臺區能源控制器與充電樁智能控制器信息交互技術方案

戴成濤，王義輝，張 謇

（科大智能科技股份有限公司，上海 200000）

1 技術現狀及交互需求

1.1 能源控制器

能源控制器安裝在低壓臺區的智能化采集與控制終端，能夠滿足高性能并發、大容量存儲、多采集對象、就地化分析決策等需求，具有數據采集、設備運行狀態監測、電能計量等功能，支撐營銷、配電及新興業務發展需求。

1） 硬件方面。能源控制器主控CPU 主頻4 核1 GHz，內存容量1 GB，數據存儲器容量8 GB。能源控制器與感知設備的通信接口支持：1 路基于高速電力線載波通信（High-Speed Power Line Carrier Communication,HPLC） 與 無 線（Radio Frequency,RF） 的雙模本地通信接口、4 路RS485/RS232 接口、1 路藍牙接口以及2 路以太網接口。能源控制器上行支持2 路無線公網/專網遠程通信接口，支持同時連接兩個不同虛擬專網內的主站系統。

2） 軟件方面。能源控制器的軟件分為操作系統層和應用層。操作系統層包括操作系統內核、硬件驅動框架、啟動程序、系統接口、硬件抽象層和系統組件，操作系統通過系統接口為APP 提供系統調用接口，通過硬件抽象層提供硬件設備訪問接口，系統組件與應用層通過消息總線通信。應用層包括基礎APP 和業務APP 以及相應的容器，APP之間通過消息總線進行數據交互。

1.2 充電樁智能控制器

電動汽車充電樁分為非車載直流充電機和交流充電樁，主要類型見表1。

表1 電動汽車充電樁主要類型

非車載直流充電機是指固定連接至交流或直流電源，并將其電能轉化為直流電能，采用傳導方式為電動汽車動力蓄電池充電的專用裝置。一般由動力電源輸入、功率變換單元、智能充電控制器、人機交互單元、計量單元等部分組成，有4G、以太網、RS232、RS485、CAN 等多種通信方式。

交流充電樁是指采用傳導方式為具有車載充電裝置的電動汽車提供交流電源的專用供電裝置。一般由控制電源、智能充電控制器、人機交互界面和計量計費等單元組成，有4G、以太網、藍牙、RS485、CAN 等多種通信方式。

1.3 交互需求

能源控制器與充電樁智能控制器交互的信息分為充電樁信息和用戶信息兩類，信息交互方式以主動上報為主，輔以周期召測，詳細分類見表2。

表2 交互信息分類

2 能源控制器與充電樁智能控制器交互方案

2.1 通信架構

系統通信方式分為遠程和本地通信。遠程通信為能源控制器或充電樁與主站之間的通信，采用4G/5G 通信方式，用采主站可以直接向運營商平臺發起負荷調控申請，運營商平臺可以共享充電信息給用采系統[1]。本地通信為能源控制器與電能表、充電樁、協議轉換器之間的通信，主要采用HPLC 等通信方式，實現電能表計費數據采集，充電樁信息采集及本地控制，具體交互通信架構見圖1。

圖1 通信架構圖

圖1 主要包含以下兩個應用場景。

1） 內置HPLC/雙模通信模塊的充電樁。能源控制器通過充電樁內HPLC/雙模模塊直接與充電樁智能控制器通信，實現充電樁信息采集與控制。

2） 外接協議轉換器的充電樁。能源控制器通過HPLC/雙模與協議轉換器通信，協議轉換器通過RS485、CAN、藍牙等方式與充電樁智能控制器通信，實現充電樁信息采集與控制。

2.2 交互業務流程

1） 充電需求發起。用戶通過APP 掃描充電樁二維碼選擇需要使用的充電樁。輸入相關充電需求信息（是否接受調控、充電槍號、需求電量等信息），信息填寫完成后點擊啟動充電，APP 將充電需求提交到運營商平臺。

2） 充電執行。運營商平臺接收到用戶的充電需求后，合理編排用戶充電執行策略，并將充電執行命令（包含充電策略、充電需求信息） 下發到充電樁智能控制器，充電樁智能控制器按照策略執行充電。

3） 狀態監控。能源控制器接收到充電樁的充電開始事件后，周期輪詢充電樁的運行狀態（充電電壓、電流、充電百分比等），并將數據信息及時上送用采主站，用采主站同步將相關信息推送至運營商平臺。根據臺區運行狀態信息，對充電樁進行控制。

4） 結束充電。用戶結束充電后，充電樁智能控制器根據充電信息生成對應的充電結束事件；內置HPLC/雙模通信模塊的充電樁，充電樁智能控制器直接將充電結束事件上報至能源控制器；外接協議轉換器的充電樁，協議轉換器周期查詢充電樁控制器是否有新增的充電結束事件，監測到有新增事件后，將事件上報至能源控制器；能源控制器接收到充電結束事件后，將事件推送至用采主站，并結束對充電樁運行信息的周期輪詢。

2.3 能源控制器與充電樁智能控制器技術交互方案

2.3.1 采集數據及采集策略

2.3.1.1 采集數據

能源控制器采集配變運行數據、充電樁計量數據、充電樁運行數據，其中配變運行數據包括電壓、電流、變壓器容量、變壓器負荷狀態等；充電樁計量數據包括電壓、電流、電能示值、凍結數據等；充電樁運行數據包括充電狀態、充電事件等[2]，詳細數據見表3。

表3 采集數據項及采集頻度

2.3.1.2 采集策略。

能源控制器采集充電樁相關數據，策略上分為周期采集和主動上報兩類。

1） 周期采集。能源控制器根據充電樁主動上報的充電啟停事件，獲得正在充電的充電樁列表，按照設定周期，召測充電樁的電壓、電流、充電百分比等數據信息，為后續動態柔性調節提供依據[3]；如果連續兩個周期召測失敗，判定該充電樁處于離線狀態。

2） 主動上報。電動汽車用戶啟動充電后，協議轉換器監控充電樁工作狀態，向能源控制器主動上報充電啟動事件，事件內容包含：充電樁資產號、充電槍號、充電樁調節類型、啟動充電功率、額定輸出功率、預期用車時間、用戶是否接受調控等信息。

2.3.2 控制策略

2.3.2.1 柔性控制方法

1） 充電啟?？刂?。能源控制器接收到充電啟停事件時，通過配變裝載容量和配變負荷可算得剩余負荷，再根據事件中充電樁的額定輸出功率可得到充電樁的最大允許輸出功率，通過協議轉換器將“最大允許輸出功率”下發給充電樁[4]。充電啟?？刂屏鞒桃妶D2。

圖2 充電啟?？刂屏鞒?/p>

2） 周期控制。能源控制器周期采集充電數據后，根據配變裝載容量和用電充電情況，結合多減少補、閾值調節等原則，按需動態調節每個充電樁的最大允許輸出功率。周期控制流程見圖3。

圖3 周期控制流程

2.3.2.2 剛性控制方法

當臺區總負荷低于臺區負荷設定閾值，原則上不執行剛性控制。當臺區總負荷高于臺區負荷設定閾值，若此時臺區內柔性調節額度尚未完全使用完畢（所有支持柔性調節的充電樁均未調節完畢），原則上不執行剛性控制；若此時臺區內柔性調節額度全部使用完畢（所有支持柔性調節的充電樁均已柔性調節完畢），則對不支持柔性調節指令和無法響應功率調節指令的充電樁進行剛性控制。

3 結束語

通過對臺區能源控制器與充電樁智能控制器的交互需求的分析，制定了臺區能源控制器與充電樁智能控制器的交互業務流程，具體包括充電需求發起、充電執行、狀態監控、結束充電等。在此流程基礎上，進一步制定了兩者的采集數據類型、頻率、策略，以及剛性和柔性結合的控制策略。通過本地控制策略算法，充分發揮了能源控制器臺區本地自治功能，能夠有效降低電動汽車充電對電網的沖擊和影響，讓電網運行更經濟、更安全。