求4所述的基于电力线载波通信的储能充电***有序充电装置，其特征在于，SH(i)由下式计算：
Figure FDA0002814981580000031
其中，I(t)为从第i-1时刻到第i时刻的实时电流值。
6.根据权利要求4-5任一项所述的基于电力线载波通信的储能充电***有序充电装置，其特征在于，时段长度δ选取依赖于储能充电***获取台区中负载电流的最大通信延迟τ，δ≥τ。
7.根据权利要求4-5任一项所述的基于电力线载波通信的储能充电***有序充电装置，其特征在于，时段T的个数选择依赖于时间段的长度δ、最大允许充电时间TM以及台区历史数据的一致性DH。
8.根据权利要求7所述的基于电力线载波通信的储能充电***有序充电装置，其特征在于，T由下式计算：
Figure FDA0002814981580000032
一致性DH由下述计算：
假设在T个时间段内有N条历史数据，每条历史数据定义为Ii(k)；则时段k内的N条历史数据的平均电流值E(k)为：
Figure FDA0002814981580000033
时段k内的N条历史数据标准差σ(k)为：
Figure FDA0002814981580000034
时段k内的数据的偏差百分比Δ(k)为：
Figure FDA0002814981580000041
则一致性DH也即平均标准差DH为：
Figure FDA0002814981580000042
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