电动汽车充电控制装置研制.doc

附件2： 优秀QC小组申报表QC小组名称冰天飞龙QC1小组单位名称国网重庆市电力公司技能培训中心通讯地址重庆九龙坡区黄桷坪电力五村50号邮政编码400053联 系 人青志明联系部门电话（加区号）023-68063269手 机18983629198专业类别供用电小组人数16人小组成员姓名青志明、傅望、张宏艳、龙漪澜、敬勇、秦燕、胡军毅、乐宗明、喻桂林、周飞、李杨、敖晓宇、刘克恒、谢焰、杨彬、周士围QC小组简介： 冰天飞龙QC1小组，由国网重庆市电力公司技能培训中心技术专家青志明牵头，带领近几年新进大学生、在重庆市电力公司专业部室和基层单相关专家和技术能手支撑下，每年根据具体项目特点，确定项目小组人员及分工。小组致力于服务培训现场、培养创新人才。在各级领导指导、支持和帮助下，近几年连续获得诸多殊荣，受到各级领导的充分肯定和基层单位的一致好评。小组获奖情况：2010年2015年，连续六年获得“中国水电行业协会优秀QC小组”荣誉称号。2011年，获得重庆市电力公司职工技术创新优秀成果“一等奖”。2012年，获得重庆市QC成果“二等奖”。2013年，获得重庆市QC成果“最佳创新成果奖”。2014年，获得重庆市电力行业QC成果“一等奖”。2015年，获得重庆市QC成果“一等奖”；重庆市电力行业QC成果“一等奖”；全国电力职工优秀成果“三等奖”；“中国水电行业协会优秀QC小组”称号等荣誉。2016年，获得重庆市QC成果“一等奖”；重庆市电力行业QC成果“二等奖”；中国水电质量协会QC成果“二等奖”；中国质量协会“全国优秀QC质量管理小组”称号。主要活动过程与效果：小组严格按照QC活动流程，针对电动汽车建设充电桩困难和无序状态下充电加重台区电网峰谷差为问题出发点，逐步研究分析，确定课题，制定总方案，细化子方案，综合分析，确定最优方案，量化细化对策表，逐步实施，完成预期目标，对成果进行了标准化和巩固。电动汽车充电控制装置研制是基于大数据理论，通过台区用电信息采集系统的电网负荷状态与电动汽车电池状态信息的采集、结合用户充电方式选择需求进行综合分析，来控制电池的充电行为。在用电低谷时，鼓励电动汽车依据电池电量依次排队逐步接入充电；而在用电峰时，除非用户要求快速充电完成，建议不进行充电，尽量不为电网增添负担。从而实现了台区变压器不增容情况下，也能为电动汽车提供一定的充电负荷的思路，解决了电动汽车的推广应用中最为迫切与急需解决的两大主要问题：1、高峰时段，小区容量无法满足电动车充电负荷需求，居民自有充电桩建设困难。2、电动汽车充电负荷无序接入加重电网的峰谷差危及电网安全。从而为现阶段电动汽车的大力发展找到了一种低成本的技术方法。在2016年8月18日以后，又依据中质协最新发布的TCAQ102012016质量管理小组活动准则，对活动过程进行了对照检查。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（创新型课题）国网重庆市电力公司QC成果申报材料课题名称：电动汽车充电控制装置研制国网重庆市电力公司技能培训中心冰天飞龙QC1小组2017年2月4电动汽车充电控制装置研制冰天飞龙QC1小组一、小组概况（3号黑体） 小组名称国网重庆市电力公司技能培训中心冰天飞龙QC1小组活动课题名称电动汽车充电控制装置研制注册时间2016年3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术总负责傅 望男研究生副组长控制电路设计、论文及QC报告撰写张宏艳女研究生组员报告、专利、论文撰写龙漪澜女研究生组员子方案功能设计及QC发布敬勇男研究生指导督导（指导）重大事项决策秦 燕女研究生指导督导（指导）重大事项决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样品功能测试喻桂林男本科组员现场数据收集及功能测试周 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方案评价刘克恒男本科组员子方案功能设计谢 焰女研究生组员QC发布指导及文字撰写杨 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，获得“全国优秀质量管理小组”荣誉称号；获得重庆市八部委授予的QC成果“一等奖”和“二等奖”。2010年2015年，连续六年获得“中国水电行业协会优秀QC小组”荣誉称号。2011年，获得重庆市电力公司职工技术创新优秀成果“一等奖”。2012年，获得重庆市QC成果“二等奖”。2013年，获得重庆市QC成果“最佳创新成果奖”。2014年，获得重庆市电力行业QC成果“一等奖”。2015年，获得重庆市QC成果“一等奖”；重庆市电力行业QC成果“一等奖”；全国电力职工优秀成果“三等奖”；“中国水电行业协会优秀QC小组”称号等荣誉。2016年，获得重庆市QC成果“一等奖”；重庆市电力行业QC成果“二等奖”；中国水电质量协会QC成果“二等奖”；中国质量协会“全国优秀QC质量管理小组”称号。二、选择课题2.1问题提出电动汽车是我国七大战略性新兴产业之一，电动汽车的快速发展是节能减排及可持续发展的需要，按照节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020）到2020年电动汽车累计产销量将超过500万辆。而在2016年末，市场统计电动汽车约109.02万辆，而充电桩仅有23万个，车桩比（电动汽车数量/充电桩数量）为4.74，也就是说平均4.74个电动汽车才配置1个充电桩。随着电动汽车产业的迅速发展，电动汽车预计将在3年内大规模进入家用市场，按照能源局2017年能源工作指导意见明确提出了年内建成90万个充电桩（公共10万个，私人80万个），2020年将达到480万个，急速新增的充电桩必将带来一系列问题。其中以下问题是最为迫切与急需解决的主要问题： 图 1车桩比现状和2020年目标图 2 计划建桩图问题一：高峰时段，小区容量无法满足电动车充电负荷需求，居民自有充电桩建设困难。问题二：电动汽车充电负荷无序接入加重电网的峰谷差危及电网安全。2.2调查分析我们通过对20个变压器容量为1000KVA的小区的调查，由下面表1中的实际调研数据可知，最大负荷一般为变压器标称容量的60-70%，部分小区最大负荷达到时容量的86.2%。考虑到变压器的安全、稳定与经济运行，通常小区峰值负荷达到变压器7080%容量，即视为满负荷。那么在台区变压器增容困难的大背景下，能满足台区内多少用户配置电动汽车呢？依据相关数据综合分析，预计三年后，随着小区入住率及家庭用电负荷的增加，各小区的平均峰值负荷达到变压器75%容量，剩余5%的余量，能满足小区用户5%负荷的电动车充电需求。图 3 2020年小区峰值剩余容量表 1 台区负荷调查表台区名称台区总户数台区容量KVA峰谷差最大最小电网_10kVPAYY公配1#变6001000577.26 862.11 284.85 电网_MHJ2#公配1#变6701000471.33 725.55 254.22 电网_10kVWDS配电室2#变3391000457.56 652.23 194.67 电网_10kVXXL.DY公用配电房1#变2691000457.56 659.22 201.66 电网_LYKC3#配2#变4631000454.80 750.54 295.74 电网_10kVYMHT公配1#变3561000449.61 650.46 200.85 电网_ZJHX3#配1#公用变4631000436.80 672.75 235.95 电网_10kVDCHY公用配电房3#3821000433.80 621.45 187.65 电网_10kVDSTY2#配电室2#变2161000432.24 668.73 236.49 电网_10kVJYXSJ2#配电室1#变3381000424.23 642.12 217.89 电网_LYKC3#配1#变2541000412.50 605.64 193.14 电网_10kVDSTY2#配电室1#变2101000408.78 634.77 225.99 电网_10kVJQBA1#配电房1#变4011000392.10 568.32 176.22 电网_10kVYGSC一期公用配电房1#变4411000386.56 641.04 254.48 电网_JWGJ2#配1#变4591000386.24 604.76 218.52 电网_SJC3#配1#变4151000377.85 684.93 307.08 电网_SXYJ2#配2#变5161000376.74 541.11 164.37 电网_10kVYGSC一期公用配电房2#变4151000372.24 686.12 313.88 电网_10kVJDHY公用配电房2#变4291000367.68 540.42 172.74 电网_10kVDSSS公用配电房1#3261000 366.57 525.18 158.61 定义：负荷峰谷差=负荷峰值-负荷谷值平均值：650kW图 4 小区负荷峰谷差分布图图 5 小区负荷峰值概率分布图由上图可知：约75%的小区负荷峰谷差为400-500KW，约30%的小区负荷峰谷差为300-400KW，约15%的小区负荷峰谷差为500-600KW，可见，小区的负荷峰谷差问题已经比较严重。通过上面的调查，为找到解决问题的办法，我们对形成问题的原因进行了分析：问题一：高峰时段，小区容量无法满足电动车充电负荷需求，居民自有充电桩建设困难。由于现阶段电动汽车行驶里程有限，居民主要用于上下班通勤用。通常是在下班回家后及到达单位停车场后进行充电，而居民自有充电桩因“小区富余容量不足”，不能大规模建设私人充电桩（变压器容量是依据现行小区负荷来设计，没有考虑将来大规模电动汽车接入的负荷需求，高峰时段，负荷最大值超过变压器承受能力，如图 6所示）。所以，居民自有充电桩建设困难。图 7小区日负荷变化曲线问题二：电动汽车充电负荷无序接入加重电网的峰谷差危及电网安全。基于大量实测数据的研究表明，由于电动汽车充电具有时间和空间上的不确定性，在没有调节控制情况下（自然充电状态），电动汽车的日充电负荷曲线与配网日负荷曲线具有一致性，如图7所示为电动汽车充电负荷曲线。在高渗透率情景下，大量电动汽车接入电网充电时，会使电网峰值负荷显著增加，从而加大电网的峰谷差。图8为无序用电对电力系统日负荷曲线的影响。电动汽车的无序接入不仅增加调峰容量需求，导致发电机组调峰困难，还可能导致电能质量下降、损耗增加甚至危及电网安全等众多问题。所以，电动汽车的有序充电显得尤为迫切和重要。图 8电动汽车充电负荷曲线图 9 无序用电对电网日负荷曲线的影响综上所述，我们可以看出：小区富余容量有限，无法满足大量增加的电动车充电负荷需求，是造成居民自有充电桩建设困难的主要原因；同时，当大量电动汽车充电负荷无序接入时，会加大电网的峰谷差，给电网的安全、稳定、经济运行造成极大的危害。 2.3确定课题通过上述分析可知，为解决电动汽车快速发展的瓶颈，那么就要解决电动汽车自有充电桩的建设问题和对电网负荷的负面影响。因而我们需要开发一套控制装置，既可以解决电动汽车的充电问题，使其有序有电，又可帮助电网削峰填谷，提高电网安全稳定运行能力。为确保本课题的质量，为借鉴先进的技术，我们委托“科学技术部西南信息中心查新中心”进行相关内容的查新。结论是：“在所检文献范围及时限内，国内外未见文献报道。”图 10 科技查新报告因而，我们将课题定为：电动汽车充电控制装置研制。三、确定目标3.1 目标值背景研制的电动汽车充电控制装置，应能解决以下问题：1、在小区变压器富余容量有限的情况下，就可满足部分用户的电动车充电负荷需求，使小区不增容也能实现居民自有充电桩建设2、将大量电动汽车充电负荷由无序接入变为有序接入，尽可能减少电网的峰谷差，确保电网的安全、稳定与经济运行。3.2目标值的量化改进前：能满足5%用户配置电动汽车。（只能让5%的用户建设电动车充电桩） 改进后：能满足30%用户配置电动汽车（能让30%的用户建设电动车充电桩）。图 11 设定目标3.3目标值可行性分析图 12 对日负荷曲线进行削峰填谷的示意图小区50%用户配置电动汽车后，若无序用电，会超出变压器能承受的最大值，超出部分功率为： A超出部分=（P日常+P电动车）-P峰； （P总P峰）A填谷空间=（P 60% -(P日常+P电动车）； （P总0当A填谷空间-A超出部分0时，说明理论上，只要控制得力，可以实现小区50%用户配置电动汽车，但是由于所有电动车不可能按照电网最优所需要的模式进行充电，考虑40%的余量，仍能满足30%用户配置电动汽车，此方案理论可行。同时，针对这一课题目标的完成，我们对小组成员的能力进行了分析，小组中研究生达到53%，小组成员有国网公司技术专家、电力行业技术能手、营销专家以及QC骨干等，有着丰富的理论知识和现场实践经验，确保了我们课题的顺利实施以及设定目标的实现。四、提出方案并选择最佳方案4.1 提出各种可行性总方案并确定最佳总方案4.1.1提出总方案针对上述提出的问题，小组成员召开会议，讨论如何解决电网峰谷差大和电动车无序充电，运用头脑风暴法，让大家畅所欲言提出各种解决方案，共收集方案12条，见表2。表 2 运用头脑风暴法收集的方案序号方案序号方案1蓄电池高峰储能7设置用户放电模式2蓄电池低谷放电8换电池充电3程序控制充电顺序9设置用户充电模式4程序控制放电顺序10负控限电5电动车高峰储能11用户需求侧响应6电动车低谷放电12实行峰谷电价差从收集的12条建议来看，有促进电网削峰填谷，有促进电动汽车有序充电、促进电动汽车有序放电的各种方案。接下来我们利用亲和图进行整理、归纳如图12所示。图 13 亲和图从亲和图中可以看出，要解决电动车无序接入后，高峰时段变压器容量不足和加大电网锋谷差的问题，需要对电网进行削峰填谷、对电动汽车进行有序充电控制和有序放电控制。考虑到政策、实施难易等因素，我们对上述方案进行重组分析，最终得到如下三个总方案：方案一：利用蓄电池储能进行削峰填谷。该方案对每户都采用有序充电控制策略，在用电低谷时鼓励电动汽车电池和蓄电池充电，且根据电池的状态不同进行排序，依次下发充电指令；而在用电高峰时，可以利用蓄电池放电，供电动汽车充电使用。这种方案能利用蓄电池的容量进行削峰填谷。方案二：分户采用有序充放电控制。在用电低谷时，对电动汽车进行充电，同样根据电池的状态进行排序充电；而在用电高峰时，控制电动汽车不充电，对电量充足的电动车，进行逆变控制，回馈电网。方案三：分台区对各充电桩（交流）采用有序充电控制。该方案对台区负荷、电动汽车的电池状态及车主充电请求进行综合分析，应用有序用电的思想，在用电低谷时，鼓励对电动汽车进行充电，同样根据电池的状态及车主充电请求进行排序充电；而在用电高峰时，通过控制手段建议电动汽车不充电。4.1.2选择最佳总方案本QC小组成员在2016年3月-4月期间，对上述三种总方案从经济性、技术可行性、实施难度等方面进行了综合评估。表 3 最佳总方案选择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制增加了蓄电池硬件成本；4.55万蓄电池需要专人巡检和运维；可行不选方案二电动汽车充放电控制增加了逆变器硬件和运维成本；2万逆变器不稳定因素较多可行不选方案三电动汽车充电控制0.75万元控制量少；易于实现可行选定 假设为三个充电桩提供控制装置，上述三种方案经济性分析如下：表 4 三种方案经济性分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方案一蓄电池增加了硬件成本，控制量较多，且蓄电池需要专人巡检和运维。方案二将电动汽车的电池作为储能单元，能解决削峰的问题，但是逆变器增加硬件、运维成本，不安全、不稳定因素增多。综上，方案一方案二投入产出比低，不选用。表 5 三种方案投入产出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 14 投入产出比图方案三成本低，控制量少，容易实现，虽然只有“填谷”，没有“削峰”，但是，尽量不在高峰负荷阶段使用电动车充电，本身不给电网增加负担，就是变向进行“削峰“，和方案一二比较，虽然能提供的充电桩数量略少，但也能满足要求，且综合投入产出是方案一5倍，是方案二的2.6倍，综合比较，该方案的可行性最高，因此采用方案三。4.2提出各种可行性子方案并确定最佳方案针对总方案进行细化：开发带有能依据台区用电负荷信息和电动汽车电池信息、用户充电需求信息综合分析的，电动车充电控制装置。我们将其分成三个部分进行方案优化，分别是“集中分析控制模块、采集通讯模块以及信号处理分模块”。图 15 总方案系统图根据总方案系统图可以看出，我们要确定的子方案内容如下：图 16 子方案确定下面将分别就这三个模块进行子方案的确定。4.2.1集中控制模块方案选择集中控制模块主要从两个方面进行子方案的选择，如图16所示，一是控制模式的选择，二是控制器的选择。图 17集中控制模块方案确定（1）控制模式（软件）方案一：定时自动控制：依据电网过去负荷出现 “尖、峰、平、谷”时间的历史数据，预先编制好控制软件进行电动汽车充放电的定时自动控制（“平、谷”时充电，峰时停止）。主要特点：易实施，用户成本较低；用户使用不灵活；移峰填谷的效果不明显，当用户定时相同时，可能把“平”变成“峰”对电网造成冲击。方案二：手动控制：依据电网“尖、峰、平、谷”负荷的实时参数，通过控制中心给用户发短信的方式，由用户根据自身需要，进行电动汽车充放电的手动控制（“平、谷”时充电，峰时停止，谷时逆变放电）。主要特点：易实施，用户成本低；用户使用不方便；控制效果不确定，移峰填谷的效果不明显，当用户同时充电时，可能把“平”变成“峰”对电网造成冲击。方案三：实时自动控制：依据电网“尖、峰、平、谷”负荷的实时参数，进行电动汽车充放电的实时自动控制（“平、谷”时充电，峰时停止）。主要特点：实施难度较大，用户成本低；用户使用方便；控制效果确定，移峰填谷的效果明显，可有序控制用户充电时间。能确保对电网安全、稳定、经济运行。图 18控制模式方案确定表6 控制模式（软件）选择比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、使用便捷性、电网安全性和经济性性去考虑，方案三除技术难度较大以外，其它指标均是最优的。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，难度较小重新开发，难度小重新开发，难度大电网安全性0.5较好差好电网经济性0.3较好差好主要从用户成本、使用便捷性、电网安全性和经济性性去考虑，方案三除技术难度较大以外，其它指标均是最优的。故选择方案三。（2）硬件控制器方案一：分离元件电路：采用晶体管、TTL、CMOS通用功能集成电路来搭控制电路。主要特点：易实施，成本低；电路功能改变不便；可靠性不高，技术难度高，功能少。方案二：PLC： 采用工业级PLC。主要特点：易实施，成本高；电路功能改变方便；可靠性高，技术难度较低，功能多。方案三：单片机：采用工业级单片机。主要特点：易实施，成本低；电路功能改变方便；可靠性高，技术难度较高，功能多。表7 硬件控制器选择比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、可靠率、功能完整性去考虑，方案三最优。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、可靠率、功能完整性去考虑，方案三最优。故选择方案三。图 19硬件控制器方案确定得到集中控制模块的子方案确定为：图 20集中控制方案4.4.2信号处理分模块实现方式选择信号处理分模块安装在各电动汽车充电桩内，它是充电桩与控制中心的中间接口。其作用包括二个方面：一是将充电桩通过充电线缆采集到的电池状态信息和用户充电模式需求信息进行转换，待控制中心采集。二是将控制中心下发的充电指令进行信号转换，发送至充电桩充电开关。图 21信号处理模块方案确定（1）电池状态量采集内容选择方案一：只采集电池电量信息。方案二：采集电池电量、电压、电流、温度信息。表8 电池状态量采集的选择比较表方案评价因素只采集电量采集电量、电压、电流、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与网络速率有关数据量14图 22电池信息方案确定方案一与方案二对比，在可靠性与成功率、以及数据传输速率等方面基本没有差异。而方案二在没有增加成本的基础上，多采集了电池的电压、电流、温度信息，有利于准确分析电池的状态。（2）用户充电需求模式选择方案一：用户选择充电模式（用户可以选择最快充满模式、智能充电模式、节约模式）。最快充满模式：除“尖”时段外，其余时间不执行控制中心指令，连接充电桩后立即进行充电。智能充电模式：完全执行控制中心充电指令，高峰时不充电，平谷段先给电量少的电动车充电。综合电价及用车需求。节约模式：假设实行分时电价，用电高峰充电贵，用电低谷充电便宜。该模式下，高峰时不充电，平谷段先给其他电动车充电，尽量安排在用电低谷时充电。只考虑经济性。方案二：智能充电模式。表9用户充电需求模式选择评价因素方案方案一用户选择模式方案二智能充电模式方案选择削峰填谷效率50-80%，具体效率受到用户习惯影响100%选择方案一用户满意度100%20-50%，具体效果由用户习惯决定电网满意度50-80%，具体效果由用户习惯决定100%图 23充电模式确定方案一与方案二的实质为，充电模式是以用户为中心还是以电网为中心，考虑到电网的服务特性，选择方案一，由用户进行充电模式选择，虽然削峰填谷的效果达不到理论最佳状态，但是具有合理性和实际推广价值。因此信号处理模块的方案确定为：图 24信号处理模块方案确定4.2.3信息通讯模块方案选择电动汽车充电装置的研制中，信息采集与通讯模块的主要功能有两个方面：一是电动车充电桩侧（信号处理分模块）与控制中心（集中分析控制模块）间数据交换。具体包括集中分析控制模块采集的电池信息和用户充电需求信息、集中分析控制模块下发至充电桩的充电指令。（特别说明，充电桩内安装信号处理分模块，该模块通过充电线缆与电动车电池之间形成数据交换，具体包括：电池电量信息，用户充电模式需求信息）二是台区负荷信息与控制中心（集中分析控制模块）间单向信息采集。具体为，集中分析控制模块采集台区整体用电负荷数据。因而信息通讯模块的子方案，主要分为控制中心与信息处理模块间的通讯（即充电桩侧）和控制中心与台区变压器之间（即变压器侧）的通讯。图 25 信息通讯模块方案确定（1）充电桩侧（信号处理分模块）与控制中心间数据交换方式选择。方案一：采用载波传输的方式。方案二：采用无线传输的方式（小无线、wifi等）。图 26充电桩侧通讯方案确定表10信号处理分模块与控制中心间数据交换方式选择评价因素方案载波无线有线方案选择是否需要架设网络否否是选择方案二传输距离500m0.31km1km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/户三种方案进行对比可以发现有线的方式虽然传输距离和可靠性都比较高，但是需要重新架设网络，投资费用很高，实施难度高不实用；载波的方式虽然不需要重新架设网络，但是因其传输性能受不同配电网及设备性质的不同，效果差别很大，可靠性不确定，也弃用；均衡各方面，采用无线的方式，它可以利用小无线、wifi等成熟技术，成本低、方便使用且传输速率和距离都能达到要求。（2）集中分析控制模块采集台区用电负荷数据的方式选择。方案一：分户电表处新建电流采集器，通过载波、无线、有线等外网方式将信号传回控制中心。方案二：台区用电信息采集系统485接口，采集台区整体负荷。图 27变压器侧通讯方案确定表11台区用电负荷数据采集方式选择评价因素方案分户采集外网上传用采系统内网485接口方案选择采集普及率95%99%方案一需增加采集装置与系统，且每户增加成本较大，额外增加维护与运营成本；而方案二利用已有的用电信息采集系统，不需额外增加成本，且采集成功率高，内网传输安全可靠。选择方案二采集成功率80%100%数据安全性外网传输，有风险内网传输，可靠系统维护额外增加维护用电信息采集系统的维护属于电网运营范畴，不需额外增加投资费用（元）100元/户0.5元/户通过对比可以发现，采用新建分户采集装置，再通过外网传输方式时，需要增加一套外网的采集系统，且采集普及率和成功率都无法得到保障，额外增加系统建设与运营成本；而方案二利用现有的用电信息采集系统并通过内网传输数据时，虽然只获得了台区整体负荷量，未得到分户用电信息，但是对于台区整体削峰填谷负荷平衡已完全足够，且不需要另外增加成本性费用，且采集普及率和成功率都很高，数据传输安全可靠，随着智能电网的建设，用电信息采集系统也在进一步的完善，其采集的普及率和成功率会得到进一步的提高。因此，我们选择了方案二：利用用电信息采集系统台区变压器电表485接口通过内网传输数据。依据各最优子方案确定最佳方案：图 28最优方案图依据最佳方案绘制出的系统原理示意图：图 29 系统原理示意图五、制定对策表12 对策表项目对策目标措施地点完成时间责任人1集中分析控制模块（软件部分）1、依据控制策略编写控制软件。软件测试控制策略成功率达99.9%。1、依据电网“尖、峰、平、谷”负荷的实时参数及电动汽车电池状态参数，进行电动汽车充放电的实时自动控制策略制定；2、绘制控制策略表；3、依据控制策略绘制软件流程图；4、编写控制软件。青志明创新工作室2016年4月傅 望青志明龙漪澜2集中分析控制模块（硬件部分）1、 与控制软件进行联合调试。测试成功率为100%。1、依据控制策略进行电路图设计；2、按照电路图进行PCB板设计并加工；1 按照电路图进行PCB板元件焊接及调试。青志明创新工作室2016年56月青志明傅 望周飞3电池信息采集信号处理1、电池状态信息采集准确率99.9%2、采集时间小于2s1、绘制电路图；2、按照电路图进行PCB板设计并加工；3、对电池状态采集成功率和采集时间进行测试。青志明创新工作室2016年67月张宏艳乐宗明敖晓宇4用户三种选择模式及信号处理1、电路测试，输入显示一致率100%。1、软件流程图，程序设计2、信号编码电路设计与实现；青志明创新工作室2016年8月青志明傅望张宏艳刘克恒谢焰杨彬5无线通信实现与充电桩间数据交换1、采集电池状态信息，采集用户充电模式信号成功率99.9%2、下发充电指令成功率99.9%1、按照电路图完成PCB板，完成焊接，与调试。2、测试是否具备能成功接收和发出指令。 青志明创新工作室（PCB委外加工）2016年9月傅 望青志明6采集台区用电信息系统负荷信息1、台区用电信息采集成功率达到为100%。1485接口采集信号硬件设计与调试。2测试采集成功率是否为100%。青志明创新工作室2016年10月张宏艳刘克恒杨彬7综合测试1、能按照不同用户需求模式，综合分析台区负荷状态，对所需充电桩发送充电信号，测试充电信号与软件控制策略一致率达到100%。1、分别测试，节约模式，智能模式，快充模式是否能正常发送充电信号。2、测试充电信号与软件控制策略一致率青志明创新工作室2016年10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：集中分析控制模块（软件部分）控制处理模块主要由控制中心MCU构成，主要功能是针对采集的台区用电负荷信息、电池状态信息和用户充电需求模式，并且通过逻辑判断输出控制命令，再通过通讯和信号处理模块，将控制命令下发至终端。输入：电网信息（尖、峰、平、谷）、电池电量、充电模式（智能模式、节约模式、快充模式）输出：电网负荷“尖”时段：找到该区域快充模式、智能模式、节能模式（电价优惠）需求的电动车，下发停止充电指令。电网负荷“峰”时段：找到该区域智能模式、节能模式（电价优惠）需求的电动车，下发停止充电指令。电网负荷“平”时段：1）找到该区域节能模式需求的电动车，下发停止充电指令； 2）找到该区域智能模式需求的电动车，根据电池电量进行排序，当电池电量大于80%时，下发停止充电模式，当电池电量小于50-80%时，对电动车进行排序，电量少的排序靠前，下发充电指令。对电池电量小于50%时电动车，下发充电指令。电网负荷“谷”时段：找到该区域节能模式和智能模式电动车，下发充电指令。根据设计方案，本设计使用编程软件Keil uVision3，使用C语言进行编程，使用protues 7 professional进行仿真，并且使用单片机开发板对程序进行实现，进而实现最终目的。表13对策一目标检查测试表控制策略成功率目标值测试值99.9%100%结论：通过数据测试，得到控制策略成功率达100%，实现对策目标。6.2对策二：集中分析控制模块（硬件部分）由三部分组成。分别为下端的输入输出板块，上端的单片机板块和通信板块，以脚针插接构成一体，输入输出板块由输出电压直流12V的储能模块通过直流升压器供电，电压为24V。单片机板块由输入输出板块供电，电压为直流5V，如图30所示：图 30 MCU组成结构图图 31 MCU实物图MCU的核心为STM32-M3单片机。STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。32bit的STM32单片机相较于8bit的C8051单片机，运算处理速度更快，外围接口更加丰富。哈佛结构的STM32单片机在性能上远远领先于冯诺依曼结构的51单片机。因此，采用STM32-M3系列单片机作为可编程用电仿真柜的控制核心，完全能够流畅地与电脑进行交汇数据，运行程序和自动化运行控制。MCU既是用于对采集上来的台区负荷信息、电池电量及车主充电需求信息进行处理，按照约定协议进行数据的编译，通过无线、485接口进入信息采集控制通道，又是对接收到的数据按照约定协议进行解析，输出充电控制信号。表14对策二目标检查测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：测试成功率达100%，实现对策目标。6.3对策三：电池信息采集信号处理完成采集电路的设计，其设