CN112829615B - 基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构及控制方法，该***自上而下包括位于调度层的电动汽车车联网云平台、充电站集群管控云平台、配网调度管控云平台，位于站控层的若干充电站控制中心边缘服务器，位于设备层的各控制器、国网计费单元、若干AC/DC和DC/DC模块，设备层充电站站级CAN总线作为主干网，联通充电站控制中心边缘服务器、各控制器；设备层整流CAN总线、充电堆CAN总线、机桩CAN总线作为次级通信网联通设备层各控制器与相应的电力电子充电设备。本发明采用现场总线之一的CAN总线技术，各控制器之间只需一对双绞线通过网络拓扑结构连接即可，使得充电站控制***安装更加灵活，方便。

Description

基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构及控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车充电站控制领域，具体是一种基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构及控制方法。

背景技术

电动汽车充电站控制***是一个相当复杂的逻辑控制***，总的来说，整个***可以涉及到“云-管-端”三个平台层，每个平台层又是由众多的通讯设备、数据处理设备等进行信息的互联互通，从而实现充电站电动汽车充电信息的上传与下发。

现有国内的电动汽车充电站***结构较为单一，大多数采用配电网供电的方式，站内通常设有多台交直流充电机，因单台交直流充电机的功率较大，单次充电时间较短，这一特点导致充电站在晚间电网负荷低谷时期的利用率较低，而在日间电网负荷高峰时期，若有大量电动车同时需要快速充电时，大功率的充电需求将对电网带来短时的负荷冲击，造成电网的波动性进一步加强。随着风光储等新能源高比例渗透率下智慧充电站的进一步发展，一种适应未来电网发展需求的新型充电站***成为了一种必然趋势，这其中在工业控制领域应用最为广泛的现场总线技术已成为最具活力的一个分支。现场总线是应用在生产现场、在各种微机测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的***，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。它的出现为智慧充电站***的网络通信提供了强大的技术支持，同时为自动化***的最终用户提供了便利。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种新能源高比例渗透率下适应未来电网发展的基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构及控制方法，以克服上述的不足。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构，自上而下包括位于调度层的电动汽车车联网云平台、充电站集群管控云平台、配网调度管控云平台，位于站控层的若干充电站控制中心边缘服务器，位于设备层的储能BMS控制器、双向整流单元控制器、光伏发电单元控制器、双向充电堆单元控制器、投切控制器、国网计费单元、若干AC/DC和DC/DC模块，国网计费单元包括相互通信连接的国网计费单元充电桩和国网计费单元控制器，其特征在于：设备层充电站站级CAN总线作为主干网，联通充电站控制中心边缘服务器、储能BMS控制器、双向整流单元控制器、光伏发电单元控制器、双向充电堆单元控制器，设备层整流CAN总线、充电堆CAN总线、机桩CAN总线作为次级通信网联通设备层各控制器与相应的电力电子充电设备；当充电站中有电动汽车进行充电时，充电站控制中心边缘服务器通过CAN总线接收各控制单元的数据信息，通过控制中心内置的充放电集群控制算法计算出响应方案，并及时下达双向整流控制指令、光伏发电控制指令、储能充放电控制指令，其中：

车联网云平台和配网调度管理云平台用于将各个充电站及车联网、配网管理中心联接起来，实现车网互动、站站互动，充电站集群管控云平台用于对充电站所有数据进行远程可视化显示；

充电站控制中心边缘服务器用于实时接收各单元的运行状态信息、数据信息，负责数据驱动型的车-储-网响应控制，实时地对各设备层控制器发送指令信息，控制其它控制器的动作，充电站控制中心边缘服务器还用于通过网络通信协议与调度层云平台进行信息的交互；

储能BMS控制器用于采集蓄电池的充放电功率信息、荷电状态信息，向充电站控制中心边缘服务器发送储能BMS控制器单元充放电功率信息、荷电状态信息，储能BMS控制器还用于接收充电站控制中心边缘服务器下发的储能充放电控制指令，实时地调整储能BMS控制器单元的充放电功率和充放电状态，动态地参与充电站电动汽车充电时能量调度过程；

双向整流单元控制器用于接收来自控制中心边缘服务器发来的双向整流控制指令，再将该指令下发到双向AC/DC模块，控制其工作模式；

投切控制器用于接收双向充电堆单元控制器的投切指令，建立不同单元与DC/DC模块的发电通道，并通过与触摸屏相连实现人机交互；

国网计费单元控制器采集电动汽车BMS电量信息、功率需求信息，向充电堆单元控制器发送电动汽车BMS电量信息、功率需求信息，同时接收充电堆单元控制器下发的充放电控制指令，并通过与触摸屏相连实现人机交互；

光伏发电单元控制器用于采集光伏阵列单元电压、电流信息，一方面上传至控制中心边缘服务器，另一方面接收来自控制中心边缘服务器下发的光伏发电控制指令，并将该指令下发到双向DC/DC模块，实现MPPT功能；

双向充电堆单元控制器用于与国网计费单元充电桩通信，接收充电桩需求指令，同时控制投切控制器建立充电桩与双向DC/DC模块的充放电通道，双向充电堆单元控制器还用于接收光伏发电控制指令、储能充放电控制指令，并根据光伏发电控制指令、储能充放电控制指令控制投切控制器建立光伏发电单元与双向DC/DC模块的发电通道、储能单元与双向DC/DC模块的发电通道。

进一步的，所述充电站控制中心边缘服务器用于提供算力，负责数据驱动型的车-储-网响应控制、车-网多约束条件的潮流自主优化调节、以电网稳定运行为目标的充放电***集群控制算法，边缘服务器向上通过TCP/IP协议与调度层云平台信息互通，实现对充电站所有数据的可视化，向下通过充电站站级CAN总线下达双向整流控制指令、光伏发电控制指令、储能充放电控制指令。

进一步的，所述双向充电堆单元控制器内设3路CAN网络，一路通过机桩CAN总线与室外国网计费单元通信，一路通过充电堆CAN总线负责内部所有双向DC/DC模块的控制，一路通过充电站站级CAN总线与控制中心边缘服务器通信，实现充电站设备实时数据的上发与边缘服务器下发的指令接收功能。

进一步的，所述双向充电堆单元控制器采用数字信号处理器DSP与复杂可编程逻辑器件CPLD协同工作的架构，数字信号处理器DSP主要用来完成已采集数据的实时处理，运算和响应，与控制***中其它微处理器之间的通信，复杂可编程逻辑器件CPLD实现硬件的软件化，增强数字信号处理器访问外设的能力，双向充电堆单元控制器通过隔离型的RS485接口与电表相连，检测双向DC/DC模块前端输入总电压、电流信号，通过模拟输入接口进行AD采样，检测控制柜的柜体温度，充电堆控制器一路GPIO端口能够产生PWM信号来驱动风扇控制控制柜温度。

进一步的，所述国网计费单元控制器采用基于TI公司的AM3354系列处理器，通过软硬件接口连接相应的输入输出组件，完成人机显示、计量计费、支付、数据加解密、控制充电设备启停、与车联网平台进行通信等功能，每个国网计费控制器内设2路CAN总线，一路通过机桩CAN总线接收双向充电堆单元控制器指令，一路通过CAN-BUS总线与电动汽车BMS单元相连实现国标链接通信。

进一步的，所述国网计费单元控制器通过RS485总线与电能表连接进行计费，通过RS232总线与IC卡连接实现刷卡付费，通过AD采样检测充电枪的枪温(Pt采样电阻分压采样)，通过带光耦隔离的数字量IO接口与国标插枪检测电路相连，检测充电枪的***状态及线缆容量，通过隔离型RS485总线与绝缘检测模块相连检测车辆绝缘性，具备上述特征的国网计费单元控制器每10个为一组为10辆电动汽车进行充电，可以根据充电站电动汽车的数量进行扩展。

进一步的，所述光伏发电单元控制器内设2路CAN总线，一路通过充电站站级CAN总线接收控制中心边缘服务器下发的发电指令，通过两路模拟量输入接口进行AD采样，采集光伏发电单元的电压、电流信号，在内置MPPT算法计算后通过充电堆CAN总线输出控制指令，使DC/DC模块以最大功率运行，同时光伏发电单元控制器可通过两路数字量输出接口对光伏发电单元的总输出切断进行控制。

进一步的，所述双向整流单元控制器设计2路CAN总线，一路通过充电站站级CAN总线接收控制中心边缘服务器发来的双向整流控制指令，一路通过整流CAN总线将指令下发到双向AC/DC模块，控制其工作模式，同时双向整流单元控制器通过2路隔离型RS485总线采集交流侧电压、电流信号与直流侧电压、电流信号，通过模拟量输入接口进行AD采样检测柜体温度，通过一路GPIO端口产生PWM信号驱动风扇控制柜体温度，通过一路数字量接口控制交流侧电网的切断控制，实现光储充电站离并网工作模式的切换。

进一步的，所述投切控制器通过机桩CAN总线接收双向充电堆单元控制器的投切指令，再进行数字量DO输出，控制继电器，最后通过控制接触器建立不同运行状态下储能单元、光伏发电单元、双向整流单元与电动汽车的充放电通道。

一种基于多层网络的光储充智慧充电站控制方法，其特征在于采用上述控制架构进行，所述方法包括：当充电站中有电动汽车进行充电时，充电站控制中心边缘服务器通过CAN总线接收各控制单元的数据信息，通过控制中心内置的充放电集群控制算法计算出响应方案，并及时下达双向整流控制指令、光伏发电控制指令、储能充放电控制指令；具体的，

充电站控制中心边缘服务器实时接收各单元的运行状态信息、数据信息，负责数据驱动型的车-储-网响应控制，实时地对各设备层控制器发送指令信息，控制其它控制器的动作，充电站控制中心边缘服务器还通过网络通信协议与调度层云平台进行信息的交互；

充电站控制中心边缘服务器实时接收各单元的运行状态信息、数据信息，负责数据驱动型的车-储-网响应控制，实时地对各设备层控制器发送指令信息，控制其它控制器的动作，充电站控制中心边缘服务器还用于通过网络通信协议与调度层云平台进行信息的交互；

双向整流单元控制器接收来自控制中心边缘服务器发来的双向整流控制指令，再将该指令下发到双向AC/DC模块，控制其工作模式；

投切控制器接收双向充电堆单元控制器的投切指令，建立不同单元与DC/DC模块的发电通道，并通过与触摸屏相连实现人机交互；

国网计费单元控制器采集电动汽车BMS电量信息、功率需求信息，向充电堆单元控制器发送电动汽车BMS电量信息、功率需求信息，同时接收充电堆单元控制器下发的充放电控制指令，并通过与触摸屏相连实现人机交互；

光伏发电单元控制器采集光伏阵列单元电压、电流信息，一方面上传至控制中心边缘服务器，另一方面接收来自控制中心边缘服务器下发的光伏发电控制指令，并将该指令下发到双向DC/DC模块，实现MPPT功能；

双向充电堆单元控制器与国网计费单元充电桩通信，接收充电桩需求指令，同时控制投切控制器建立充电桩与双向DC/DC模块的充放电通道，双向充电堆单元控制器还用于接收光伏发电控制指令、储能充放电控制指令，并根据光伏发电控制指令、储能充放电控制指令控制投切控制器建立光伏发电单元与双向DC/DC模块的发电通道、储能单元与双向DC/DC模块的发电通道。

本发明具有如下有益效果：

1、由于本发明采用现场总线之一的CAN总线技术，各控制器之间只需一对双绞线通过网络拓扑结构连接即可，安装极为方便，对于不同容量等级的电动汽车充电站的控制***只需在充电站站级CAN总线下扩展多个光伏发电控制器、双向充电堆单元控制器、投切控制器、国网计费单元控制器即可，主控制器硬件软件不需做任何改动。使得充电站控制***安装更加灵活，方便；

2、本发明具有分布式CAN总线网络结构，设计更加合理化；更高安全性能的多路CAN总线通信；双向充电堆单元控制器的高性能处理器协同工作架构具有高速信号处理能力、实时响应的先进性；国网计费单元特有的绝缘检测模块和目标插枪检测电路保证了电动汽车充电时的安全稳定；除双向整流单元控制器以外，其它控制设备可根据充电站电动汽车充电需求进行扩展，且无需改变主控软硬件；投切控制器与***分离，根据***运行状态进行投切建立不同的发电通道，使整个充电站***更加地灵活高效；采用TCP/IP网络协议通过调度层云平台使***数据可视化；有远程监控和诊断的先进性。事实证明，整个充电站控制***工作可靠，工作人员安装、监测、操作及维修简单、方便，达到了良好的控制效果。

3、本发明分布式充电站网络控制***设计，以可靠的多路CAN串行总线技术，实现了站控层与设备层之间，设备层各单元控制器梯之间的串行数据通讯；以简练的模块化设计，合理配置网络控制***中的各个模块，优化了网络结构，增强了功能扩展能力；双向充电堆单元控制器采用一种新型、高效的控制***结构嵌入式微处理器(包括DSP)与复杂可编程逻辑器件(CPLD)协同工作架构，不仅使***具有高性能、高速度和可靠性，而且实现了控制***的微型化设计；国网计费单元控制器通过RS485总线外接绝缘检测模块，保证充电时的安全性；人机交互功能：设备层各单元控制器均可通过RS485/LVDS总线连接触摸屏，增强了人机对话功能；控制中心边缘服务器通过TCP/IP协议进行通信，利用互联网云平台远程监测***的运行状态。本发明运行状况可靠、稳定。

图说明

图1为本发明基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构的结构示意图；

图2为本发明基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构国网计费单元的控制架构图；

图3为本发明基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构双向充电堆单元的控制架构图；

图4为本发明基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构投切控制器的架构图；

图5为本发明基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构光伏发电单元的控制架构图；

图6为本发明基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构双向整流柜的控制架构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。

本发明基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构其中一个实施例的整体架构如图1所示，所述***包括位于调度层的云平台(电动汽车车联网云平台、充电站集群管控云平台、配网调度管控云平台)、位于站控层的若干充电站控制中心边缘服务器、位于设备层的各单元控制器(储能BMS控制器、双向整流单元控制器、光伏发电单元控制器、双向充电堆单元控制器、投切控制器)、以及国网计费单元、若干AC/DC和DC/DC模块。国网计费单元包括国网计费单元充电桩和国网计费单元控制器。国网计费单元充电桩一般放置在充电站室外，国网计费单元控制器一般放置在充电站室内，两者通过CAN总线进行通讯，国网计费单元控制器通过CAN总线来控制电动汽车与国网计费单元充电桩充电。除调度层云平台以外其它各部件通过CAN总线组成一个分布式控制***；充电站站级CAN总线作为站控层与设备层、设备层各单元控制器之间通信的主干网，向上连接站控层控制中心边缘服务器，向下联通设备层各个单元控制器；设备层整流CAN总线、充电堆CAN总线、机桩CAN总线作为次级通信网联通设备层各控制器与相应的电力电子充电设备。双向充电堆单元控制器、双向整流单元控制器、光伏发电单元控制器、国网计费单元控制器、投切控制器均通过一路并行8080单色屏LVDS接口或隔离型的RS485接口与触摸屏相连实现人机交互。

当充电站中有电动汽车进行充电时，充电站控制中心边缘服务器通过充电站站级CAN总线接收各控制单元的数据信息，通过控制中心内置的充放电集群控制算法计算出响应方案，并及时下达双向整流控制指令、光伏发电控制指令、储能充放电控制指令采用这样的设计方案优化了CAN总线网络结构，提高了通信速率和数据的准确性，实现了充电站控制***的模块化，使整个***简练、明了。

***中各模块功能如下：

车联网云平台和配网调度管理云平台用于将各个充电站及车联网、配网管理中心联接起来，实现车网互动、站站互动，充电站集群管控云平台用于对充电站所有数据进行远程可视化显示；

充电站控制中心边缘服务器用于实时接收各单元的运行状态信息、数据信息，负责数据驱动型的车-储-网响应控制，实时对各设备层控制器发送指令信息，控制其它控制器的动作，充电站控制中心边缘服务器还用于通过网络通信协议与调度层云平台进行信息的交互；具体的，所述充电站控制中心边缘服务器用于提供算力，负责数据驱动型的车-储-网响应控制、车-网多约束条件的潮流自主优化调节、以电网稳定运行为目标的充放电***集群控制算法，边缘服务器向上通过TCP/IP协议与调度层云平台信息互通，实现对充电站所有数据的可视化，向下通过充电站站级CAN总线下达双向整流控制指令、光伏发电控制指令、储能充放电控制指令。

储能BMS控制器用于采集蓄电池的充放电功率信息、荷电状态信息，向充电站控制中心边缘服务器发送储能BMS控制器单元充放电功率信息、荷电状态信息，储能BMS控制器还用于接收充电站控制中心边缘服务器下发的储能充放电控制指令，实时地调整储能BMS控制器单元的充放电功率和充放电状态，动态地参与充电站电动汽车充电时能量调度过程；

双向整流单元控制器用于接收来自控制中心边缘服务器发来的双向整流控制指令，再将该指令下发到双向AC/DC模块，控制其工作模式；

投切控制器用于接收双向充电堆单元控制器的投切指令，建立不同单元与DC/DC模块的发电通道，并通过与触摸屏相连实现人机交互；

国网计费单元控制器采集电动汽车BMS电量信息、功率需求信息，向充电堆单元控制器发送电动汽车BMS电量信息、功率需求信息，同时接收充电堆单元控制器下发的充放电控制指令，并通过与触摸屏相连实现人机交互；

光伏发电单元控制器用于采集光伏阵列单元电压、电流信息，一方面上传至控制中心边缘服务器，另一方面接收来自控制中心边缘服务器下发的光伏发电控制指令，并将该指令下发到双向DC/DC模块，实现MPPT功能；

双向充电堆单元控制器用于与国网计费单元充电桩通信，接收充电桩需求指令，同时控制投切控制器建立充电桩与双向DC/DC模块的充放电通道，双向充电堆单元控制器还用于接收光伏发电控制指令、储能充放电控制指令，并根据光伏发电控制指令、储能充放电控制指令控制投切控制器建立光伏发电单元与双向DC/DC模块的发电通道、储能单元与双向DC/DC模块的发电通道。

所述国网计费单元控制架构如图2所示，国网计费单元充电桩作为直接与电动汽车交互通信的户外桩体，除了要符合《国网电动汽车直流充电设备标准化设计方案》文件中对计费控制单元的软硬件技术要求，一般还要尽可能具有丰富的通信接口及功能模块，本发明中国网计费单元控制器可采用TI公司的AM3354系列处理器，通过软硬件接口连接相应的输入输出组件，完成人机显示、计量计费、支付、数据加解密、控制充电设备启停、与车联网云平台进行通信等功能；如图2所示，控制器利用DI接口提供国标插枪检测电路，利用RS485总线与绝缘检测模块相连以检测车辆绝缘性，利用AD采样检测充电枪的枪温，再通过CAN-BUS总线与电动汽车充电设备连接实现国标充电链接通信，保证了电动汽车充电过程的准确性和安全性，控制器具备串口通信的功能，使用其中的3-4路UART实现RS232、RS485通信，一路RS485与电能表相连实现计费功能，控制器单元除了使用电能表进行计费，也可采用IC卡进行刷卡机费，此时可通过一路RS232接口与IC卡相连来实现，为了实现整个充电过程的可视化操作，控制器单元增加了LVDS/RS485接口通信的触摸屏，本发明国网计费控制单元10个为一组与机桩CAN总线通信，可根据充电站电动汽车充电数量进一步进行扩展，具有灵活方便的特性，国网计费单元控制器强大的功能可满足一般光储充电站的需求。

所述双向充电堆单元控制架构如图3所示，充电设备采取桩机分离的架构，国网计费单元充电桩放置室外，双向充电堆单元作为充电机布置在室内；双向充电堆单元控制器采用一种新型、高效的控制***结构嵌入式微处理器(包括DSP)与复杂可编程逻辑器件(CPLD)协同工作架构，不仅使***具有高性能、高速度和可靠性，而且实现了控制***的微型化设计；双向充电堆单元控制器为充电桩最为核心部件，双向充电堆单元控制器内设3路CAN网络，负责通过机桩CAN总线与国网计费单元充电桩通信，接收充电桩需求指令，同时控制投切控制器建立充电桩与双向DC/DC模块的充放电通道，并通过充电堆CAN总线控制双向DC/DC模块进行充放电，负责通过充电站站级CAN总线接收光伏发电控制指令，并通过机桩CAN总线控制投切控制器建立光伏发电单元与双向DC/DC模块的发电通道，负责通过充电站站级CAN总线接收储能充放电控制指令，并通过机桩CAN总线控制投切控制器建立储能单元与双向DC/DC模块的充放电通道，并通过充电堆CAN总线控制双向DC/DC模块进行充放电；与其他单元控制器类似，充电堆单元控制器具有丰富的外设接口，可根据实际需求进行扩展，本发明中设计充电堆单元控制器通过一路RS485总线检测双向DC/DC模块前端输入总电压、电流信号，通过一路RS485总线或24线LVDS接口与触摸屏相连实现人机交互功能，通过AD采样检测柜体温度(Pt采样电阻分压采样)，通过一路PWM信号驱动风扇控制柜体温度，保证充电柜的温度在电动汽车充电过程中始终在设定的温度范围之内。

所述投切单元控制架构如图4所示，投切单元作为实现控制指令的核心单元，因其开关阵列和I/O口较多，因此将投切控制器单元从***中分离出来，进行单独控制，本发明中投切单元主要包括投切控制器、继电器驱动阵列、接触器投切开关矩阵，接触器投切开关矩阵一般可采用共线型开关矩阵或X型开关矩阵，主要作用为将双向DC/DC模块投切到储能单元、国网计费单元充电桩、光伏发电单元等设备，建立不同的充电/放电的电力渠道，并实现柔性充电。投切控制器首先从机桩CAN总线接收双向充电堆单元控制器的投切指令，再进行数字量DO输出，控制继电器，再控制接触器实现投切功能，投切单元控制器同时也可通过RS485总线或LVDS接口与触摸屏通信，进行人机交互。

所述光伏发电单元控制架构如图5所示，光伏发电单元控制器内设两路CAN总线，其中CAN1总线与充电站站级CAN总线通信进行运行状态信息、数据信息的上传和接收边缘服务器发来的发电指令，***正常情况下，光伏单元控制器通过AD采样采集光伏发电单元的电压、电流信号，在内置MPPT算法(可采用电导增量法、扰动观察法等)的情况下，通过CAN2总线对DC/DC模块输出控制指令实现光伏单元始终以最大功率点运行，***中光伏出力最大，光伏发电单元控制器外接继电器驱动电路和直流接触器，通过两路DO信号来控制光伏发电单元的总输出的切断，采用该控制策略能有效地提高比例渗透率下新能源的利用率。

所述双向整流单元控制架构如图6所示，双向整流单元控制器设计2路CAN总线，通过充电站站级CAN总线CAN1来接收边缘服务器发来的双向整流控制指令，再通过整流CAN总线CAN2将指令下发到双向AC/DC模块，控制其工作模式，同时双向整流单元控制器可通过2路隔离型RS485总线采集交流侧电压、电流信号与直流侧电压、电流信号，通过模拟量输入接口进行AD采样检测柜体温度(Pt采样电阻分压采样)，通过一路GPIO端口产生PWM信号驱动风扇控制柜体温度，保证整流柜在整个工作过程中的温度始终稳定在上下限，通过一路数字量接口控制交流侧电网的切断控制，实现光储充电站控制***离并网工作模式的切换。

本发明实施例还提供一种基于多层网络的光储充智慧充电站的控制方法，其采用上述控制架构进行，所述方法包括：当充电站中有电动汽车进行充电时，充电站控制中心边缘服务器通过CAN总线接收各控制单元的数据信息，通过控制中心内置的充放电集群控制算法计算出响应方案，并及时下达双向整流控制指令、光伏发电控制指令、储能充放电控制指令；具体的，

充电站控制中心边缘服务器实时接收各单元的运行状态信息、数据信息，负责数据驱动型的车-储-网响应控制，实时地对各设备层控制器发送指令信息，控制其它控制器的动作，充电站控制中心边缘服务器还通过网络通信协议与调度层云平台进行信息的交互；

充电站控制中心边缘服务器实时接收各单元的运行状态信息、数据信息，负责数据驱动型的车-储-网响应控制，实时地对各设备层控制器发送指令信息，控制其它控制器的动作，充电站控制中心边缘服务器还用于通过网络通信协议与调度层云平台进行信息的交互；

双向整流单元控制器接收来自控制中心边缘服务器发来的双向整流控制指令，再将该指令下发到双向AC/DC模块，控制其工作模式；

投切控制器接收双向充电堆单元控制器的投切指令，建立不同单元与DC/DC模块的发电通道，并通过与触摸屏相连实现人机交互；

国网计费单元控制器采集电动汽车BMS电量信息、功率需求信息，向充电堆单元控制器发送电动汽车BMS电量信息、功率需求信息，同时接收充电堆单元控制器下发的充放电控制指令，并通过与触摸屏相连实现人机交互；

光伏发电单元控制器采集光伏阵列单元电压、电流信息，一方面上传至控制中心边缘服务器，另一方面接收来自控制中心边缘服务器下发的光伏发电控制指令，并将该指令下发到双向DC/DC模块，实现MPPT功能；

双向充电堆单元控制器与国网计费单元充电桩通信，接收充电桩需求指令，同时控制投切控制器建立充电桩与双向DC/DC模块的充放电通道，双向充电堆单元控制器还用于接收光伏发电控制指令、储能充放电控制指令，并根据光伏发电控制指令、储能充放电控制指令控制投切控制器建立光伏发电单元与双向DC/DC模块的发电通道、储能单元与双向DC/DC模块的发电通道。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构，自上而下包括位于调度层的电动汽车车联网云平台、充电站集群管控云平台、配网调度管控云平台，位于站控层的若干充电站控制中心边缘服务器，位于设备层的储能BMS控制器、双向整流单元控制器、光伏发电单元控制器、双向充电堆单元控制器、投切控制器、国网计费单元、若干AC/DC和DC/DC模块，国网计费单元包括相互通信连接的国网计费单元充电桩和国网计费单元控制器，其特征在于：设备层充电站站级CAN总线作为主干网，联通充电站控制中心边缘服务器、储能BMS控制器、双向整流单元控制器、光伏发电单元控制器、双向充电堆单元控制器，设备层整流CAN总线、充电堆CAN总线、机桩CAN总线作为次级通信网联通设备层各控制器与相应的电力电子充电设备；当充电站中有电动汽车进行充电时，充电站控制中心边缘服务器通过CAN总线接收各控制单元的数据信息，通过控制中心内置的充放电集群控制算法计算出响应方案，并及时下达双向整流控制指令、光伏发电控制指令、储能充放电控制指令，其中：

车联网云平台和配网调度管理云平台用于将各个充电站及车联网、配网管理中心联接起来，实现车网互动、站站互动，充电站集群管控云平台用于对充电站所有数据进行远程可视化显示；

充电站控制中心边缘服务器用于实时接收各单元的运行状态信息、数据信息，负责数据驱动型的车-储-网响应控制，实时对各设备层控制器发送指令信息，控制其它控制器的动作，充电站控制中心边缘服务器还用于通过网络通信协议与调度层云平台进行信息的交互；

储能BMS控制器用于采集蓄电池的充放电功率信息、荷电状态信息，向充电站控制中心边缘服务器发送储能BMS控制器单元充放电功率信息、荷电状态信息，储能BMS控制器还用于接收充电站控制中心边缘服务器下发的储能充放电控制指令，实时地调整储能BMS控制器单元的充放电功率和充放电状态，动态地参与充电站电动汽车充电时能量调度过程；

双向整流单元控制器用于接收来自控制中心边缘服务器发来的双向整流控制指令，再将该指令下发到双向AC/DC模块，控制其工作模式；

投切控制器用于接收双向充电堆单元控制器的投切指令，建立不同单元与DC/DC模块的发电通道，并通过与触摸屏相连实现人机交互；

国网计费单元控制器采集电动汽车BMS电量信息、功率需求信息，向充电堆单元控制器发送电动汽车BMS电量信息、功率需求信息，同时接收充电堆单元控制器下发的充放电控制指令，并通过与触摸屏相连实现人机交互；

光伏发电单元控制器用于采集光伏阵列单元电压、电流信息，一方面上传至控制中心边缘服务器，另一方面接收来自控制中心边缘服务器下发的光伏发电控制指令，并将该指令下发到双向DC/DC模块，实现MPPT功能；

双向充电堆单元控制器用于与国网计费单元充电桩通信，接收充电桩需求指令，同时控制投切控制器建立充电桩与双向DC/DC模块的充放电通道，双向充电堆单元控制器还用于接收光伏发电控制指令、储能充放电控制指令，并根据光伏发电控制指令、储能充放电控制指令控制投切控制器建立光伏发电单元与双向DC/DC模块的发电通道、储能单元与双向DC/DC模块的发电通道。

2.如权利要求1所述的基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构，其特征在于：所述充电站控制中心边缘服务器用于提供算力，负责数据驱动型的车-储-网响应控制、车-网多约束条件的潮流自主优化调节、以电网稳定运行为目标的充放电***集群控制算法，边缘服务器向上通过TCP/IP协议与调度层云平台信息互通，实现对充电站所有数据的可视化，向下通过充电站站级CAN总线下达双向整流控制指令、光伏发电控制指令、储能充放电控制指令。

3.如权利要求1所述的基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构，其特征在于：所述双向充电堆单元控制器内设3路CAN网络，一路通过机桩CAN总线与室外国网计费单元通信，一路通过充电堆CAN总线负责内部所有双向DC/DC模块的控制，一路通过充电站站级CAN总线与控制中心边缘服务器通信，实现充电站设备实时数据的上发与边缘服务器下发的指令接收功能。

4.如权利要求1所述的基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构，其特征在于：所述双向充电堆单元控制器采用数字信号处理器DSP与复杂可编程逻辑器件CPLD协同工作的架构，数字信号处理器DSP主要用来完成已采集数据的实时处理，运算和响应，与控制***中其它微处理器之间的通信，复杂可编程逻辑器件CPLD实现硬件的软件化，增强数字信号处理器访问外设的能力，双向充电堆单元控制器通过隔离型的RS485接口与电表相连，检测双向DC/DC模块前端输入总电压、电流信号，通过模拟输入接口进行AD采样，检测控制柜的柜体温度，充电堆控制器一路GPIO端口能够产生PWM信号来驱动风扇控制控制柜温度。

5.如权利要求1所述的基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构，其特征在于：所述国网计费单元控制器采用AM3354系列处理器，通过软硬件接口连接相应的输入输出组件，完成人机显示、计量计费、支付、数据加解密、控制充电设备启停、与车联网平台进行通信功能，每个国网计费控制器内设2路CAN总线，一路通过机桩CAN总线接收双向充电堆单元控制器指令，一路通过CAN-BUS总线与电动汽车BMS单元相连实现国标链接通信。

6.如权利要求5所述的基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构，其特征在于：所述国网计费单元控制器通过RS485总线与电能表连接进行计费，通过RS232总线与IC卡连接实现刷卡付费，通过AD采样检测充电枪的枪温，通过带光耦隔离的数字量IO接口与国标插枪检测电路相连，检测充电枪的***状态及线缆容量，通过隔离型RS485总线与绝缘检测模块相连检测车辆绝缘性，具备上述特征的国网计费单元控制器每10个为一组为10辆电动汽车进行充电，可以根据充电站电动汽车的数量进行扩展。

7.如权利要求1所述的基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构，其特征在于：所述光伏发电单元控制器内设2路CAN总线，一路通过充电站站级CAN总线接收控制中心边缘服务器下发的发电指令，通过两路模拟量输入接口进行AD采样，采集光伏发电单元的电压、电流信号，在内置MPPT算法计算后通过充电堆CAN总线输出控制指令，使DC/DC模块以最大功率运行，同时光伏发电单元控制器可通过两路数字量输出接口对光伏发电单元的总输出切断进行控制。

8.如权利要求1所述的基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构，其特征在于：所述双向整流单元控制器设计2路CAN总线，一路通过充电站站级CAN总线接收控制中心边缘服务器发来的双向整流控制指令，一路通过整流CAN总线将指令下发到双向AC/DC模块，控制其工作模式，同时双向整流单元控制器通过2路隔离型RS485总线采集交流侧电压、电流信号与直流侧电压、电流信号，通过模拟量输入接口进行AD采样检测柜体温度，通过一路GPIO端口产生PWM信号驱动风扇控制柜体温度，通过一路数字量接口控制交流侧电网的切断控制，实现光储充电站离并网工作模式的切换。

9.如权利要求1所述的基于多层网络的光储充智慧充电站控制架构，其特征在于：所述投切控制器通过机桩CAN总线接收双向充电堆单元控制器的投切指令，再进行数字量DO输出，控制继电器，最后通过控制接触器建立不同运行状态下储能单元、光伏发电单元、双向整流单元与电动汽车的充放电通道。

10.一种基于多层网络的光储充智慧充电站控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的控制架构进行，所述方法包括：当充电站中有电动汽车进行充电时，充电站控制中心边缘服务器通过CAN总线接收各控制单元的数据信息，通过控制中心内置的充放电集群控制算法计算出响应方案，并及时下达双向整流控制指令、光伏发电控制指令、储能充放电控制指令；具体的，

充电站控制中心边缘服务器实时接收各单元的运行状态信息、数据信息，负责数据驱动型的车-储-网响应控制，实时对各设备层控制器发送指令信息，控制其它控制器的动作，充电站控制中心边缘服务器还通过网络通信协议与调度层云平台进行信息的交互；

充电站控制中心边缘服务器实时接收各单元的运行状态信息、数据信息，负责数据驱动型的车-储-网响应控制，实时对各设备层控制器发送指令信息，控制其它控制器的动作，充电站控制中心边缘服务器还用于通过网络通信协议与调度层云平台进行信息的交互；

双向整流单元控制器接收来自控制中心边缘服务器发来的双向整流控制指令，再将该指令下发到双向AC/DC模块，控制其工作模式；

投切控制器接收双向充电堆单元控制器的投切指令，建立不同单元与DC/DC模块的发电通道，并通过与触摸屏相连实现人机交互；

国网计费单元控制器采集电动汽车BMS电量信息、功率需求信息，向充电堆单元控制器发送电动汽车BMS电量信息、功率需求信息，同时接收充电堆单元控制器下发的充放电控制指令，并通过与触摸屏相连实现人机交互；

光伏发电单元控制器采集光伏阵列单元电压、电流信息，一方面上传至控制中心边缘服务器，另一方面接收来自控制中心边缘服务器下发的光伏发电控制指令，并将该指令下发到双向DC/DC模块，实现MPPT功能；

双向充电堆单元控制器与国网计费单元充电桩通信，接收充电桩需求指令，同时控制投切控制器建立充电桩与双向DC/DC模块的充放电通道，双向充电堆单元控制器还用于接收光伏发电控制指令、储能充放电控制指令，并根据光伏发电控制指令、储能充放电控制指令控制投切控制器建立光伏发电单元与双向DC/DC模块的发电通道、储能单元与双向DC/DC模块的发电通道。

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