淺談變電站區域充電樁運行協調自動控製的方法與研究

hth下载地址 陳聰

摘要：研究一種變電站區域充電樁運行協調自動控製方法，降低網損、負荷波動與(yu) 峰穀差，解決(jue) 三相不平衡問題，實現充電樁運行協調自動控製。利用基於(yu) 能量均衡的無線傳(chuan) 感器部署方法，在變電站區域內(nei) 設計無線傳(chuan) 感器部署方案，用於(yu) 采集充電樁運行信息；依據采集的信息，以最小網損、三相不平衡度、負荷波動與(yu) 峰穀差為(wei) 目標函數，以充電樁功率與(yu) 充電樁儲(chu) 備電量等為(wei) 約束條件，建立充電樁運行協調自動控製模型；通過粒子群算法求解該模型，獲取最小網損、三相不平衡度、負荷波動與(yu) 峰穀差，對應的充電樁運行協調自動控製方案。實驗證明：該方法可有效采集充電樁運行信息，具備較優(you) 的能量均衡性；該方法可有效實現充電樁運行協調自動控製，降低網損、三相不平衡度、負荷波動與(yu) 峰穀差，令充電樁電壓始終維持在正常範圍之內(nei) 。

關(guan) 鍵詞：無線傳(chuan) 感器；變電站區域；充電樁；自動控製

1引言

電動汽車的發展能有效解決(jue) 能源危機問題，其充電方式為(wei) 充電樁，海量電動汽車的無序充電，導致變電站區域出現峰+峰的問題叫，明顯提升變電站區域的網損，降低電能質量，為(wei) 解決(jue) 這一係列的問題，需研究充電樁控製方法，實現削峰填穀，降低網損，提升供電質量[2]。例如，以用戶需求與(yu) 利益為(wei) 目標函數，建立充電樁控製模型，利用莫楞貝突變遺傳(chuan) 算法，求解該模型，獲取充電樁控製方案，該方法可有效避免變壓器過載，降低用戶充電成本[3]。根據電動汽車的儲(chu) 能容量與(yu) 充電需求，對充電樁進行合理調控，該方法可有效抑製負荷波動，具備削峰填穀功能。但這兩(liang) 種方法均未考慮充電樁的三相不平衡問題，影響供電質量，且無法實時采集充電樁的運行信息，導致運維人員不能實時了解充電樁的運行情況，影響充電樁控製效果。無線傳(chuan) 感器具備較優(you) 的信息采集與(yu) 傳(chuan) 輸功能，可實時采集目標的運行信息。為(wei) 此，研究變電站區域充電樁運行協調自動控製方法，合理協調自動控製充電樁。

2變電站區域充電樁運行協調自動控製

2.1無線傳(chuan) 感器在變電站區域的部署方法

利用基於(yu) 能量均衡的無線傳(chuan) 感器在變電站區域中的部署方法，部署無線傳(chuan) 感器，用於(yu) 采集變電站區域充電樁運行信息。令變電站區域充電樁的第i個(ge) 采集節點為(wei) C(i=1,2，,n),i的傳(chuan) 輸距離為(wei) d；節點i與(yu) 節點i-1之間的中繼節點與(yu) 數量為(wei) gi,m；因為(wei) g.和節點i轉發的充電樁運行信息一致,所以gi的傳(chuan) 輸距離也是d；節點i與(yu) 節點i-1間的距離為(wei) Ri。令各節點一個(ge) 周期中生成了k比特的充電樁運行信息，那麽(me) i發送的充電樁運行信息為(wei) D=(n-i)k,i接收的充電樁運行信息為(wei) r=(n-i+1)k。在歸定時間內(nei) ，令全部無線傳(chuan) 感器節點消耗的能量一致，其能量使用結束時間大致相同，達到無線傳(chuan) 感器網絡能量消耗均衡的目的，無線傳(chuan) 感器節點間的能量消耗關(guan) 係為(wei) ：

式中：Eele為(wei) 在發射電路過程中，無線傳(chuan) 感器節點損耗的能量；E為(wei) 無線傳(chuan) 感器節點全生命周期內(nei) 的損耗能量；入為(wei) 修正係數；f.為(wei) 無線傳(chuan) 感器節點采集充電樁運行信息的頻率；do為(wei) 傳(chuan) 輸距離閾值；8為(wei) 在d<d情況下，擴展功率需消耗的能量；amp為(wei) 在d≥do情況下，擴展功率需消耗的能量。

根據式(1）

可獲取：

因為(wei) 與(yu) sink節點距離越遠，采集節點的d,越遠，所以令d<do,推理式(2)可獲取：

在已知d,情況下，能夠利用式(3)獲取無線傳(chuan) 感器采集節點的d，按照式（4)可獲取gi的數量

因為(wei) m；為(wei) 整數，所以m向上取整，按照無線傳(chuan) 感器生命周期原理，獲取無線傳(chuan) 感器網絡生命周期為(wei) ：

式中：E。為(wei) 無線傳(chuan) 感器節點初始損耗能量。利用無線傳(chuan) 感器數量描繪無線傳(chuan) 感器網絡的總成本，無線傳(chuan) 感器網絡效率為(wei) ：

=1以*大化P為(wei) 目標函數，尋找*優(you) 的無線傳(chuan) 感器中繼節點部署方案。無線傳(chuan) 感器在變電站區域的部署步驟如下：步驟①：遍曆dn，d,由d擴展至Rn，每次擴展數量為(wei) 1，若dn>Rn，那麽(me) 繼續步驟①；反之，繼續步驟②；步驟②：利用式（3)計算獲取(di,d2,,d);步驟③：通過式（4)計算獲取(m1,m²,,mil;步驟④：通過式(2)計算獲取E;步驟③：利用式(5)計算獲取T；步驟③：由式(6)計算獲取P；步驟①：以最大P值，對應的中繼節點數量與(yu) 傳(chuan) 輸距離，為(wei) 變電站區域中*優(you) 的無線傳(chuan) 感器部署方案，利用*優(you) 無線傳(chuan) 感器部署方案，采集變電站區域充電樁運行信息

2.2變電站區域充電樁運行協調自動控製模型

依據第2.1節采集的變電站區域充電樁運行信息，建立以最小網損與(yu) 三相不平衡度，以及最小變電站區域負荷波動與(yu) 峰穀差為(wei) 目標函數的充電樁運行協調自動控製模型。令變電站區域內(nei) 充電樁數量為(wei) L；控製總時段為(wei) T"；最小網損與(yu) 三相不平衡度的充電樁運行協調自動控製目標函數為(wei) ：

式中：l為(wei) 充電樁編號;Pald為(wei) t時段，α相，l的負荷;Pa，Pa,P,P為(wei) 直流側(ce) 連接、未連接母線時，單、三相充電樁的有功功率。最小負荷波動值與(yu) 峰穀差的充電樁運行協調自動控製目標函數為(wei) ：

F2=min[maxPia'lad_F20式中：F2為(wei) 負荷波動；F為(wei) 峰穀差；Qia為(wei) α相，t時段，l的充電功率；u為(wei) 日負荷均值;Pianload為(wei) 修正後的常規負荷；1,2為(wei) F2與(yu) F2z的加權係數，1+2=1;F2loF2為(wei) 原始變電站區域負荷相應的負荷波動值與(yu) 峰穀差。2.3充電樁運行協調自動控製模型約束條件F的約束條件如下：令各充電樁中包含4個(ge) 觸點，記作觸點1、觸點2、觸點3、觸點4,單、三相充電樁空開狀態為(wei) Kia,Kia;在Kial=0情況下，代表單相充電樁觸點3,4閉合，觸點1,2斷開，直流側(ce) 連接母線時，單相充電樁功率約束為(wei) ：

直流側(ce) 連接母線時，三相充電樁的功率約束為(wei) ：不平衡度，以及最小負荷波動值與(yu) 峰穀差為(wei) 粒子的位置，粒子位置與(yu) 速度的更新公式如下：

變電站區域充電樁運行協調自動控製模型求解的具體(ti) 步驟如下：步驟①：種群初始化；步驟②：求解適應度子，根據式(7)與(yu) 式(8)求解子，各個(ge) 體(ti) 子的值均有4個(ge) ，分別為(wei) 網損、三相不平衡度、負荷波動與(yu) 峰穀差，個(ge) 體(ti) 需符合的約束條件為(wei) 式(9)~（17)與(yu) 式（19），存儲(chu) A，與(yu) G；步驟③：更新種群，利用式（20）更新x，與(yu) s，全局最佳粒子ybst為(wei) 非劣解集內(nei) 任意選擇的粒子；步驟④：更新個(ge) 體(ti) 最佳粒子ybest，按照新粒子ynew與(yu) yhesr的支配關(guan) 係，更新Yies;步驟③：篩選非劣解集0，融合新舊非劣解集Onew與(yu) Oald，獲取新的O'，按照O'內(nei) 力的支配關(guan) 係，獲取新的非劣解集，存儲(chu) 非劣解的位置；步驟③：利用式（20）更新x與(yu) V；步驟①：分析x是否大於(yu) 限值，若大於(yu) 限值，則返回步驟③；反之，輸出支配解，即最小網損與(yu) 三相不平衡度，以及最小負荷波動與(yu) 峰穀差，對應的變電站區域充電樁運行協調自動控製方案。

2.3實驗分析

以某變電站區域充電樁為(wei) 實驗對象，該變電站區域內(nei) 共包含4個(ge) 單相充電樁，接入相分別為(wei) a,b,b,c;28個(ge) 三相充電樁。利用該方法對該變電站區域充電樁運行展開協調自動控製，驗證該方法協調自動控製的可行性。分析不同無線傳(chuan) 感器節點數量，以及在不同節點距離時，該方法采集充電樁運行信息的能量均衡性，分析結果見圖1。

由圖1可知，隨著無線傳(chuan) 感器節點數量的增加，該方法采集充電樁運行信息的無線傳(chuan) 感器網絡生命周期呈下降趨勢；隨著傳(chuan) 輸距離的增長，生命周期也呈下降趨勢，即傳(chuan) 輸距離越大，生命周期越小；在無線傳(chuan) 感器節點數量為(wei) 5個(ge) ，傳(chuan) 輸距離為(wei) 350m左右時，生命周期降至0s，此時無線傳(chuan) 感器節點的能量消耗完畢；在無線傳(chuan) 感器節點數量為(wei) 10個(ge) ，傳(chuan) 輸距離為(wei) 300m左右時，生命周期降至0s，此時無線傳(chuan) 感器節點的能量消耗完畢；在無線傳(chuan) 感器節點數量為(wei) 15個(ge) ，傳(chuan) 輸距離為(wei) 250m左右時，生命周期降至0s，此時無線傳(chuan) 感器節點的能量消耗完畢；綜合分析可知，無線傳(chuan) 感器節點為(wei) 5，10,15個(ge) 時，最佳傳(chuan) 輸距離分別為(wei) 350m，300m，250m，此時無線傳(chuan) 感器節點能量消耗完畢，可有效防止出現能量空洞，實現無線傳(chuan) 感器網絡采集充電樁運行信息時的能量均衡。利用該方法采集該變電站區域充電樁運行信息，以典型日充電樁的三相有功功率為(wei) 例，采集結果如圖2所示。由圖2可知，該方法可有效采集該

變電站區域充電樁的三相有功功率，為(wei) 後續充電樁運行協調自動控製提供數據支持。實驗證明：該方法可有效采集變電站區域充電樁的運行信息。利用該方法對該變電站區域充電樁的運行展開協調自動控製，協調自動控製後充電樁的三相有功功率、電壓與(yu) 負荷如圖3所示。

充電樁交流網損、直流網損、三相電壓不平衡度、三相電流不平衡度與(yu) 峰穀差如表1所示，正常充電樁電壓波動區間為(wei) 0.95pu~1.1pu。

綜合分析圖3與(yu) 表1可知，應用該方法協調自動控製充電樁的運行後，可有效令充電樁可有效令充電樁三相有功功率大致重合，解決(jue) 三相不平衡問題；在不同時刻，充電樁的最小電壓波動區間為(wei) 0.95pu~1pu之間，並未低於(yu) 正常電壓波動的*低值，最大電壓波動區間為(wei) 1pu~1.06pu之間，並未超過正常電壓波動的最高值，說明應用該方法協調自動控製後，充電樁電壓始終控製在正常區間以內(nei) ；在8:00~18:00之間充電樁負荷處於(yu) 低穀期，00:00~7:00，19:00~24:00之間，充電樁負荷處於(yu) 高峰期，應用該方法控製後，充電樁負荷波動明顯低於(yu) 控製前，且峰穀差明顯下降。應用該方法控製後，充電樁網損、三相不平衡度、峰穀差均明顯下降，說明該方法可有效協調自動控製充電樁的運行，降低網損、負荷波動與(yu) 峰穀差，改善三相不平衡度。

3hth下载地址充電樁收費運營雲(yun) 平台係統選型方案

3.1概述

AcrelCloud-9000hth下载地址充電柱收費運營雲(yun) 平台係統通過物聯網技術對接入係統的電動電動自行車充電站以及各個(ge) 充電整法行不間斷地數據采集和監控，實時監控充電樁運行狀態，進行充電服務、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網、4G或WIFI等方式接入互聯網，用戶通過微信、支付寶，雲(yun) 閃付掃碼充電。

3.2應用場所

適用於(yu) 民用建築、一般工業(ye) 建築、居住小區、實業(ye) 單位、商業(ye) 綜合體(ti) 、學校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

3.3係統結構

係統分為(wei) 四層：

1）即數據采集層、網絡傳(chuan) 輸層、數據層和客戶端層。

2）數據采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協議為(wei) 標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用於(yu) 采集充電回路的電力參數，並進行電能計量和保護。

3）網絡傳(chuan) 輸層：通過4G網絡將數據上傳(chuan) 至搭建好的數據庫服務器。

4）數據層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、曆史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶端層：係統管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平台。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區充電平台功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時為(wei) 運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

3.4hth下载地址充電樁雲(yun) 平台係統功能

3.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、充電樁故障等進行統計顯示，同時可查看每個(ge) 站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

3.4.2實時監控

實時監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態、回路狀態、充電過程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。

3.4.3交易管理

平台管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區用戶每日的充電交易詳細信息。

3.4.4故障管理

設備自動上報故障信息，平台管理人員可通過平台查看故障信息並進行派發處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成後將結果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現場問題。

3.4.5統計分析

通過係統平台，從(cong) 充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統計信息、能耗統計信息等。

3.4.6基礎數據管理

在係統平台建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價(jia) 格策略、折扣、優(you) 惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。3.4.7運維APP

麵向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數設置，同時可接收故障推送

3.4.8充電小程序

麵向充電用戶使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。

3.5係統硬件配置

4結論與(yu) 展望

電動汽車有效解決(jue) 了能源和環境危機問題，電動汽車的電能補給站是充電樁，因此充電樁屬於(yu) 一種新的負荷類型，靈活性較強，充電樁的大範圍使用，導致電網存在峰+峰的衝(chong) 擊，還會(hui) 導致局部停電，為(wei) 此，研究一種變電站區域充電樁運行協調自動控製方法，合理控製充電樁運行，降低網損與(yu) 負荷波動，緩解電網調峰壓力。

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