电动汽车充电控制装置研制

PAGEPAGE5附件2：优优秀QC小组申报报表QC小组名称冰天飞龙QC111小组单位名称国网重庆市电力力力公司技技能培培训中心心通讯地址重庆九龙坡区黄黄黄桷坪电电力五五村50号邮政编码400053联系人青志明联系部门电话（加区号）023-680006322699手机18983622291998专业类别供用电小组人数16人小组成员姓名青志明、傅望、张张宏艳、龙漪漪澜、敬勇、秦燕燕、胡军毅、乐乐宗明、喻桂桂林、周飞、李李杨、敖晓宇宇、刘克恒、谢谢焰、杨彬、周周士围QC小组简介：：冰天飞龙QCCC1小组，由由国国网重庆庆市电电力公司司技能能培训中中心技技术专家家青志志明牵头头，带带领近几几年新新进大学学生、在在重庆市市电力力公司专专业部部室和基基层单单相关专专家和和技术能能手支支撑下，每每年年根据具具体项项目特点点，确确定项目目小组组人员及及分工工。小组组致力力于服务务培训训现场、培培养养创新人人才。在在各级领领导指指导、支支持和和帮助下下，近近几年连连续获获得诸多多殊荣荣，受到到各级级领导的的充分分肯定和和基层层单位的的一致致好评。小组获奖情况：：：2010年~222015年，连续续六六年获得“中国水电电行行业协会会优秀秀QC小组”荣誉称号号。2011年，获得得重重庆市电电力公公司职工工技术术创新优优秀成成果“一等奖”。2012年，获获获得重庆庆市QC成果“二等奖”。2013年，获得得重重庆市QC成果“最佳创新新成成果奖”。2014年，获得得重重庆市电电力行行业QC成果“一等奖”。2015年，获得得重重庆市QC成果“一等奖”；重庆市市电电力行业QC成果“一等奖”；全国电电力力职工优优秀成成果“三等奖”；“中国水电电行行业协会会优秀秀QC小组”称号等荣荣誉誉。2016年，获得得重重庆市QC成果“一等奖”；重庆市市电电力行业QC成果“二等奖”；中国水水电电质量协协会QC成果“二等奖”；中国质质量量协会“全国优秀QC质量管理理小小组”称号。主要活动过程与与与效果：：小组严格按照QQQC活动流程程，针针对电动动汽车车建设充充电桩桩困难和和无序序状态下下充电电加重台台区电电网峰谷谷差为为问题出出发点点，逐步步研究究分析，确确定定课题，制制定定总方案案，细细化子方方案，综综合分析析，确确定最优优方案案，量化化细化化对策表表，逐逐步实施施，完完成预期期目标标，对成成果进进行了标标准化化和巩固固。电动汽车充电控控控制装置置研制制是基于于大数数据理论论，通通过台区区用电电信息采采集系系统的电电网负负荷状态态与电电动汽车车电池池状态信信息的的采集、结结合合用户充充电方方式选择择需求求进行综综合分分析，来来控制制电池的的充电电行为。在在用用电低谷谷时，鼓鼓励电动动汽车车依据电电池电电量依次次排队队逐步接接入充充电；而而在用用电峰时时，除除非用户户要求求快速充充电完完成，建建议不不进行充充电，尽尽量不为为电网网增添负负担。从从而实现现了台台区变压压器不不增容情情况下下，也能能为电电动汽车车提供供一定的的充电电负荷的的思路路，解决决了电电动汽车车的推推广应用用中最最为迫切切与急急需解决决的两两大主要要问题题：1、高峰时段，小小小区容量无无法法满足电电动车车充电负负荷需需求，居居民自自有充电电桩建建设困难难。2、电动汽车充充充电负荷无无序序接入加加重电电网的峰峰谷差差危及电电网安安全。从而为现阶段电电电动汽车车的大大力发展展找到到了一种种低成成本的技技术方方法。在2016年888月18日以后，又又又依据中中质协协最新发发布的的T／CAQ1100201—20166《质量管理理小小组活动动准则则》，对活动动过过程进行了了对对照检查查。申报单位意见：：：盖章年月日推荐单位意见：：：盖章年月日评委意见评委签字：年月日附件3-1（创创新新型课题）国网重庆市电力力力公司QC成果申报材料课题名称：电动动动汽车充电电控控制装置置研制制国网重庆市电力力力公司技技能培培训中心心冰天天飞龙QC1小组2017年2月月月PAGEPAGE57电动汽车充电控控控制装置置研制制冰天飞龙QC111小组一、小组概况（3号黑体）小组名称国网重庆市电力力力公司技技能培培训中心心冰天飞龙QC111小组活动课题名称电动汽车充电控控控制装置置研制制注册时间2016年3月月月课题类型创新型活动次数32次出勤率100%小组成员情况姓名性别学历职务组内分工青志明男研究生组长总方案制定及技技技术总负负责傅望男研究生副组长控制电路设计、论论文及QC报告撰写张宏艳女研究生组员报告、专利、论论论文撰写写龙漪澜女研究生组员子方案功能设计计计及QC发布敬勇男研究生指导督导（指导）重重重大事项项决策策秦燕女研究生指导督导（指导）重重重大事项项决策策胡军毅男研究生指导现场需求分析、QC指导乐宗明男本科组员现场数据收集及及及样品功功能测测试喻桂林男本科组员现场数据收集及及及功能测测试周飞男本科组员样品试制李杨男研究生组员现场需求分析、QC指导敖晓宇男本科组员现场数据收集及及及方案评评价刘克恒男本科组员子方案功能设计计计谢焰女研究生组员QC发布指导及及文文字撰写杨彬男本科组员样品试制周士围男本科组员数据仿真测试小组获奖情况2009年，获获获得“全国优秀秀质质量管理理小组组”荣誉称号号；；获得重重庆市市八部委委授予予的QC成果“一等奖”和“二等奖”。2010年~222015年，连续续六年获得“中国水电电行行业协会会优秀秀QC小组”荣誉称号号。2011年，获获获得重庆庆市电电力公司司职工工技术创创新优优秀成果“一等奖”。2012年，获获获得重庆庆市QC成果“二等奖”。2013年，获获获得重庆庆市QC成果“最佳创新新成成果奖”。2014年，获获获得重庆庆市电电力行业QC成果“一等奖”。2015年，获获获得重庆庆市QQC成果“一等奖”；重庆市市电电力行业业QCC成果“一等奖”；全国电电力力职工优优秀成成果“三等奖”；“中国水电电行行业协会会优秀秀QC小组”称号等荣荣誉誉。2016年，获获获得重庆庆市QC成果“一等奖”；重庆市市电电力行业QC成果“二等奖”；中国水水电电质量协协会QC成果“二等奖”；中国质质量量协会“全国优秀QC质量管理理小小组”称号。二、选择课题2.1问题提出出出电动汽车是我国国国七大战战略性性新兴产产业之之一，电电动汽汽车的快快速发发展是节节能减减排及可可持续续发展的的需要要，按照照《节节能与新新能源源汽车产产业发发展规划划（20122--20220）》到2020年电动汽汽车车累计产产销量量将超过500万辆。而在2016年末，市市场场统计电电动汽汽车约109..002万辆，而而充充电桩仅仅有23万个，车车桩桩比（电电动汽汽车数量/充电桩数数量量）为4.74，也就是是说说平均4.74个电动汽汽车车才配置1个充电桩桩。随随着电动动汽车车产业的的迅速速发展，电电动动汽车预预计将将在3年内大规规模模进入家家用市市场，按照照能能源局《2017年能源工工作作指导意意见》明明确提出出了年年内建成90万个充电电桩桩（公共10万个，私私人80万个），2020年将达到到4880万个，急急速新增增的充充电桩必必将带带来一系系列问问题。其其中以以下问题题是最最为迫切切与急急需解决决的主主要问题题：图SEQ图\*ARABIC1车桩比现现状和和2020年目标图SEQ图\*ARABIC2计划建建桩图问题一：高峰时时时段，小小区容容量无法法满足足电动车车充电电负荷需需求，居居民自有有充电电桩建设设困难难。问题二：电动汽汽汽车充电电负荷荷无序接接入加加重电网网的峰峰谷差危危及电电网安全全。2.2调查分析析析我们通过对2000个变压器器容容量为100000KVVA的小区的的调调查，由下下面面表1中的实际际调调研数据据可知知，最大大负荷荷一般为为变压压器标称称容量量的60-7700%，部分小小区区最大负负荷达达到时容容量的的86.22%。考虑到变压器的的的安全、稳稳定定与经济济运行行，通常常小区区峰值负负荷达达到变压压器70~8800%容量，即即视视为满负负荷。那那么在台台区变变压器增增容困困难的大大背景景下，能能满足足台区内内多少少用户配配置电电动汽车车呢？？依据相关数据综综综合分析析，预预计三年年后，随随着小区入住率率及及家庭用用电负负荷的增增加，各各小区的的平均均峰值负负荷达达到变压压器75%容量，剩剩余5%的余量，能能能满足小小区用用户5%负荷的电动动车车充电需需求。图SEQ图\*ARABIC320200年小小区峰值值剩余容容量表SEQ表\*ARABIC1台区负负荷调查查表台区名称台区总户数台区容量KVAAA峰谷差最大最小电网_10kVVVPAYYY公配1#变6001000577.26862.11284.85电网_MHJ222#公配1#变6701000471.33725.55254.22电网_10kVVVWDS配电电室2#变3391000457.56652.23194.67电网_10kVVVXXL.DY公用配配电电房1#变2691000457.56659.22201.66电网_LYKCCC3#配2#变4631000454.80750.54295.74电网_10kVVVYMHTT公配1#变3561000449.61650.46200.85电网_ZJHXXX3#配1#公用变4631000436.80672.75235.95电网_10kVVVDCHYY公用用配电房3#3821000433.80621.45187.65电网_10kVVVDSTYY2#配电室2#变2161000432.24668.73236.49电网_10kVVVJYXSSJJ2#配电室1#变3381000424.23642.12217.89电网_LYKCCC3#配1#变2541000412.50605.64193.14电网_10kVVVDSTYY2#配电室1#变2101000408.78634.77225.99电网_10kVVVJQBAA1#配电房1#变4011000392.10568.32176.22电网_10kVVVYGSCC一期期公用配配电房房1#变4411000386.56641.04254.48电网_JWGJJJ2#配1#变4591000386.24604.76218.52电网_SJC333#配1#变4151000377.85684.93307.08电网_SXYJJJ2#配2#变5161000376.74541.11164.37电网_10kVVVYGSCC一期期公用配配电房房2#变4151000372.24686.12313.88电网_10kVVVJDHYY公用用配电房2#变4291000367.68540.42172.74电网_10kVVVDSSSS公用用配电房1#3261000366.57525.18158.61定义：负荷峰谷谷谷差=负荷峰值-负荷谷值值平均值：650kW平均值：650kW图SEQ图\*ARABIC4小区负荷荷峰谷谷差分布布图图SEQ图\*ARABIC5小区负负荷峰值值概率率分布图图由上图可知：约约约75%的小区负负荷荷峰谷差差为400--5500KKW，约30%的小区负负荷荷峰谷差差为300--4400KKW，约15%的小区负负荷荷峰谷差差为500--6600KKW，可见，小小小区的负负荷峰峰谷差问问题已已经比较较严重重。通过上面的调查查查，为找找到解解决问题题的办办法，我我们对对形成问问题的的原因进进行了了分析：：问题一：高峰时时时段，小小区容容量无法法满足足电动车车充电电负荷需需求，居居民自有有充电电桩建设设困难难。由于现阶段电动动动汽车行行驶里里程有限限，居居民主要要用于于上下班班通勤勤用。通常常是是在下班班回家家后及到到达单单位停车车场后后进行充充电，而居居民自有充充电桩因“小区富余容量不不足”，不能大规规模建设私私人充电桩桩（变压器器容量是依依据现行小小区负荷来来设计，没没有考虑将将来大规模模电动汽车车接入的负负荷需求，高高峰时段，负负荷最大值值超过变压压器承受能能力，如图图SEQ图\*ARABIC6所示）。所以，居民民自有充电电桩建设困困难。图SEQ图\*ARABIC6小区日负负荷变变化曲线问题二：电动汽汽汽车充电电负荷荷无序接接入加加重电网网的峰峰谷差危危及电电网安全全。基于大量实测数数数据的研研究表表明，由于于电动汽车车充电具具有时时间和空空间上上的不确确定性性，在没有调调节节控制情情况下下（自然然充电电状态），电电动汽车的日日充电负荷曲曲线与配网日日负荷曲线具具有一致性，如如图7所示为电动动汽车充电负负荷曲线。在在高渗透率情情景下，大量电动汽汽车接入电网网充电时，会会使电网峰值值负荷显著增增加，从而加加大电网的峰峰谷差。图8为无序用电电对电力系统统日负荷曲线线的影响。电电动汽车的无无序接入不仅仅增加调峰容容量需求，导导致发电机组组调峰困难，还还可能导致电电能质量下降降、损耗增加加甚至危及电网网安全等众多多问题。所以，电动汽汽车的有序充电显显得尤为迫切和重要。图SEQ图\*ARABIC7电动汽车车充电电负荷曲曲线图SEQ图\*ARABIC8无序用电电对电电网日负负荷曲线线的影影响综上所述，我们们们可以看看出：：小区富富余容容量有限限，无无法满足足大量量增加的的电动动车充电电负荷荷需求，是是造成居民民自自有充电电桩建建设困难难的主主要原因因；同同时，当当大量量电动汽汽车充充电负荷荷无序序接入时时，会会加大电电网的的峰谷差差，给给电网的的安全全、稳定定、经经济运行行造成成极大的危害害。2.3确定课课课题通过上述分析可可可知，为为解决决电动汽汽车快快速发展展的瓶瓶颈，那那么就就要解决决电动动汽车自自有充充电桩的的建设设问题和和对电电网负荷荷的负负面影响响。因因而我们们需要要开发一一套控控制装置置，既既可以解解决电电动汽车车的充充电问题题，使使其有序序有电电，又可可帮助助电网削削峰填填谷，提提高电电网安全全稳定定运行能能力。为确保本课题的的的质量，为为借借鉴先进进的技技术，我我们委委托“科学技术术部部西南信信息中中心查新新中心心”进行相关关内内容的查查新。结结论是：“在所检文文献献范围及及时限限内，国国内外外未见文文献报报道。”图SEQ图\*ARABIC9科技查新新报告告因而，我们将课课课题定为为：电电动汽车车充电电控制装装置研研制。三、确定目标3.1目标值值值背景研制的电动汽车车车充电控控制装装置，应应能解解决以下下问题题：1、在小区变压压器器富余容量量量有限的的情况况下，就就可满满足部分分用户户的电动动车充充电负荷荷需求求，使小小区不不增容也也能实实现居民民自有有充电桩桩建设设2、将大量电动动汽汽车充电负负负荷由无序接入入变变为有序序接入入，尽可可能减减少电网网的峰峰谷差，确确保保电网的的安全全、稳定定与经经济运行行。3.2目标值的的的量化改进前：能满足足足5%用户配置置电电动汽车车。（只只能让5%的用户建建设设电动车车充电电桩）改进后：能满足足足30%用户配置置电电动汽车车（能能让30%的用户建建设设电动车车充电电桩）。图SEQ图\*ARABIC10设定定目目标3.3目标值可可可行性分分析图SEQ图\*ARABIC11对日日负负荷曲线进行削削峰峰填谷的的示意意图小区50%用户户配配置电动汽汽汽车后，若若无无序用电电，会会超出变变压器器能承受受的最最大值，超超出出部分功功率为为：A超出部分=∫∫∫（P日常+P电动车车）-P峰；（P总>P峰）A填谷空间=∫∫∫（P60%%--(P日常常+P电动车车）；（P总<P60&）其中,P总为为小区区50%用户配置置电电动汽车车后，瞬瞬时总功功率，由由电动车车负荷荷P电动车和日日常常负荷P日常构成。其中,P峰为台区变变压压器能提提供的的最大负负荷80%。P60&为台台区区变压器器工作作在60%负荷状态态下下，所提提供的的负荷。即从削峰填谷的的的角度：：可以以认为小小区50%用户配置置电电动汽车车后，通通过优化化控制制，A超出部分分为为可以用用来削削峰的电电量。A填谷空间间为为可以用用来被被填谷的的电量量空间。由上图可知，A填谷空空间间-A超出部分分>00当A填谷空间--AA超出部分分>0时，说明理理论论上，只只要控控制得力力，可可以实现现小区区50%用户配置置电电动汽车车，但但是由于于所有有电动车车不可可能按照照电网网最优所所需要要的模式式进行行充电，考考虑虑40%的余量，仍仍仍能满足30%用户配置置电电动汽车车，此此方案理理论可可行。同时，针对这一一一课题目目标的的完成，我我们们对小组组成员员的能力力进行行了分析析，小小组中研研究生生达到53%，小组成成员员有国网网公司司技术专专家、电电力行业业技术术能手、营营销销专家以以及QC骨干等，有有有着丰富富的理理论知识识和现现场实践践经验验，确保保了我我们课题题的顺顺利实施施以及及设定目目标的的实现。四、提出方案并并并选择最最佳方方案4.1提出各各各种可行行性总总方案并并确定定最佳总总方案案4.1.1提出出出总方案案针对上述提出的的的问题，小小组组成员召召开会会议，讨讨论如如何解决决电网网峰谷差差大和和电动车车无序序充电，运运用用头脑风风暴法法，让大大家畅畅所欲言言提出出各种解解决方方案，共共收集集方案12条，见表2。表SEQ表\*ARABIC2运用头头脑风暴暴法收收集的方方案序号方案序号方案1蓄电池高峰储能能能7设置用户放电模模模式2蓄电池低谷放电电电8换电池充电3程序控制充电顺顺顺序9设置用户充电模模模式4程序控制放电顺顺顺序10负控限电5电动车高峰储能能能11用户需求侧响应应应6电动车低谷放电电电12实行峰谷电价差差差从收集的12条条条建议来来看，有有促进电电网削削峰填谷谷，有有促进电电动汽汽车有序序充电电、促进进电动动汽车有有序放放电的各各种方方案。接接下来来我们利利用亲亲和图进进行整整理、归归纳如如图12所示。图SEQ图\*ARABIC12亲和和图图从亲和图中可以以以看出，要要解解决电动动车无无序接入入后，高高峰时段段变压压器容量量不足足和加大电电网网锋谷差差的问问题，需需要对对电网进进行削削峰填谷谷、对对电动汽汽车进进行有序序充电电控制和和有序序放电控控制。考考虑到政政策、实实施难易易等因因素，我我们对对上述方方案进进行重组组分析析，最终终得到到如下三三个总总方案：：方案一：利用蓄蓄蓄电池储储能进进行削峰峰填谷谷。该方案对每户都都都采用有有序充充电控制制策略略，在用用电低低谷时鼓鼓励电电动汽车车电池池和蓄电电池充充电，且且根据据电池的的状态态不同进进行排排序，依依次下下发充电电指令令；而在在用电电高峰时时，可可以利用用蓄电电池放电电，供供电动汽汽车充充电使用用。这这种方案案能利利用蓄电电池的的容量进进行削削峰填谷谷。方案二：分户采采采用有序序充放放电控制制。在用电低谷时，对对电动汽车进进行充电，同同样根据电池池的状态进行行排序充电；；而在用电高高峰时，控制制电动汽车不不充电，对电电量充足的电电动车，进行行逆变控制，回回馈电网。方案三：分台区区区对各充充电桩桩（交流流）采采用有序序充电电控制。该方案对台区负负负荷、电电动汽汽车的电电池状状态及车车主充充电请求求进行行综合分分析，应应用有序序用电电的思想想，在在用电低低谷时时，鼓励励对电电动汽车车进行行充电，同同样样根据电电池的的状态及及车主主充电请请求进进行排序序充电电；而在在用电电高峰时时，通通过控制制手段段建议电电动汽汽车不充充电。4.1.2选择择择最佳总总方案案本QC小组成员员在22016年3月-4月期间，对对对上述三三种总总方案从从经济济性、技技术可可行性、实实施施难度等等方面面进行了了综合合评估。表SEQ表\*ARABIC3最佳总总方案选选择表表方案序号方案概述评估选定方案经济性实施性技术可行性方案一蓄电池充放电控控控制增加了蓄电池硬硬硬件成本本；44.55万蓄电池需要专人人人巡检和和运维维；可行不选方案二电动汽车充放电电电控制增加了逆变器硬硬硬件和运运维成成本；2万逆变器不稳定因因因素较多多可行不选方案三电动汽车充电控控控制0.75万元控制量少；易于于于实现可行选定假设为三个个充充电桩提供供供控制装装置，上上述三种种方案案经济性性分析析如下：：表4三种方案案经济济性分析析项目方案一方案二方案三蓄电池2.5控制器0.250.250.25人工费0.30.50.3电力电子装置0.80.8运维费用0.50.25其他费用0.20.20.2合计(万元)4.5520.75方案一蓄电池增增增加了硬硬件成成本，控控制量量较多，且且蓄蓄电池需需要专专人巡检检和运运维。方方案二二将电动动汽车车的电池池作为为储能单单元，能能解决削削峰的的问题，但但是是逆变器器增加加硬件、运运维维成本，不不安安全、不不稳定定因素增增多。综上上，方案一一方案二投投入产出比比低，不选选用。表5三种方案案投入入产出比比分析项目方案一方案二方案三经济投入4.5520.75人力成本投入0.20.20.2运维投入2.41.20.12投入合计7.153.41.07增加充电户数40%35%30%投入产出比5.59%10.29%28.04%图SEQ图\*ARABIC13投入入产产出比图方案三成本低，控控制量少，容容易实现，虽虽然只有“填谷”，没有“削峰”，但是，尽尽量不在高峰峰负荷阶段使使用电动车充充电，本身不不给电网增加加负担，就是是变向进行“削峰“，和方案一二二比较，虽然然能提供的充充电桩数量略略少，但也能能满足要求，且且综合投入产产出是方案一一5倍，是方案案二的2.6倍，综合比较较，该方案的的可行性最高高，因此采用用方案三。4.2提出各种种种可行性性子方方案并确确定最最佳方案案针对总方案进行行行细化：：开发发带有能能依据据台区用用电负负荷信息息和电电动汽车车电池池信息、用用户户充电需需求信信息综合合分析析的，电电动车车充电控控制装装置。我我们将将其分成成三个个部分进进行方方案优化化，分分别是“集中分析析控控制模块块、采采集通讯讯模块块以及信信号处处理分模模块”。图SEQ图\*ARABIC14总方案案系系统图根据总方案系统统统图可以以看出出，我们们要确确定的子子方案案内容如如下：：图SEQ图\*ARABIC15子方方案案确定下面将分别就这这这三个模模块进进行子方方案的的确定。4.2.1集中中中控制模模块方方案选择择集中控制模块主主主要从两两个方方面进行行子方方案的选选择，如如图16所示，一一是是控制模模式的的选择，二二是是控制器器的选选择。图SEQ图\*ARABIC16集中控控制制模块方案案案确定（1）控制模式式（软软件）方案一：定时自自自动控制制：依依据电网网过去去负荷出出现“尖、峰、平平平、谷”时间的历历史史数据，预预先先编制好好控制制软件进进行电电动汽车车充放放电的定定时自自动控制制（“平、谷”时充电，峰峰峰时停止止）。主主要特点点：易易实施，用用户户成本较较低；；用户使使用不不灵活；；移峰峰填谷的的效果果不明显显，当当用户定定时相相同时，可可能能把“平”变成“峰”对电网造造成成冲击。方案二：手动控控控制：依依据电电网“尖、峰、平平平、谷”负荷的实实时时参数，通通过过控制中中心给给用户发发短信信的方式式，由由用户根根据自自身需要要，进进行电动动汽车车充放电电的手手动控制制（“平、谷”时充电，峰峰峰时停止止，谷谷时逆变变放电电）。主主要特特点：易易实施施，用户户成本本低；用用户使使用不方方便；；控制效效果不不确定，移移峰峰填谷的的效果果不明显显，当当用户同同时充充电时，可可能能把“平”变成“峰”对电网造造成成冲击。方案三：实时自自自动控制制：依依据电网“尖、峰、平平平、谷”负荷的实实时时参数，进进行行电动汽汽车充充放电的的实时时自动控控制（“平、谷”时充电，峰峰峰时停止止）。主主要特点点：实实施难度度较大大，用户户成本本低；用用户使使用方便便；控控制效果果确定定，移峰峰填谷谷的效果果明显显，可有有序控控制用户户充电电时间。能能确确保对电电网安安全、稳稳定、经经济运行行。图SEQ图\*ARABIC17控制模模式式方案确定定定表6控制模式式（软软件）选选择比较较表评价因素权重因子k方案一方案二方案二方案比较结论用户成本0.1较低低低主要从用户成本本本、使用用便捷捷性、电电网安安全性和和经济济性性去去考虑虑，方案案三除除技术难难度较较大以外外，其其它指标标均是是最优的的。方案三使用便捷性0.2较好差好用电有序性0.3较好差好技术难度0.1重新开发，难度度度较小重新开发，难度度度小重新开发，难度度度大电网安全性0.5较好差好电网经济性0.3较好差好主要从用户成本本本、使用用便捷捷性、电电网安安全性和和经济济性性去去考虑虑，方案案三除除技术难难度较较大以外外，其其它指标标均是是最优的的。故故选择方方案三三。（2）硬件控制制器器方案一：分离元元元件电路路：采采用晶体体管、TTL、CMOS通用功能能集集成电路路来搭搭控制电电路。主主要特点点：易易实施，成成本本低；电电路功功能改变变不便便；可靠靠性不不高，技技术难难度高，功功能能少。方案二：PLCCC：采用工工业业级PLC。主要特特点点：易实实施，成成本高；；电路路功能改改变方方便；可可靠性性高，技技术难难度较低低，功功能多。方案三：单片机机机：采用用工业业级单片片机。主主要特点点：易易实施，成成本本低；电电路功功能改变变方便便；可靠靠性高高，技术术难度度较高，功功能能多。表7硬件控制制器选选择比较较表评价因素方案一方案二方案三方案比较结论成本分析250元1200元300元主要从成本、可可可靠率、功功能能完整性性去考考虑，方方案三三最优。方案三正确率94.45%98.99%99.79%功能完整性差好好主要从成本、可可可靠率、功功能能完整性性去考考虑，方方案三三最优。故故选选择方案案三。图SEQ图\*ARABIC18硬件控控制制器方案确确确定得到集中控制模模模块的子子方案案确定为为：图SEQ图\*ARABIC19集中控控制制方案4.4.2信号号号处理分分模块块实现方方式选选择信号处理分模块块块安装在在各电电动汽车车充电电桩内，它它是是充电桩桩与控控制中心心的中中间接口口。其其作用包包括二二个方面面：一一是将充充电桩桩通过充充电线线缆采集集到的的电池状状态信信息和用用户充充电模式式需求求信息进进行转转换，待待控制制中心采采集。二二是将控控制中中心下发发的充充电指令令进行行信号转转换，发发送至充充电桩桩充电开开关。图SEQ图\*ARABIC20信号处处理理模块方案案案确定（1）电池状态态量量采集内容容容选择方案一：只采集集集电池电电量信信息。方案二：采集电电电池电量量、电电压、电电流、温温度信息息。表8电池状态态量采采集的选选择比较较表方案评价因素方案评价因素只采集电量采集电量、电压压压、电流流、温温度方案选择可靠性100%100%选择方案二成功率99.99%99.99%传输速率与网络速率有关关关与网络速率有关关关数据量14图SEQ图\*ARABIC21电池信信息息方案确定定定方案一与方案二二二对比，在在可可靠性与与成功功率、以以及数数据传输输速率率等方面面基本本没有差差异。而而方案二二在没没有增加加成本本的基础础上，多多采集了了电池池的电压压、电电流、温温度信信息，有有利于于准确分分析电电池的状状态。（2）用户充电电需需求模式选选选择方案一：用户选选选择充电电模式式（用户户可以以选择最最快充充满模式式、智智能充电电模式式、节约约模式式）。最快充满模式：：：除“尖”时段外，其其其余时间间不执执行控制制中心心指令，连连接接充电桩桩后立立即进行行充电电。智能充电模式：：：完全执执行控控制中心心充电电指令，高高峰峰时不充充电，平平谷段先先给电电量少的的电动动车充电电。综综合电价价及用用车需求求。节约模式：假设设设实行分分时电电价，用用电高高峰充电电贵，用用电低谷谷充电电便宜。该该模模式下，高高峰峰时不充充电，平平谷段先先给其其他电动动车充充电，尽尽量安安排在用用电低低谷时充充电。只只考虑经经济性性。方案二：智能充充充电模式式。表9用户充电需需求求模式选择择择评价因素方案评价因素方案方案一用户选择择择模式方案二智能充电电电模式方案选择削峰填谷效率50-80%，具具体效率率受到到用户习习惯影影响100%选择方案一用户满意度100%20-50%，具具体效果果由用用户习惯惯决定定电网满意度50-80%，具具体效果果由用用户习惯惯决定定100%图SEQ图\*ARABIC22充电模模式式确定方案一与方案二二二的实质质为，充充电模式式是以以用户为为中心心还是以以电网网为中心心，考考虑到电电网的的服务特特性，选选择方案案一，由由用户进进行充充电模式式选择择，虽然然削峰峰填谷的的效果果达不到到理论论最佳状状态，但但是具有有合理理性和实实际推推广价值值。因此信号处理模模模块的方方案确确定为：：图SEQ图\*ARABIC23信号处处理理模块方案案案确定4.2.3信息息息通讯模模块方方案选择择电动汽车充电装装装置的研研制中中，信息息采集集与通讯讯模块块的主要要功能能有两个个方面面：一是电动车充电电电桩侧（信信号号处理分分模块块）与控控制中中心（集集中分分析控制制模块块）间数数据交交换。具具体包包括集中中分析析控制模模块采采集的电电池信信息和用用户充充电需求求信息息、集中中分析析控制模模块下下发至充充电桩桩的充电电指令令。（特别说明，充充充电桩内内安装装信号处处理分分模块，该该模模块通过过充电电线缆与与电动动车电池池之间间形成数数据交交换，具具体包包括：电电池电电量信息息，用用户充电电模式式需求信信息）二是台区负荷信信信息与控控制中中心（集集中分分析控制制模块块）间单单向信信息采集集。具具体为，集集中中分析控控制模模块采集集台区区整体用用电负负荷数据据。因而信息通讯模模模块的子子方案案，主要要分为为控制中中心与与信息处处理模模块间的的通讯讯（即充充电桩桩侧）和和控制制中心与与台区区变压器器之间间（即变变压器器侧）的的通讯讯。图SEQ图\*ARABIC24信息通通讯讯模块方案案案确定（1）充电桩侧侧（信信号处理理分模块块）与与控制中中心间间数据交交换方方式选择择。方案一：采用载载载波传输输的方方式。方案二：采用无无无线传输输的方方式（小小无线线、wifi等）。图SEQ图\*ARABIC25充电桩桩侧侧通讯方案案案确定表10信号处理理分模模块与控控制中心心间数数据交换换方式式选择评价因素方案评价因素方案载波无线有线方案选择是否需要架设网网网络否否是选择方案二传输距离500m0.3~1kmmm1km传输速率满足满足满足可靠性中高高实施难度中低高前期投入100元/户80元/户50元/户三种方案进行对对对比可以以发现现有线的的方式式虽然传传输距距离和可可靠性性都比较较高，但但是需要要重新新架设网网络，投投资费用用很高高，实施施难度度高不实实用；；载波的的方式式虽然不不需要要重新架架设网网络，但但是因因其传输输性能能受不同同配电电网及设设备性性质的不不同，效效果差别别很大大，可靠靠性不不确定，也也弃弃用；均均衡各各方面，采采用用无线的的方式式，它可可以利利用小无无线、wifi等成熟技技术术，成本本低、方方便使用用且传传输速率率和距距离都能能达到到要求。（2）集中分析析控控制模块采采采集台区区用电电负荷数数据的的方式选选择。方案一：分户电电电表处新新建电电流采集集器，通通过载波波、无无线、有有线等等外网方方式将将信号传传回控控制中心心。方案二：台区用用用电信息息采集集系统485接口，采采集集台区整整体负负荷。图SEQ图\*ARABIC26变压器器侧侧通讯方案案案确定表11台区用电电负荷荷数据采采集方式式选择择评价因素方案评价因素方案分户采集外网上传用采系统内网485接口口方案选择采集普及率95%99%方案一需增加采采采集装置置与系系统，且且每户户增加成成本较较大，额额外增增加维护护与运运营成本本；而而方案二二利用用已有的的用电电信息采采集系系统，不不需额额外增加加成本本，且采采集成成功率高高，内内网传输输安全全可靠。选择方案二采集成功率80%100%数据安全性外网传输，有风风风险内网传输，可靠靠靠系统维护额外增加维护用电信息采集系系系统的维维护属属于电网网运营营范畴，不不需需额外增增加投资费用（元）100元/户0.5元/户通过对比可以发发发现，采采用新新建分户户采集集装置，再再通通过外网网传输输方式时时，需需要增加加一套套外网的的采集集系统，且且采采集普及及率和和成功率率都无无法得到到保障障，额外外增加加系统建建设与与运营成成本；；而方案案二利利用现有有的用用电信息息采集集系统并并通过过内网传传输数数据时，虽虽然然只获得得了台台区整体体负荷荷量，未未得到到分户用用电信信息，但但是对对于台区区整体体削峰填填谷负负荷平衡衡已完完全足够够，且且不需要要另外外增加成成本性性费用，且且采采集普及及率和和成功率率都很很高，数数据传传输安全全可靠靠，随着着智能能电网的的建设设，用电电信息息采集系系统也也在进一一步的的完善，其其采采集的普普及率率和成功功率会会得到进进一步步的提高高。因因此，我我们选选择了方方案二二：利用用用电电信息采采集系系统台区区变压压器电表485接口通过过内内网传输输数据据。依据各最优子方方方案确定定最佳佳方案：：图SEQ图\*ARABIC27最优方方案案图依据最佳方案绘绘绘制出的的系统统原理示示意图图：图SEQ图\*ARABIC28系统统原原理示意图图图五、制定对策表12对策表表表项目对策目标措施地点完成时间责任人1集中分析控制模模模块（软软件部部分）1、依据控制策策策略编写控控制制软件。软软件件测试控制策略成功率率达99.9%。1、依据电网“尖尖、峰、平平平、谷”负荷的实实时时参数及及电动动汽车电电池状状态参数数，进进行电动动汽车车充放电电的实实时自动动控制制策略制制定；；2、绘制控制策策策略表；3、依据控制策策策略绘制软软件件流程图图；4、编写控制软软软件。青志明创新工作作作室2016年4月月月傅望青志明龙漪澜2集中分析控制模模模块（硬硬件部部分）与控制软件进行行行联合调调试。测测试成功功率为为100%。1、依据控制策策策略进行电电路路图设计计；2、按照电路图图图进行PCB板设计并并加加工；按照电路图进行行行PCB板元件焊焊接接及调试试。青志明创新工作作作室2016年5~~~6月青志明傅望周飞3电池信息采集信信信号处理理1、电池状态信信信息采集准准确确率99.99%2、采集时间小小小于2s1、绘制电路图图图；2、按照电路图图图进行PCB板设计并并加加工；3、对电池状态态态采集成功功率率和采集集时间间进行测测试。青志明创新工作作作室2016年6~~~7月张宏艳乐宗明敖晓宇4用户三种选择模模模式及信信号处处理1、电路测试，输输输入显示示一致致率100%。1、软件流程图图图，程序设设计计2、信号编码电电电路设计与与实实现；青志明创新工作作作室2016年8月月月青志明傅望张宏艳刘克恒谢焰杨彬5无线通信实现与与与充电桩桩间数数据交换换1、采集电池状状状态信息，采采集用户充电电模式信号成成功率99.9%2、下发充电指指指令成功率率99.99%1、按照电路图图图完成PCB板，完成成焊焊接，与与调试试。2、测试是否具具具备能成功功接接收和发发出指指令。青志明创新工作作作室（PCB委外加工工）2016年9月月月傅望青志明6采集台区用电信信信息系统统负荷荷信息1、台区用电信信信息采集成成功功率达到到为100%。1．485接口口采采集信号硬硬硬件设计计与调调试。2．测试采集成成成功率是否否为为100%。青志明创新工作作作室2016年1000月张宏艳刘克恒杨彬7综合测试1、能按照不同同同用户需求求模模式，综综合分分析台区区负荷荷状态，对对所所需充电电桩发发送充电电信号号，测试试充电电信号与与软件件控制策策略一一致率达达到100%。1、分别测试，节节节约模式式，智智能模式式，快快充模式式是否否能正常常发送送充电信信号。2、测试充电信信信号与软件件控控制策略略一致致率青志明创新工作作作室2016年1000月青志明傅望张宏艳刘克恒龙漪澜六、对策实施6.1对策一：：：集中分分析控控制模块块（软软件部分分）控制处理模块主主主要由控控制中中心MCU构成，主主要要功能是是针对对采集的的台区区用电负负荷信信息、电电池状状态信息息和用用户充电电需求求模式，并并且且通过逻逻辑判判断输出出控制制命令，再再通通过通讯讯和信信号处理理模块块，将控控制命命令下发发至终终端。输入：电网信息息息（尖、峰、平平平、谷）、电电池电量量、充充电模式式（智智能模式式、节节约模式式、快快充模式式）输出：电网负荷“尖”时段：找找到到该区域域快充充模式、智智能能模式、节节能能模式（电电价价优惠）需需求求的电动动车，下下发停止止充电电指令。电网负荷“峰”时段：找找到到该区域域智能能模式、节节能能模式（电电价价优惠）需需求求的电动动车，下下发停止止充电电指令。电网负荷“平”时段：1）找到该区域域域节能模式式需需求的电电动车车，下发发停止止充电指指令；；2）找到该区域域域智能模式式需需求的电电动车车，根据据电池池电量进进行排排序，当当电池池电量大大于80%时，下发发停停止充电电模式式，当电电池电电量小于50-8800%时，对电电动动车进行行排序序，电量量少的的排序靠靠前，下下发充电电指令令。对电电池电电量小于50%时电动车车，下下发充电电指令令。电网负荷“谷”时段：找找到到该区域域节能能模式和和智能能模式电电动车车，下发发充电电指令。根据设计方案，本本设计使用编编程软件KeiluVisiion3，使用C语言进行编编程，使用protuues7profeessionnal进行仿真，并并且使用单片片机开发板对对程序进行实实现，进而实实现最终目的的。表13对策一目目标检检查测试试表控制策略成功率率率目标值测试值99.9%100%结论：通过数据据据测试，得得到到控制策策略成成功率达达1000%，实现对策策目标。6.2对策二：：：集中分分析控控制模块块（硬硬件部分分）由三部分组成。分分别为下端的的输入输出板板块，上端的的单片机板块块和通信板块块，以脚针插插接构成一体体，输入输出出板块由输出出电压直流12V的储能模块块通过直流升升压器供电，电电压为24V。单片机板板块由输入输输出板块供电电，电压为直直流5V，如图30所示：图SEQ图\*ARABIC29MCUU组组成结构图图图图SEQ图\*ARABIC30MCUU实实物图MCU的核心为为为STM3322-M3单片片机机。STMM332系列基于于专专为要求求高性性能、低低成本本、低功功耗的的嵌入式式应用用专门设设计的的ARMCCorttexx-M3内核。32biit的STM332单片机相相较较于8bit的C80551单片机，运运运算处理理速度度更快，外外围围接口更更加丰丰富。哈哈佛结结构的STM332单片机在在性性能上远远远领领先于冯冯诺依依曼结构构的51单片机。因因因此，采采用STM3322-M3系列单片片机机作为可可编程程用电仿仿真柜柜的控制制核心心，完全全能够够流畅地地与电电脑进行行交汇汇数据，运运行行程序和和自动动化运行行控制制。MCU既是用于于于对采集集上来来的台区区负荷荷信息、电电池池电量及及车主主充电需需求信信息进行行处理理，按照照约定定协议进进行数数据的编编译，通通过无线线、485接口进入入信信息采集集控制制通道，又又是是对接收收到的的数据按按照约约定协议议进行行解析，输输出出充电控控制信信号。表14对策二目目标检检查测试试表测试组别测试次数正确动作次数正确动作率12020100%23030100%31515100%42525100%平均值100%目标值100%结论：测试成功功功率达10000%，实现对策策目标标。6.3对策三：：：电池信信息采采集信号号处理理完成采集电路的的的设计，其其设设计如图31所示，并并根根据设计计图进进行加工工，对对其采集集成功功率和采采集时时间进行行测试试，测试试结果果如表15所示。图SEQ图\*ARABIC31电池状状态态采集电路路路设计图图表15电池状状状态采集成成功功率与采采集时时间测试试表测试组别采集次数采集成功次数成功率采集时间（s）15050100%0.30626060100%0.20837070100%0.12448080100%00.24565050100%0.107平均值100%0.189目标值99.9%2结论：电池状态态态采集电电路完完全能达达到采采集成功功率与与采集时时间的的要求。实实现现对策目目标。6.4对策四：：：用户三三种选选择模式式及信信号处理理当用户输入节能能能模式后后，系系统编码码为11，当用户户输输入智能能模式式时，系系统编编码为10，当用户户输输入快充充模式式后，系系统编编码为01.表16各模式式式，编码及及采采集成功功率模式编码采集信号成功率节能模式1111100%智能模式1010100%快充模式0101100%结论：测试控制制制中心接接收的的采集信信号各各10次，对于于输输入模式式，能能完全匹匹配。实实现对策策目标标。6.5对策五：：：无线通通信实实现与充充电桩桩间数据据交换换通过无线方式，测测试传送最大大距离约为1KM，采集电池池数据，用户户需求模式数数据、指令信信号下发数据据各六组。指令信号测试详详详细数据据：表17指令信信信号测试数数据据测试组别控制命令下发次次次数控制命令下发成成成功次数数开关正确动作次次次数控制命令下发成成成功率开关正确动作率率率1505050100%100%2606060100%100%3707070100%100%4808080100%100%5606060100%100%6505050100%100%平均值100%100%目标值99.9%99.9%三类信号综合测测测试结果果：表18三类信信信号综合测测试试表数据内容类型通信时间成功率目标值电池数据采集上传0.95S100%99.9%充电模式采集上传0.23S100%99.9%充电指令下发控制0.58S100%99.9%结论：实现该步步步对策目目标。6.6对策六：：：采集台台区用用电信息息系统统负荷信信息制定了台区用电电电负荷巡巡检单单元通信信协议议：描述述了数数据上报报的Modbbuus通讯规约约标标准，应应用于于向上级级监控控设备上上报数数据时的的通讯讯规约。物理接口：变压压压器负荷荷信息息通过计计量电电能表RS4885通信接口口，采采用半双双工异异步串行行通讯讯。在串行行通通信中，数数据据通常是是在两两个点（如终端端和和微机）之之间间进行传传送，采用用半双工。采集内容:实时时时台区用用电电电量。采集结果如下：：：表19台区负荷荷采集集数据时间电网_10kVVVPAYYY公配1#变电网_MHJ222#公配1#变电网_10kVVVWDS配电电室2#变采集准确率0:00733.77695.4528.72大于99%1:00649.56632.46516.24大于99%2:00577.62614.79488.07大于99%3:00534.51594.6443.79大于99%4:00503.85553.17391.77大于99%5:00465.33520.32383.28大于99%6:00413.4475.05320.97大于99%7:00319.86348.87234.63大于99%8:00308.46299.88194.67大于99%9:00284.85257.61194.85大于99%由上表可知，能能能准确将将电量量信息采采集至至集中分分析控控制模块块。结论：完成该步步步对策目目标。6.7对策777：综合调调试试与测试试结果果安装完成控制装装装置，进进行测测试，测测试结结果如下下表表20综合测试试数据据测试条件台区负荷状态电池状态用户选择模式测试结果设置条件1733.7720%快充模式充电设置条件2849.5630%智能模式不充电设置条件3649.5630%智能模式充电设置条件4577.6230%节能模式不充电设置条件5334.5140%节能模式充电设置条件6890.3330%设置三种模式不充电分析：设置条件1，电电电网处于“峰”状态（高高电电价），用用户户在快充充模式式下，虽虽然电电网负荷荷紧张张，但是是用户户急于用用车，对对该电动动汽车车进行充充电，达达到预期期结果果。设置条件2，电电电网处于“尖”状态，用用户户在智能能模式式下，服服从控控制中心心安排排，不充充电。达达到预期期结果果。设置条件3，电电电网处于“平”状态（平平电电价），用用户户在智能能模式式下，服服从控控制中心心安排排，对电电量较较少的用用户，进进行优先先充电电，达到到预期期结果。设置条件4，电电电网处于“平”状态，用用户户在节能能模式式下，虽虽然电电池电量量较低低，但是是未进进行充电电操作作，达到到预期期结果。设置条件5，电电电网处于“谷”状态（低低电电价），用用户户在节能能模式式下，进进行充充电操作作，达达到预期期结果果。设置条件6，电电电网处于“尖”状态，用用户户在各种种模式式下，均均不能能充电。因因负负荷的“尖”状态通常常是是比较短短暂的的（几分分钟~几十分钟钟），为为确保电电网的的安全运运行，必必须控制制负荷荷的接入入，用用户是可可以接接受的，达达到到预期结结果。结论：按照控制制制规则，成成功功实现电电动汽汽车充电电实时时控制。实实现现了对策策目标标。七、确定效果7.1目标检查查查假设小区40%%%用户安装装电电动汽车车充电电桩，且且有90%电动汽车车同同时充电电需求求。通过过仿真真得到表19：分析：该配置下下下，若小小区小小于30%%的电动动车用户户选择择快充模模式（无无序充电电），改改进后，即即使使小区不不增容容，也能能为40%的用户提提供供电动车车充电电。表2140%%%用户安装装电电动汽车车充电电桩仿真真结果果模式快充模式节能模式智能模式负荷峰值占8000%容量百分分比比说明设置条件140%30%30%121%电动车40%无无无序接入入电网网充电设置条件226%37%37%115%电动车26%无无无序接入入电网网充电设置条件315%42%42%100%电动车16%无无无序接入入电网网充电设置条件410%45%45%92%电动车10%无无无序接入入电网网充电设置条件56%47%47%85%电动车6%无序序序接入电电网充充电在得出上述结论论论后，我我们小小组发现现该结结论“为40%的用户提提供供电动车车充电电”的实现必必须须有“小于15%的电动车车用用户选择择快充充模式”的前提，因因因此我们们重新新修订软软件流流程，对对于选选择快充充模式式的用户户，当当前期快快充模模式用户户超过过15%时，自动动禁禁止用户户充电电，按PDCA小循环对对装装置修改改和检检查，最最终实实现无前前提的的“为40%的用户提提供供电动车车充电电”的目标。综综综上可知知，之之前确定定的“30%”的目标实实现现。图SEQ图\*ARABIC32PPDDCA小循循环实施过过程程图现场验证：通过过过仿真测测试及及对软件件的反反复修改改后，我我们在小小区进进行了电电动汽汽车充电电桩的的现场实实际运运行测试试及功功能验证证。现现场安装装及运运行如图图333、图34所示图SEQ图\*ARABIC33充电桩桩端端模块的安装图SEQ图\*ARABIC34电能表表端端控制器的安装通过仿真实验验验验证，现现场实实际运行行测试试及功能能验证证，均实实现了了“为小区用用户40%负荷提供供电电动车充充电”的目标。活活动动前、活动动后后及目标标值对对比如图所示。综上可知，之前前前确定的“小区用户30%负荷”的目标实实现现。投入的费用：表22费用统统统计表费用项目设计费用外委加工费用调试测试费详细清单1、结构图纸、加加加工图纸纸设计计及绘制制。2、电路图纸包包包括原理图图纸纸、印制制电路路板图纸纸设计计及绘制制。电路板的生产、元元器件购买等等本次QC共生产产了3套套，费用约约1500元。1、电路板焊接接接、调试；；2、现场测测试试，基本本由本本QC团队成员员完完成，费费用约约900元；单套平均价格200500元300合计1000元/套套套本QC项目研制制的控控制装置置，成本本约为为1000元/套。批量量生生产成本本约为为500~~6600元/套。节约的变压器增增增容投资资费：：变压器器总装装接容量*40%%*增容投资资单单价（kVA/元）。新增负荷增收电电电费：新新增负负荷（kW.h）*电价（kW.hh/元）无形效益：（1）解决了小小区区负荷接近近近额定容容量时时，不能能安装装充电桩桩