專利名稱：電動汽車充電功率需求預測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
說明書1/4頁電動汽車充電功率需求預測系統(tǒng)技術領域[0001]本實用新型涉及一種電動汽車充電功率需求預測系統(tǒng)，考慮電動汽車蓄電池初始荷電狀態(tài)和開始充電時刻的變化，確定配網的功率需求，尤其涉及一種針對兩階段充電電動汽車的分析、預測系統(tǒng)。
背景技術：
[0002]在環(huán)境污染日趨嚴重及傳統(tǒng)化石能源短缺的情況下，各國政府及汽車行業(yè)逐漸認識到未來汽車發(fā)展的主要方向是節(jié)能和減排。因此，純電動汽車被認為汽車工業(yè)的未來。[0003]電動汽車規(guī)?；瘧煤?，其充電功率需求將對電網產生一定的影響。由于其充電負荷在時間和空間上具有一定的隨機性，所以充電負荷可能導致電網負荷高峰增加或者形成新的用電高峰。另外，電動汽車充電機產生的諧波還將對局部電網的電能質量產生影響。 影響電動汽車充電功率需求的因素很多，包括電動汽車類型，配網中汽車的數(shù)量及電動汽車的滲透率，電池開始充電時刻和電動汽車日行車里程。電動汽車可分為公用和私用兩類。 其中，公用電動汽車一天充一次電且充電時間比較固定，而私用電動汽車可分為一天充一次電和兩天充一次電兩種類型且充電時間相對分散。在一個特定的配電網中，電動汽車的滲透率越高，所需的充電功率就越大。用戶開始充電的時間越集中，電網需提供的充電功率越大；而日行車里程反應了用戶當日的耗電量，在一定充電功率下，行駛里程與充電持續(xù)時間相關。因此，電動汽車充電功率預測的關鍵是通過統(tǒng)計建模的方法分析開始充電時刻和日行車里程的統(tǒng)計規(guī)律。[0004]國內電動汽車目前雖然處于示范運營階段，但是由于其運用前景廣泛，如何定量評估電動氣車充電負荷帶來的影響已經受到電力工作者的高度關注。雖然電動氣充電負荷具有一定統(tǒng)計規(guī)律，但國內文獻很多都是在假設電動汽車分布條件下研究其對電網的影響，缺乏實際依據(jù)。那么，在這種情況下進行充電功率需求預測，雖然能夠分析充電功率需求及其變化對原負荷曲線的影響，但是它的條件限制嚴格，預測范圍較小、擴展性較差。實用新型內容[0005]針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本實用新型的目的是提供一種準確性更高、適用性更強的電動汽車充電功率需求預測系統(tǒng)。[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案是這樣的電動汽車充電功率需求預測系統(tǒng)，它包括依次連接的信號調理模塊、A/D轉換模塊、DSP處理模塊、雙口 RAM傳輸模塊、CPLD/FPGA轉換接口、ARM9統(tǒng)計及輸出單元和功率需求預測單元；信號調理模塊的輸入分別接電壓采集模塊和電流采集模塊的輸出，電壓采集模塊用于采集三相及中性點電壓，電流采集模塊用于采集三相及中性線電流。[0007]上述電壓采集模塊、電流采集模塊、信號調理模塊、A/D轉換模塊、DSP處理模塊、 雙口 RAM傳輸模塊、CPLD/FPGA轉換接口和ARM9統(tǒng)計及輸出單元共同構成一個本地測量及統(tǒng)計單元，本電動汽車充電功率需求預測系統(tǒng)包括多個本地測量及統(tǒng)計單元，所有的本地測量及統(tǒng)計單元通過各自的ARM9統(tǒng)計及輸出單元接功率需求預測單元。[0008]其中信號調理模塊、A/D轉換模塊和DSP處理模塊又共同構成功率測量單元。[0009]所述A/D轉換模塊采用MAX1320數(shù)模轉換芯片或者AD7606數(shù)模轉換芯片。所述 ARM9統(tǒng)計及輸出單元采用S3C2440A芯片。所述DSP處理模塊采用TMS320C6747芯片。[0010]本實用新型利用功率測量單元實時在線采集電動汽車充電站的電壓、電流信號， 計算出實時的充電功率，然后將功率數(shù)據(jù)經過雙口 RAM傳輸模塊和CPLD/FPGA轉換接口傳輸給ARM9統(tǒng)計及輸出單元，ARM9統(tǒng)計及輸出單元可以根據(jù)需要計算出規(guī)定時間內開始充電時刻的統(tǒng)計規(guī)律并傳輸給功率需求預測單元，由功率需求預測單元計算出整個配網區(qū)域的充電功率需求，實現(xiàn)充電功率需求預測。[0011]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型還具有以下優(yōu)點[0012]1.本實用新型也可用于分析電動汽車對電網配電變壓器容量、電能質量等方面的影響。為了避免電動汽車充電負荷對電網產生較大影響，可通過一定手段對其充電進行管理，同時也可以利用電動汽車儲能來改善電網的運行特性。[0013]2.不需干擾電力系統(tǒng)正常運行，測量及計算簡單、高效。[0014]3.電壓電流測量模塊采用ATT7022C芯片為核心的電流電壓三相電源系統(tǒng)的典型電壓電流連接方式，其運算能力強大、測量精度高；在DSP芯片上連接有6M晶體振蕩器及振蕩電容，抗干擾能力強，具有較好的可靠性，利用快速傅立葉算法(FFT)可準確快速的計算出系統(tǒng)諧波阻抗；[0015]4.在功率測量單元中只使用了一個DSP芯片，使整個裝置的體積小，成本低；[0016]5.系統(tǒng)采用全嵌入式設計方法，量測平臺采用ARM9和DSP組成多CPU系統(tǒng)，極大提高了測量控制單元的可靠性，具有較強的可靠性、網絡通信能力和可擴充性。[0017]6.能夠實時顯示數(shù)據(jù)并有存儲功能，方便數(shù)據(jù)查詢和管理；根據(jù)月統(tǒng)計數(shù)據(jù)、年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可以進一步統(tǒng)計研究電動汽車充電功率需求對原負荷曲線的影響。


[0018]圖1為本實用新型原理方框圖。[0019]圖2為本實用新型電量采集結構框圖。[0020]圖3為本實用新型ARM9統(tǒng)計及輸出單元結構圖。[0021]圖4為本實用新型預測流程圖。
具體實施方式
[0022]
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細地描述。[0023]圖1為本實用新型原理方框圖，如圖所示，本電動汽車充電功率需求預測系統(tǒng)，它包括依次連接的信號調理模塊、A/D轉換模塊、DSP處理模塊、雙口 RAM傳輸模塊、CPLD/FPGA 轉換接口、ARM9統(tǒng)計及輸出單元和功率需求預測單元；信號調理模塊的輸入分別接電壓采集模塊和電流采集模塊的輸出，電壓采集模塊用于采集三相及中性點電壓，電流采集模塊用于采集三相及中性線電流。電壓、電流信號通過A/D轉換模塊后轉化為數(shù)字信號，DSP處理模塊每隔一個周波采集一次電壓、電流數(shù)據(jù)并計算出相應的負荷功率。[0024]上述電壓采集模塊、電流采集模塊、信號調理模塊、A/D轉換模塊、DSP處理模塊、雙口 RAM傳輸模塊、CPLD/FPGA轉換接口和ARM9統(tǒng)計及輸出單元共同構成一個本地測量及統(tǒng)計單元(相當于配網區(qū)域中一個本地充電站)，本電動汽車充電功率需求預測系統(tǒng)包括多個本地測量及統(tǒng)計單元，所有的本地測量及統(tǒng)計單元通過各自的ARM9統(tǒng)計及輸出單元接功率需求預測單元。[0025]其中信號調理模塊、A/D轉換模塊和DSP處理模塊又共同構成功率測量單元。[0026]ARM9統(tǒng)計及輸出單元利用雙口 RAM傳輸模塊和DSP處理模塊進行數(shù)據(jù)的傳輸、讀取并統(tǒng)一管理，通過以太網完成數(shù)據(jù)通訊功能，同時接受上位機的指令統(tǒng)計并輸出本地充電站開始充電時刻的期望和方差值，日行車里程的期望和方差由本地充電站工作人員通過人機接口輸入到ARM9統(tǒng)計及輸出單元，配網區(qū)域中每個本地充電站將其ARM9統(tǒng)計及輸出單元的上述期望和方差值通過以太網傳輸技術傳輸給功率需求預測單元，從而可由功率需求預測單元計算出整個配網區(qū)域的充電功率需求，實現(xiàn)充電功率需求預測。[0027]上述A/D轉換模塊采用MAX1320數(shù)模轉換芯片或者AD7606數(shù)模轉換芯片。ARM9 統(tǒng)計及輸出單元采用S3C2440A芯片。DSP處理模塊采用TMS320C6747芯片。[0028]圖2為電量采集的結構框圖，如圖所示采集單元依次由前置的信號調理模塊、A/ D轉換模塊和DSP處理模塊構成。電量采集單元主要完成對采集點的電壓、電流信號信息的采集，以及對電壓、電流的頻率和相位的硬件測量。電量采集單元的輸入直接來自互感器二次側的電壓、電流輸入量，在通過帶通濾波G5-55HZ)等信號調理模塊將信號輸入到A/D轉換模塊和DSP處理模塊的頻率捕捉專用輸入端口，最后由DSP處理模塊進行數(shù)據(jù)的運算，并將數(shù)據(jù)傳送到雙口 RAM傳輸模塊，通過雙口 RAM傳輸模塊發(fā)送至ARM9統(tǒng)計及輸出單元。本實用新型中，該裝置需要采樣4路電壓信號和4路電流信號，為了滿足8路同時采樣，采用高速8路或以上通道A/D轉換模塊，配合8路采樣保持器進行電壓電流采樣。[0029]圖3為ARM9統(tǒng)計及輸出單元結構圖，如圖所示由ARM9處理器構成統(tǒng)計及輸出單元，ARM9和DSP處理模塊直接利用雙口 RAM傳輸模塊進行數(shù)據(jù)的傳輸。其利用雙口 RAM和 DSP進行數(shù)據(jù)的傳輸、讀取并統(tǒng)一管理，通過以太網完成數(shù)據(jù)通訊功能，把測量的數(shù)據(jù)、CRC 校驗碼和時間信息封裝成數(shù)據(jù)幀，經過以太網把數(shù)據(jù)傳送到上位機進行網頁顯示。作為一個實施例，ARM9統(tǒng)計及輸出單元還包括RS485/232接口 2個、以太網接口 1個、USB接口 1 個、CF卡或電子硬盤接口一個、IXD接口一個，本板載RTC等功能電路。[0030]功率需求預測單元的作用在于，在所有的ARM9統(tǒng)計及輸出單元將開始充電時刻和日行車里程的期望和方差值傳輸給功率需求預測單元后，由功率需求預測單元計算出總的電動汽車充電功率，實現(xiàn)充電功率需求預測。功率需求預測單元計算總的電動汽車充電功率既可以采用現(xiàn)有的方法，也可以采用圖4所示的算法流程圖，說明如下[0031]①選定能夠反映電動功率需求特性的輸入數(shù)據(jù)，包括電動汽車的用途、電動汽車的充電方式、配網汽車數(shù)量及電動汽車的滲透率。其中，電動汽車可分為公用和私用兩種， 電動汽車充電方式可分為基于鉛酸電池的兩階段充電和基于鋰電池的恒功率充電。[0032]②為了確定電動汽車初始荷電狀態(tài)，首先需要確定電動汽車的日行車里程，根據(jù)現(xiàn)有關于公用和私用汽車日行車里程的統(tǒng)計可知，其滿足對數(shù)正態(tài)分布，概率密度函數(shù)如下式1(ind-μ)2[0033]gid-,μ,σ) = ---e 2σ' ,d>0(1) ^2πσ2[0034]其中，d為日行車里程，μ為日行車里程的方差，σ為日行車里程的標準差。[0035]根據(jù)公式(1)可計算出日行車里程的平均值，那么初始荷電狀態(tài)可由下式計算[0036]
權利要求1.電動汽車充電功率需求預測系統(tǒng)，其特征在于它包括依次連接的信號調理模塊、 A/D轉換模塊、DSP處理模塊、雙口 RAM傳輸模塊、CPLD/FPGA轉換接口、ARM9統(tǒng)計及輸出單元和功率需求預測單元；信號調理模塊的輸入分別接電壓采集模塊和電流采集模塊的輸出，電壓采集模塊用于采集三相及中性點電壓，電流采集模塊用于采集三相及中性線電流。
2.根據(jù)權利要求1所述的電動汽車充電功率需求預測系統(tǒng)，其特征在于所述電壓采集模塊、電流采集模塊、信號調理模塊、A/D轉換模塊、DSP處理模塊、雙口 RAM傳輸模塊、 CPLD/FPGA轉換接口和ARM9統(tǒng)計及輸出單元共同構成一個本地測量及統(tǒng)計單元，本電動汽車充電功率需求預測系統(tǒng)包括多個本地測量及統(tǒng)計單元，所有的本地測量及統(tǒng)計單元通過各自的ARM9統(tǒng)計及輸出單元接功率需求預測單元。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的電動汽車充電功率需求預測系統(tǒng)，其特征在于所述A/ D轉換模塊采用MAX1320數(shù)模轉換芯片或者AD7606數(shù)模轉換芯片。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的電動汽車充電功率需求預測系統(tǒng)，其特征在于所述 ARM9統(tǒng)計及輸出單元采用S3C2440A芯片。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的電動汽車充電功率需求預測系統(tǒng)，其特征在于所述DSP 處理模塊采用TMS320C6747芯片。
專利摘要本實用新型公開了一種電動汽車充電功率需求預測系統(tǒng)，它包括依次連接的信號調理模塊、A/D轉換模塊、DSP處理模塊、雙口RAM傳輸模塊、CPLD/FPGA轉換接口、ARM9統(tǒng)計及輸出單元和功率需求預測單元；信號調理模塊的輸入分別接電壓采集模塊和電流采集模塊的輸出。本實用新型可計算出整個配網區(qū)域的充電功率需求，實現(xiàn)充電功率需求預測。本實用新型預測準確性更高、適用性更強。
文檔編號G01R25/00GK202256537SQ20112039726
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權日2011年10月18日
發(fā)明者劉永勝, 包拯民, 姚海燕, 徐國鈞, 白冰, 童鈞, 胡曉琴 申請人:余杭供電局