专利名称：电动汽车充电功率需求预测系统的制作方法
技术领域：
说明书1/4页电动汽车充电功率需求预测系统技术领域[0001]本实用新型涉及一种电动汽车充电功率需求预测系统，考虑电动汽车蓄电池初始荷电状态和开始充电时刻的变化，确定配网的功率需求，尤其涉及一种针对两阶段充电电动汽车的分析、预测系统。
背景技术：
[0002]在环境污染日趋严重及传统化石能源短缺的情况下，各国政府及汽车行业逐渐认识到未来汽车发展的主要方向是节能和减排。因此，纯电动汽车被认为汽车工业的未来。[0003]电动汽车规模化应用后，其充电功率需求将对电网产生一定的影响。由于其充电负荷在时间和空间上具有一定的随机性，所以充电负荷可能导致电网负荷高峰增加或者形成新的用电高峰。另外，电动汽车充电机产生的谐波还将对局部电网的电能质量产生影响。 影响电动汽车充电功率需求的因素很多，包括电动汽车类型，配网中汽车的数量及电动汽车的渗透率，电池开始充电时刻和电动汽车日行车里程。电动汽车可分为公用和私用两类。 其中，公用电动汽车一天充一次电且充电时间比较固定，而私用电动汽车可分为一天充一次电和两天充一次电两种类型且充电时间相对分散。在一个特定的配电网中，电动汽车的渗透率越高，所需的充电功率就越大。用户开始充电的时间越集中，电网需提供的充电功率越大；而日行车里程反应了用户当日的耗电量，在一定充电功率下，行驶里程与充电持续时间相关。因此，电动汽车充电功率预测的关键是通过统计建模的方法分析开始充电时刻和日行车里程的统计规律。[0004]国内电动汽车目前虽然处于示范运营阶段，但是由于其运用前景广泛，如何定量评估电动气车充电负荷带来的影响已经受到电力工作者的高度关注。虽然电动气充电负荷具有一定统计规律，但国内文献很多都是在假设电动汽车分布条件下研究其对电网的影响，缺乏实际依据。那么，在这种情况下进行充电功率需求预测，虽然能够分析充电功率需求及其变化对原负荷曲线的影响，但是它的条件限制严格，预测范围较小、扩展性较差。实用新型内容[0005]针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的是提供一种准确性更高、适用性更强的电动汽车充电功率需求预测系统。[0006]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是这样的电动汽车充电功率需求预测系统，它包括依次连接的信号调理模块、A/D转换模块、DSP处理模块、双口 RAM传输模块、CPLD/FPGA转换接口、ARM9统计及输出单元和功率需求预测单元；信号调理模块的输入分别接电压采集模块和电流采集模块的输出，电压采集模块用于采集三相及中性点电压，电流采集模块用于采集三相及中性线电流。[0007]上述电压采集模块、电流采集模块、信号调理模块、A/D转换模块、DSP处理模块、 双口 RAM传输模块、CPLD/FPGA转换接口和ARM9统计及输出单元共同构成一个本地测量及统计单元，本电动汽车充电功率需求预测系统包括多个本地测量及统计单元，所有的本地测量及统计单元通过各自的ARM9统计及输出单元接功率需求预测单元。[0008]其中信号调理模块、A/D转换模块和DSP处理模块又共同构成功率测量单元。[0009]所述A/D转换模块采用MAX1320数模转换芯片或者AD7606数模转换芯片。所述 ARM9统计及输出单元采用S3C2440A芯片。所述DSP处理模块采用TMS320C6747芯片。[0010]本实用新型利用功率测量单元实时在线采集电动汽车充电站的电压、电流信号， 计算出实时的充电功率，然后将功率数据经过双口 RAM传输模块和CPLD/FPGA转换接口传输给ARM9统计及输出单元，ARM9统计及输出单元可以根据需要计算出规定时间内开始充电时刻的统计规律并传输给功率需求预测单元，由功率需求预测单元计算出整个配网区域的充电功率需求，实现充电功率需求预测。[0011]与现有技术相比，本实用新型还具有以下优点[0012]1.本实用新型也可用于分析电动汽车对电网配电变压器容量、电能质量等方面的影响。为了避免电动汽车充电负荷对电网产生较大影响，可通过一定手段对其充电进行管理，同时也可以利用电动汽车储能来改善电网的运行特性。[0013]2.不需干扰电力系统正常运行，测量及计算简单、高效。[0014]3.电压电流测量模块采用ATT7022C芯片为核心的电流电压三相电源系统的典型电压电流连接方式，其运算能力强大、测量精度高；在DSP芯片上连接有6M晶体振荡器及振荡电容，抗干扰能力强，具有较好的可靠性，利用快速傅立叶算法(FFT)可准确快速的计算出系统谐波阻抗；[0015]4.在功率测量单元中只使用了一个DSP芯片，使整个装置的体积小，成本低；[0016]5.系统采用全嵌入式设计方法，量测平台采用ARM9和DSP组成多CPU系统，极大提高了测量控制单元的可靠性，具有较强的可靠性、网络通信能力和可扩充性。[0017]6.能够实时显示数据并有存储功能，方便数据查询和管理；根据月统计数据、年统计数据，可以进一步统计研究电动汽车充电功率需求对原负荷曲线的影响。


[0018]图1为本实用新型原理方框图。[0019]图2为本实用新型电量采集结构框图。[0020]图3为本实用新型ARM9统计及输出单元结构图。[0021]图4为本实用新型预测流程图。
具体实施方式
[0022]
以下结合附图对本实用新型作进一步详细地描述。[0023]图1为本实用新型原理方框图，如图所示，本电动汽车充电功率需求预测系统，它包括依次连接的信号调理模块、A/D转换模块、DSP处理模块、双口 RAM传输模块、CPLD/FPGA 转换接口、ARM9统计及输出单元和功率需求预测单元；信号调理模块的输入分别接电压采集模块和电流采集模块的输出，电压采集模块用于采集三相及中性点电压，电流采集模块用于采集三相及中性线电流。电压、电流信号通过A/D转换模块后转化为数字信号，DSP处理模块每隔一个周波采集一次电压、电流数据并计算出相应的负荷功率。[0024]上述电压采集模块、电流采集模块、信号调理模块、A/D转换模块、DSP处理模块、双口 RAM传输模块、CPLD/FPGA转换接口和ARM9统计及输出单元共同构成一个本地测量及统计单元(相当于配网区域中一个本地充电站)，本电动汽车充电功率需求预测系统包括多个本地测量及统计单元，所有的本地测量及统计单元通过各自的ARM9统计及输出单元接功率需求预测单元。[0025]其中信号调理模块、A/D转换模块和DSP处理模块又共同构成功率测量单元。[0026]ARM9统计及输出单元利用双口 RAM传输模块和DSP处理模块进行数据的传输、读取并统一管理，通过以太网完成数据通讯功能，同时接受上位机的指令统计并输出本地充电站开始充电时刻的期望和方差值，日行车里程的期望和方差由本地充电站工作人员通过人机接口输入到ARM9统计及输出单元，配网区域中每个本地充电站将其ARM9统计及输出单元的上述期望和方差值通过以太网传输技术传输给功率需求预测单元，从而可由功率需求预测单元计算出整个配网区域的充电功率需求，实现充电功率需求预测。[0027]上述A/D转换模块采用MAX1320数模转换芯片或者AD7606数模转换芯片。ARM9 统计及输出单元采用S3C2440A芯片。DSP处理模块采用TMS320C6747芯片。[0028]图2为电量采集的结构框图，如图所示采集单元依次由前置的信号调理模块、A/ D转换模块和DSP处理模块构成。电量采集单元主要完成对采集点的电压、电流信号信息的采集，以及对电压、电流的频率和相位的硬件测量。电量采集单元的输入直接来自互感器二次侧的电压、电流输入量，在通过带通滤波G5-55HZ)等信号调理模块将信号输入到A/D转换模块和DSP处理模块的频率捕捉专用输入端口，最后由DSP处理模块进行数据的运算，并将数据传送到双口 RAM传输模块，通过双口 RAM传输模块发送至ARM9统计及输出单元。本实用新型中，该装置需要采样4路电压信号和4路电流信号，为了满足8路同时采样，采用高速8路或以上通道A/D转换模块，配合8路采样保持器进行电压电流采样。[0029]图3为ARM9统计及输出单元结构图，如图所示由ARM9处理器构成统计及输出单元，ARM9和DSP处理模块直接利用双口 RAM传输模块进行数据的传输。其利用双口 RAM和 DSP进行数据的传输、读取并统一管理，通过以太网完成数据通讯功能，把测量的数据、CRC 校验码和时间信息封装成数据帧，经过以太网把数据传送到上位机进行网页显示。作为一个实施例，ARM9统计及输出单元还包括RS485/232接口 2个、以太网接口 1个、USB接口 1 个、CF卡或电子硬盘接口一个、IXD接口一个，本板载RTC等功能电路。[0030]功率需求预测单元的作用在于，在所有的ARM9统计及输出单元将开始充电时刻和日行车里程的期望和方差值传输给功率需求预测单元后，由功率需求预测单元计算出总的电动汽车充电功率，实现充电功率需求预测。功率需求预测单元计算总的电动汽车充电功率既可以采用现有的方法，也可以采用图4所示的算法流程图，说明如下[0031]①选定能够反映电动功率需求特性的输入数据，包括电动汽车的用途、电动汽车的充电方式、配网汽车数量及电动汽车的渗透率。其中，电动汽车可分为公用和私用两种， 电动汽车充电方式可分为基于铅酸电池的两阶段充电和基于锂电池的恒功率充电。[0032]②为了确定电动汽车初始荷电状态，首先需要确定电动汽车的日行车里程，根据现有关于公用和私用汽车日行车里程的统计可知，其满足对数正态分布，概率密度函数如下式1(ind-μ)2[0033]gid-,μ,σ) = ---e 2σ' ,d>0(1) ^2πσ2[0034]其中，d为日行车里程，μ为日行车里程的方差，σ为日行车里程的标准差。[0035]根据公式(1)可计算出日行车里程的平均值，那么初始荷电状态可由下式计算[0036]
权利要求1.电动汽车充电功率需求预测系统，其特征在于它包括依次连接的信号调理模块、 A/D转换模块、DSP处理模块、双口 RAM传输模块、CPLD/FPGA转换接口、ARM9统计及输出单元和功率需求预测单元；信号调理模块的输入分别接电压采集模块和电流采集模块的输出，电压采集模块用于采集三相及中性点电压，电流采集模块用于采集三相及中性线电流。
2.根据权利要求1所述的电动汽车充电功率需求预测系统，其特征在于所述电压采集模块、电流采集模块、信号调理模块、A/D转换模块、DSP处理模块、双口 RAM传输模块、 CPLD/FPGA转换接口和ARM9统计及输出单元共同构成一个本地测量及统计单元，本电动汽车充电功率需求预测系统包括多个本地测量及统计单元，所有的本地测量及统计单元通过各自的ARM9统计及输出单元接功率需求预测单元。
3.根据权利要求1或2所述的电动汽车充电功率需求预测系统，其特征在于所述A/ D转换模块采用MAX1320数模转换芯片或者AD7606数模转换芯片。
4.根据权利要求1或2所述的电动汽车充电功率需求预测系统，其特征在于所述 ARM9统计及输出单元采用S3C2440A芯片。
5.根据权利要求1或2所述的电动汽车充电功率需求预测系统，其特征在于所述DSP 处理模块采用TMS320C6747芯片。
专利摘要本实用新型公开了一种电动汽车充电功率需求预测系统，它包括依次连接的信号调理模块、A/D转换模块、DSP处理模块、双口RAM传输模块、CPLD/FPGA转换接口、ARM9统计及输出单元和功率需求预测单元；信号调理模块的输入分别接电压采集模块和电流采集模块的输出。本实用新型可计算出整个配网区域的充电功率需求，实现充电功率需求预测。本实用新型预测准确性更高、适用性更强。
文档编号G01R25/00GK202256537SQ20112039726
公开日2012年5月30日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者刘永胜, 包拯民, 姚海燕, 徐国钧, 白冰, 童钧, 胡晓琴 申请人:余杭供电局