电动汽车充电站功率和时间分配控制策略.

第３６卷第７期

２０１５年７月

电力

建设

Ｖ０１．３６．Ｎｏ。７Ｊｕｌ．，２０１５

ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ

电动汽车充电站功率和时间分配控制策略

梁锦华，原增泉，韩华春，许海平

（中国科学院电工研究所，北京市１００１９０）

摘要：即插即充的无序充电会对电网稳定性造成巨大威胁，基于此，建立了充电站综合控制系统。针对充电规划时需考虑功率分配和电滟充电特性，提出了一种充电站功率和时间分配控制策略。该策略通过理论建模将充电控制过程转化为微小时间段的近似线性规划问题，经系统测试，可在满足用户基本充电要求的情况下，尽量减少对电网稳定性和电池寿命的影响。

关键词：电动汽车；充电设备；功率分配；时间分配

ＣｏｎｔｒｏｌＳｔｒａｔｅｇｙｏｆＰｏｗｅｒａｎｄＴｉｍｅＡｌｌｏｃａｔｉｏｎｆｏｒ

ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅＣｈａｒｇｉｎｇＳｔａｔｉｏｎ

ＬＩＡＮＧＪｉｎｈｕａ，ＹＵＡＮＺｅｎｇｑｕａｎ，ＨＡＮＨｕａｃｈｕｎ，ＸＵＨａｉｐｉｎｇ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ

ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆ

ａ

Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９０，Ｃｈｉｎａ）

ｇＩｉｄ，ｔｈｅ

ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｂｅｃａｕｓｅｄｉｓｏｒｄｅｒｌｙｃｈａｒｇｉｎｇｐｏｓｅｄ

ｈｕｇｅｔｈｒｅａｔｔｏｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｏｗｅｒ

ｓｙｓｔｅｍｏｆｃｈａｒｇｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｆｏｒｔｈｅｒｅａｓｏｎｔｈａｔｂｏｔｈｔｈｅｐｏｗｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｈｏｕｌｄｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｄｕｒｉｎｇｃｈａｒｇｉｎｇｐｌａｎｎｉｎｇ，ａｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｏｆｐｏｗｅｒａｎｄｔｉｍｅｃｈａｒｇｉｎｇｓｔａｔｉｏｎ，ｉｎ

ｗｈｉｃｈ

ｔｈｅ

ｃｈａｒｇｉｎｇ

ｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｃｅｓｓ

ｗａｓ

ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ（ＰＴＡＩＣＭ）ｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒ

ｃｏｎｖｅｒｔｅｄｔｏｓｈｏｒｔ

ｔｉｍｅａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｉｎｅａｒｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ

ｕｓｅｒｓ，ａｓ

ｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇ．ＴｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｐｒｏｖｅｓｔｈａｔｉｔＣａｎｍｅｅｔｔｈｅｂａｓｉｃｃｈａｒｇｉｎｇｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆ

ａｓ

ｗｅｌｌ

ｍｉｎｉｍｉｚｅｔｈｅｉｍｐａｃｔ

ｏｎ

ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｏｗｅｒｇａｄａｎｄｂａｔｔｅｒｙｌｉｆｅ．

ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ

中图分类号：ＴＭ

７４４

ｖｅｈｉｃｌｅ；ｃｈａｒｇｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｐｏｗｅｒａｌｌｏｃａｔｉｏｎ；ｔｉｍｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ

文献标志码：Ａ文章编号：１０００—７２２９（２０１５）０７－０１０１—０６

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－７２２９．２０１５．０７．０１４

０

引言

１

１．１

各类充电设备工作原理

交流充电设备

交流充电设备功能结构如图１所示。从电网引

电动汽车充电，一方面必须考虑电网调度管理中心实时功率分配和大功率设备同时接入对电网稳定性的影响¨引，无序充电给电网带来的负面冲击等问

题Ｈ剖；另一方面还需考虑电动汽车电池的充放电特

入２２０Ｖ正弦交流电，经空气开关、智能电表进入交

流接触器。充电插头接人，经过握手协议连接确认，根据车载充电机的要求输出ＰＷＭ占空比和相应的电流，控制板可集成多种通信方式实现人机交互。１．２直流充电设备

直流充电设备功能结构如图２所示。３８０Ｖ电

网通过三相智能电表，输出到直流充电模块，直流充电模块通过ＰＷＭ整流器将三相交流电变换成电压恒定的直流电，实现网侧电流正弦化并提高单位功率

性，缩短充电时间，延长电池使用寿命∞引。如何建立充电站的控制模型，协调各种充电设备ｐ‘１５】，优化控制策略１１６－２４］，实现充电站的有序、高效充电，至关重要。现有的研究大部分都是侧重于电网、电池等单一方面的影响，但实际充电过程是受多方面因素的约束，本文

在满足用户基本充电要求的基础上，建立多目标优化

算法模型，采用相应的寻优算法实现功率和时间的协

调分配。

因数，再通过ＤＣ—ＤＣ变换器输出符合电池管理系统要求的直流电给电池。如果多个直流充电模块通过ＣＡＮ总线并联在一起组成大功率电源系统，就可以

ｏｆ

Ｃｈｉｎａ

基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１０７７１２２）。ＰｒｏｊｅｃｔＳｕｐｐｏｒｔｅｄ

ｂｙ

Ｎａｔｉｏｎａｌ

Ｎａｔｕｒｅ

Ｓｃｉｅｎｃｅ

Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ

实现快速充电，减少电池充电时间，满足用户对充电

（５１０７７１２２）．

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｅｐｃ．ｃｏｍ．ｃｎ皿

万方数据

图１

Ｆｉｇ．１

交流充电设备功能结构

ＦｕｎｃｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＡＣｃｈａｒｇｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ

图３充电站综合控制系统

Ｆｉｇ．３

Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｃｈａｒｇｉｎｇｓｔａｔｉｏｎ

据并完成站内充电设备功率和时间规划任务。显示终

端基于客户彬服务器（ｃｌｉｅｎｔ／ｓｅｒｖｅｒ，Ｃ／Ｓ）架构体系。

集中控制器定时将数据通过ＧＰＲＳ或Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上传以

太网中的总服务器和总监控中心，总监控中心可以监

控多地区站点实时情况，总服务器使用大型ＳＱＬ数据库存储站点信息，方便监控机构和用户查询。查询方

式主要有：（１）通过浏览器／服务器（ｂｒｏｗｓｅｒ／ｓｅｒｖｅｒ，

图２直流充电设备功能结构

Ｆｉｇ．２

ＦｕｎｃｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＤＣ

ｃｈａｒｇｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ

Ｂ／Ｓ）架构体系，直接在网页浏览器中输入网址通过网站查询；（２）通过ｃｓ架构体系，在各个站点的人机交互触摸终端上查询；（３）通过手机、平板电脑等无线终端查询，还可以通过ＧＳＭ短信进行互动。

时间的要求。

１．３充放电设备

充放电设备是由电压型整流器（ｖｏｌｔａｇｅ

ｓｏｕｒｃｅ

ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ，ＶＳＲ）和双向ＤＣ／ＤＣ变换器２部分组成，ＶＳＲ和双向ＤＣ／ＤＣ变换器都具有双向变换能力，因此充放电设备既具有给电动汽车电池充电的能力，也

能把电池的能量馈送给电网，实现协调电网、平衡峰谷差等功能。

２

３

多个充电设备功率和时间协调控制方法

站内有不同类型，不同功率的充电设备，如何规划和分配其功率和时间至关重要，在下面的控制方法中暂且只考虑电池的充电过程，首先分析决定单台电动汽车充电负荷的主要因素：

（１）Ｘ沁＝［ｔ沁％ｔ。，Ｃ小，Ｃ沁，Ｐ泔］