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中国彩票预测网中彩网: 電動汽車充電站和電池更換站監控系統設計方案研究

出處:未知  作者:admin  發布:2018-05-02 11:09  閱讀:()
摘要:發展電動汽車是我國的重要產業政策。電動汽車能源供給方式目前有常規交流充電、快速直流充電、電池更換三種。電動汽車充換電設施主要包括充電站、電池更換站、電池配送中心、
 發展電動汽車是我國的重要產業政策。電動汽車能源供給方式目前有常規交流充電、快速直流充電、電池更換三種。電動汽車充換電設施主要包括充電站、電池更換站、電池配送中心、集中或分散布置的交流充電柱等。
  為推動電動汽車產業的發展,在確保電動汽車充電設施能提供安全、方便的充電服務的基礎上,還應用信息、網絡及通信技術,對電動汽車充電站和電池更換站(簡稱充換電站)內設備運行狀態和環境等進行監控和管理。
  電動汽車充換電站監控系統能將站內充電設備、電池箱更換設備、配電設備、視頻及環境監控設備等智能設備的狀態信息、參數配置信息、充換電過程實時信息等進行集成,實現對其的監控和管理;具備與上級監控管理系統通信的功能,進而實現對充換電設施管理、控制的自動化,構建完善、高效的充換電設施監控系統;另外,與配電自動化等系統相結合,采用合適的調控策略,對區域內的充換電設施進行調控,可達到有效利用電網資源,減少對電網影響的目的。
  1系統特點電動汽車充換電站監控系統涉及到配電?;げ飪?、電力電子、計量、通信等專業,與常規的電力監控系統有明顯的區別。
  1.1環境條件特殊電動汽車充換電設施所處環境具有特殊性,在充換電站內電磁干擾很大;另外,換電設備、非車載充電機、充電樁直接安裝在室外,環境濕度大、灰塵大、溫差大。
  1.2設備種類復雜電動汽車充換電站監控系統所監控的設備種類繁多,包括各類充電機、充電樁、智能電表、配變、開關、?;げ飪刈爸?、有源濾波及無功補償裝置、視頻攝像頭、傳感器、門禁裝置等,另外不同廠家的產品指標、性能也不盡相同,給監控系統的實現增加了難度。
  1.3相關接口多被控設備的多樣性以及所屬專業的相對獨立,形成了如供電監控、充電監控、安全防護監控、換電監控、設備管理等多個不同的子系統,因此需要考慮將它們整合起來實現協同綜合監控。系統體系接口標準、通信協議參照IEC及其它國際標準,以便能實現與第三方智能設備的互操作,能與采用標準或開放協議的設備或系統進行集成。
  1.4功能要求特殊電動汽車充換電站監控系統側重于安全充電管理、便捷的電池更換服務、相關設備在各種情況下的有效運行等,因此相比常規變電站,其監控系統有以下特殊性。
  充換電設施監控通信方式有CAN總線、RS~485總線、以太網、無線等。
  需要實時監視電池更換設備當前狀態,并據此實時控制完成電池更換任務。
  存儲充電過程歷史數據、充電記錄數據、電池維護記錄數據。
  實現多個監控、管理子系統在同一操作平臺上的融合。
  實現安全防護子系統與充電設施、配電設施監控等子系統的實時聯動。
  以上特殊性對監控系統的系統構成、通信結構、系統運行可靠性等都提出了特殊的要求。
  2系統功能電動汽車充換電站監控系統主要完成對充電設備、配電設備、電池更換設備、視頻及環境設備的實時監控與管理,以確保充換電設施的安全、可靠、高效運行。
  2.1充電監控單元充電監控單元主要完成采集、處理、存儲充電設備的實時運行信息。
  采集并上送直流充電機、交流充電樁的工作狀態、告警信號、故障信號、電壓、電流、電量等實時數據;采集并上傳電池箱的溫度、荷電狀態SOC、電壓、電流、故障信號等實時數據。
  完成對充電設備的控制調節,包括??仄敉?、校時、緊急?;?、遠方設定充電參數等。
  將空置、就位、正在充電和充滿等狀態指示信息送至充電架。
  完成充電事件記錄,如操作、系統故障、參數異常等記錄。
  完成對設備狀態異常、故障、數據越限、突變,及監控系統軟硬件、通信接口網絡故障進行報警處理,為充換電站安全、可靠、經濟運行提供保障。
  2.2電池更換監控單元電池更換監控單元主要完成對電池更換設備、電池箱、充電架的實時監控。
  根據電池箱的參數指標和充電情況,為需要更換電池的電動汽車動態選擇電池成組配置方案,進而實時監控電池更換設備對每個電池箱的更換操作,以確保安全完成電池更換。
  采集并上送電池箱設備的位置、工作狀態、故障信息。
  接收監控系統的啟動、停止、移動、急停命令及更換電池箱位置等信息。
  完成電池更換事件記錄,如操作、系統故障、參數異常等記錄。
  2.3配電監控單元配電監控單元主要完成配網自動化數據采集、數據計算處理、控制操作、?;ば畔⒋?、事件報警及向上級配電調度系統轉發等功能。
  采集并上送配電系統開關狀態、?;ば藕?、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、電能量等信控制配電系統開關的分合操作。
  處理配電系統越限報警、事件記錄、故障統計等數據。
  實時監控有源濾波及無功補償裝置,設置運行參數;采集其投切前后電網諧波相關數據,了解當前電網的電能質量。
  2.4視頻及環境監控單元視頻及環境監控單元利用各種功能攝像機、紅外對射報警探測器等,與站控層工作站配合,實現對防盜、防火、防人為事故的監控,對充電設備、電池箱、電池箱更換設備、配電設備等的監視;完成對充換電站視頻及消防、門禁、周界安全的監控,當充電設備、電池箱、電池箱更換設備、配變系統或其它設備發生預定事件或異常事件時可以實時控制安全防護系統,并把現場情況傳回監控室,實現安全防護聯動監控,使用戶能夠及時響應,以確保人員與設備的安全。
  2.5運營管理子系統充換電站監控系統涉及類型眾多的相關設備,對這些設備的管理、維護是監控系統不可缺少的功能。運營管理子系統主要完成配電設備、充電設備、充電架、電池、電池更換設備、電池箱、電動汽車等設備的臺帳管理、運行記錄、維護更換記錄等。其中,充電信息管理完成整車與電池組充電記錄、充電設備運行數據的存儲與統計分析;電池信息管理用于存儲統計電池組的型號參數、使用時間、成組記錄、更換記錄、維護記錄等;車輛臺帳信息管理用于存儲統計車型配置信息、配備電池組型號參數、更換維護電池組的記錄等。
  3監控系統架構3.1系統結構電動汽車充換電站監控系統從結構上可分為站控層、間隔層,如所示。
  圍1系統結構圖站控層由計算機網絡連接的主機/操作員工作站和各種功能站構成,提供站內運行的人機界面,實現控制、管理間隔層設備等功能,完成數據的采集、處理、存儲,圖形化數據展示以及???、調控等功能,形成全站的監控、管理中心,并具有與上級監控管理系統通信的功能。
  間隔層由站內充電監控單元、電池更換監控單元、配電監控單元、視頻及環境監控單元、網絡、通信接口設備等構成,實現面向單元設備的原始數據采集、就地操作執行的功能;同時,還將采集到的設備運行狀態及運行數據上傳至站控層,并接收和執行來自站控層的控制命令。
  監控系統具備時鐘同步功能,時鐘同步信號輸出接口應能滿足系統配置要求。
  3.2網絡通信結構由于電動汽車充換電設施所處環境具有特殊性,充換電站內的電磁干擾很大,因此需謹慎選擇監控系統的通信方式和通信網絡結構。在各設備內部主要采用現場總線或電工術丨2012丨9期丨49工業以太網通信方式,監控后臺與充換電設施間采用工業以太網通信方式。
 ?。?)站控層網絡。站控層各主機間推薦采用以太網連接。為確保通信的可靠性,站控層推薦采用雙網,也可采用單網。
  站控層和間隔層間可采用星型以太網連接。間隔層推薦采用以太網連接。視頻及環境監控系統應單獨組網。
  監控系統與上級監控管理系統間宜采用專線或網絡通道方式。
 ?。?)間隔層設備內部網絡。充換電站監控對象主要包括?;げ飪厴璞?、充電機、充電樁、堆垛設備、電池更換設備、充電架和電池箱、視頻及環境監控設備等。不同類型設備內部采用的通信方式不同。
  從可知,充電機通過CAN總線與電動汽車上的BMS連接,實現電池信息與充電控制的交互通信;配電?;げ飪刈爸猛ü殖∽芟呋蜆ひ狄蘊苯佑胝究夭憬換換?,完成配電數據的收集、轉發;數據集中器與充電樁通過現場總線通信;視頻及環境監控服務器與攝像頭、傳感器等現場設備通過R485總線、以太網、同軸電纜等連接。
  配電監控充電設備監控電池更換監控I 1應I用Web信息發布系統設備管理視頻及環境監控'層系統管理圖形平臺插件管理數據處理1U件服務報表服務1數據服務數據采集服務訪問服務控制命令服務數據傳輸服務實時數據庫分布式網絡支撐平臺支撐服務層系統平臺層1主機服務器搡作員站視頻及環境工作站。
  電動汽車充換電站監控系統的硬件設備有以下幾部(1)站控層設備:包括主機/操作員工作站、電能計費工作站(選配)、運營管理工作站(選配)、視頻及環境監控工作站及其它各項接口設備。
 ?。?)間隔層設備:包括充電監控單元、電池更換監控單元、配電監控單元、視頻及環境監控單元等。
  絡接口設備、網絡連線及網絡安全設備等。
  電動汽車充換電站監控系統軟件按內容分為系統軟件、支持軟件和應用軟件,按結構分為系統平臺層、支撐服務層、公共服務層、應用層,如所示。
  軟件體系結構圍(1)系統平臺層。為了適應不同地區、不同用戶的要求,電動汽車充換電站監控系統需兼容Unix、Linux、Windows等多種主流操作系統,支持跨平臺和混合平臺操作。
 ?。?)支撐服務層。支撐服務層主要為系統提供實時、歷史數據庫服務和通用的網絡通信支撐平臺。網絡通信支撐平臺應基于標準的網絡互聯協議TCP/IP,以提高網絡通信及異種操作系統平臺數據交換的可靠性;在此基礎上,提供統一的數據傳輸接口、數據庫訪問接口以及控制命令接口等,使上層的應用服務開發可以專注于業務功能S層的通信和交互細節。
  公共服務層在支撐服務層的基礎上處理、事件服務、插件管理、報表E管理、權限服務等。它把各類行業E,以提高代碼復用性,也為公用服I主要通過公共服務層提供的各類功網互聯。間隔層包括充監控單元、視頻及環境(1)運營管理系統=臺氣車充換電站初步方案為:由10kV:臺1OOOkVA干式變壓器,可滿足i車的充換電需求以及2個非車載充E的直流快充和交流慢充需求。配電!、間隔層組成。站控層包括2臺主電能計量計費工作站、1臺視頻及運營管理系統子站,它們通過以太:電監控單元、換電監控單元、配電監控單元、火災報警系統等。,運營管理系統管理對象為電動汽IOkV進線電源I I0kV進線電源2車車載終端、電池更換設備、充電區電池箱、交流充電樁、非車載充電機等設備。此外,運營管理系統還作為體驗中心內的綜合管理系統,具有電池狀態智能檢測功能,能在充電過程中實時檢測動力電池的充電參數,并給出故障電池告警,提醒用戶對電池進行檢測與維護,必要時進行重新配組;具備建立電池數據用戶檔案的功能,為電動汽車客戶提供使用建議。
  運營管理系統信息通過一路光纖通道傳送至電動汽車運營管理系統主站。
  電能計量計費工作站。電能計量計費工作站具備體驗中心內交流充電樁、非車載充電機、電池更換服務的電能計量計費功能。它能接收交流充電樁、非車載充電機的電能計量表計及電池更換服務的電能計量??櫚南喙匭畔?,并完成體驗中心所需的計量計費功能。
  使用電池更換服務時,在電能計量計費工作站可按需要選擇“按放電電量”或“按行駛里程”方式進行計量計費。放電電量單價(元八kWh))和車輛行駛里程單價(元/km)應以充電過程中的電價為基礎,并綜合考慮體驗中心設施投資和運維成本。
  充電監控單元。充電監控單元提供集中充電監控人機交互界面,完成對充電機的監控和數據收集、詢等工作。充電機將自身運行數據和動力電池充電數據實時傳送給充電監控單元。同時,充電監控單元也可以對充電機下發啟??刂萍俺淶綺唄?,還可將采集到的電池數據、電池充電架數據、自身運行數據上送至監控系統。
  電池更換監控單元。電池更換監控單元主要完成換電過程中的數據采集、處理、存儲,提供圖形化人機界面及語音報警,完成系統的數據展示及下發換電控制指令。電池更換監控單元相對獨立,但需要電池存儲架/電池充電架的信息支持,同時也為后臺監控系統提供必要的控制和狀態信息。
  系統???。電池更換監控單元包括換電前導???、換電業務處理???、監控通信??櫚?,與監控系統交互的信息包括車輛的上次行駛里程、車輛的電子車牌、車輛裝載的電池箱信息、車輛需要更換的目標電池箱信息、進站車輛、換電車輛、換電結束狀態。
  數據采集。電池更換監控單元采集換電設備工作狀態、故障信號、位置信息等,換電車輛上電池箱ID號和相應位置編號,電池存儲架/充電架上電池箱ID號和相應位置編號,進站換電車輛車牌信息、車上裝載電池箱信息,車輛上次行駛里程、剩余里程、所包總里程,電池存儲架/充電架上電池箱的有無信息,一次換電過程的服務結果信息。
  換電控制。電池更換監控單元支持6種換電操作命令:從某電池存儲架/充電架取下某個電池箱更換到當前停車位的指定位置;從當前停車位汽車的某個位置取下電池箱放到電池架某個指定的單元;急停指令,終止當前正在執行的指令,啟動人工干涉流程;暫停指令,暫停當前正在執行的指令,直到收到繼續指令后繼續執行暫停的操作;繼續指令,恢復當前暫停的操作;終止指令,停止當前暫停的操作,設備歸位。
  配電監控單元。配電監控單元除實現對一次開關、變壓器等供電設備的監控以及常規二次?;?、測量、控制、信號等功能外,還能采取適當的措施進行安全處理,如當充電機失控不能停止充電時,能自動切斷動力電源。其設備配置如下:?;げ糠?。lkV配電變壓器配置10kV配電變壓器?;げ飪匾惶寤爸?,安裝于10kV開關柜內;10kV進線配置10kV線路?;げ飪匾惶寤爸?,安裝于10kV進線開關柜內;10kV分段斷路器配置10kV備自投裝置1臺,含分段?;すδ?;380V配電屏配備智能???,具有備自投功能;380V開關采用開關自帶的過流?;すδ?。
  測控部分。配電監控單元具備遙測配電系統各間隔電流、電壓等電氣參數的功能,遙信開關位置、裝置狀態信息的功能及??刂匾兀╨kV進線開關、10kV配電變壓器進線和聯絡線開關)的功能。
  視頻及環境監控單元。視頻及環境監控單元主要用于對體驗中心主要電氣設備、關鍵設備安裝地點及周圍環境進行全天候的圖像監視,以滿足電力系統安全生產需求;同時,還可實現體驗中心的安全警衛。
  視頻及環境監控系統具有上送遠方接口,通過一路綜合數據網通道接人主站。
  5結束語本文通過分析電動汽車充換電站監控系統特點,確定了該系統的充電監控單元、電池更換監控單元、配電監控單元、視頻及環境監控單元、運營管理系統等部分的功能要求,進而提出了監控系統分層體系架構設計方案。本文的研究成果是在充分調研國內已經建成的杭州古翠路充換電站、薛家島充換儲放一體化示范電站、深圳大運中心電(下轉第64頁)電工技術1201219期151技術交流號,備自投邏輯完成。
 ?。?)若3QF和4QF跳閘、切其它設備、備用電源合閘命令發出5s后斷路器仍未動作,則終止備自投邏輯,備自投裝置放電,發出“備自投失敗”信號。
  2備自投裝置動作邏輯分析深圳電網一般是1QF、3QF在分位,2QF、4QF、5QF在合位,不滿足I母有效進線在分位的備自投裝置充電條件,備自投裝置無法進行充電,設計存在缺陷。即ISA-358GE型llOkV備自投裝置程序固定設置為來自兩個不同電源點的進線分掛在不同的母線段,而深圳電網典型變電站為同一個電源的兩回進線分掛I、n母的一次接線,因此無法實現進線備投邏輯。
  3備自投裝置動作邏輯的改進措施3.1調整二次接線通過調整二次(如所示),使裝置的接線形式符合備自滕作邏輯。腿種得二次接線與一次實際接線不對應,造取電壓與母線電壓對應關系紊亂,分段備自投裝置不能正確動作,因此,這種方法行不通。
  深n線深I線圳丨線圳n線人為調慫的一次接線。2主供電源自動識別通過主供電源自動識別實現更為靈活的備投方式,即在主供電源跳開,本站母線失壓的情況下,將原處在分位且有壓的其它線路全部合上。但這種方法可能造成兩個電源電磁環網,如深I線單線供電,在其跳閘失壓后,備自投裝置將同時合上深線及圳I線、圳線,從而使兩個電源合環,因此,這種方法也行不通。
  3.3配置控制字識別主備供電源通過配置運行方式控制字及合閘方式控制字來識別主供電源與備用電源,并控制備自投裝置的動作合閘方式。
  控制字列表見表U表1控制字列表運行方式1合閘方式11至少有一個合位時啟動該策略,即母線失壓,備自投裝置滿足充電條件前提下,裝置將跳開2QF、4QF,并只允許1QF、3QF(圳I線、圳線)合閘。若有旁路,則可增設旁路位置控制字,如置“1行為,并增設旁路位置控制字來保證旁路代路時裝置動作正確。
  4結束語這次的產品原理性缺陷是因程序開發人員不熟悉電網一次方式,程序設計邏輯不符合電網真實運行方式造成的。但裝置異常在巡站時才發現,這也反映出現場驗收時僅按照裝置說明書,而沒有結合電網的實際運行方式進行調試。所以,對于備自投裝置,應在技術協議、設計、整定中盡量將各種可能發生的情況都考慮在內,并加強備自投裝置的調試管理工作,模擬現場進行檢驗,最好能在投運前帶開關進行傳動試驗。
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