PL248511B1 - Electric vehicle charging station and autonomous system and method for adapting the operation of electric vehicle charging stations to the conditions prevailing in the power grid - Google Patents
Electric vehicle charging station and autonomous system and method for adapting the operation of electric vehicle charging stations to the conditions prevailing in the power gridInfo
- Publication number
- PL248511B1 PL248511B1 PL440997A PL44099722A PL248511B1 PL 248511 B1 PL248511 B1 PL 248511B1 PL 440997 A PL440997 A PL 440997A PL 44099722 A PL44099722 A PL 44099722A PL 248511 B1 PL248511 B1 PL 248511B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- charging
- network circuit
- network
- module
- charging station
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
- Y02T90/12—Electric charging stations
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest stacja ładowania (CS) pojazdów elektrycznych oraz autonomiczny system (100) i sposób dostosowywania działania stacji ładowania (CS) pojazdów elektrycznych do warunków panujących w sieci energetycznej, w szczególności ze szczególnym uwzględnieniem charakterystyki sieci oświetleniowej. Stacja ładowania (CS) posiada co najmniej jeden autonomiczny układ sterujący (ACS), który to układ zawiera współpracujące ze sobą moduł komunikacji, moduł sterowania ładowaniem, moduł bazy danych oraz moduł predykcji, przy czym moduł predykcji przeznaczony do wykrywania i przewidywania obciążeń i zakłóceń w obwodzie sieciowym (NC) na podstawie danych historycznych i/lub wygenerowanych modeli statystycznych i/lub systemu regułowego jest połączony z modułem komunikacji realizującym transmisję danych pomiędzy urządzeniami/odbiornikami podłączonymi do obwodu sieciowego (NC), przy czym moduł komunikacji jest sprzężony z modułem bazy danych przeznaczonym do przechowywania parametrów stanu pracy wspomnianych urządzeń/odbiorników podłączonych do obwodu sieciowego (NC) oraz z modułem sterowania ładowaniem dostosowującym dynamicznie charakterystykę prądu ładowania pojazdu elektrycznego w stosunku do parametrów stanu pracy urządzeń/odbiorników podłączonych do obwodu sieciowego (NC).The subject of the application is a charging station (CS) for electric vehicles and an autonomous system (100) and a method for adapting the operation of a charging station (CS) for electric vehicles to the conditions prevailing in the power grid, in particular with particular emphasis on the characteristics of the lighting network. The charging station (CS) has at least one autonomous control system (ACS), which system comprises a communication module, a charging control module, a database module and a prediction module cooperating with each other, wherein the prediction module intended to detect and predict loads and disturbances in the network circuit (NC) on the basis of historical data and/or generated statistical models and/or a rule-based system is connected to a communication module carrying out data transmission between devices/receivers connected to the network circuit (NC), wherein the communication module is coupled to a database module intended to store parameters of the operating state of said devices/receivers connected to the network circuit (NC) and to a charging control module dynamically adjusting the characteristics of the charging current of the electric vehicle in relation to the parameters of the operating state of the devices/receivers connected to the network circuit (NC).
Description
DZIEDZINA WYNALAZKUFIELD OF INVENTION
Przedmiotem wynalazku jest stacja ładowania pojazdów elektrycznych oraz autonomiczny system i sposób dostosowywania działania stacji ładowania pojazdów elektrycznych do warunków panujących w sieci energetycznej, w szczególności ze szczególnym uwzględnieniem charakterystyki sieci oświetleniowej, pozwalający na dokonywanie predykcji jej działania oraz sterowania parametrami działania urządzeń w niej pracujących, ze szczególnym uwzględnieniem maksymalnej mocy przesyłowej obwodu w jakim pracują.The subject of the invention is an electric vehicle charging station and an autonomous system and method for adapting the operation of an electric vehicle charging station to the conditions prevailing in the power grid, in particular with particular emphasis on the characteristics of the lighting network, allowing for the prediction of its operation and control of the operating parameters of the devices operating therein, with particular emphasis on the maximum transmission power of the circuit in which they operate.
Niniejsze rozwiązanie według wynalazku dotyczy ogólnie szeroko rozum ianej dziedziny elektromobilności, która odnosi się zarówno do technicznych, jak i eksploatacyjnych aspektów dotyczących pojazdów elektrycznych, technologii oraz kluczowego aspektu infrastruktury ładowania pojazdów elektrycznych. Przedmiotowe rozwiązanie odnosi się zatem zarówno do zakresu mechatroniki i stanowi połączenie inżynierii mechanicznej, elektrycznej, komputerowej, w tym systemów informatycznych, służące do zaprojektowania i wytworzenia nowoczesnej stacji ładowania wraz z autonomicznym systemem i sposobem dostosowywania działania stacji ładowania do warunków panujących w sieci energetycznej, w szczególności ze szczególnym uwzględnieniem charakterystyki sieci oświetleniowej.This invention pertains to the broadly understood field of electromobility, which addresses both the technical and operational aspects of electric vehicles, technologies, and the key aspect of electric vehicle charging infrastructure. The present solution therefore addresses both the scope of mechatronics and combines mechanical, electrical, and computer engineering, including IT systems, to design and manufacture a modern charging station with an autonomous system and method for adapting the charging station's operation to the conditions prevailing in the power grid, with particular emphasis on the characteristics of the lighting network.
Przedmiotowe rozwiązanie zasadniczo dotyczy układu sterowania, który może być zamontowany w stacji ładowania i samej stacji ładowania, która dostosowuje parametry pracy, w tym maksymalny prąd ładowania pojazdu elektrycznego do warunków panujących w sieci energetycznej. Dodatkowo rozwiązanie według wynalazku zapewnia sterowanie zewnętrznymi zintegrowanymi z siecią energetyczną urządzeniami, ze szczególnym uwzględnieniem charakterystyki sieci oświetleniowej. Przykładowo, stosowanie opraw oświetleniowych wyposażonych w stosowne urządzenia pozwala, na przykład, ograniczyć zużycie energii elektrycznej, czyli pobieraną moc i tym samym umożliwić zwiększenie mocy ładowania pojazdu elektrycznego za pośrednictwem stacji ładowania według wynalazku przy jednoczesnym zwiększeniu punktów ładowania.The present solution essentially involves a control system that can be installed in the charging station and the charging station itself, which adjusts operating parameters, including the maximum charging current of the electric vehicle, to the conditions prevailing in the power grid. Additionally, the solution according to the invention provides control of external devices integrated with the power grid, with particular attention to the characteristics of the lighting network. For example, the use of lighting fixtures equipped with appropriate devices allows, for example, to reduce electricity consumption, i.e., the power consumed, and thus enables increased charging power of the electric vehicle via the charging station according to the invention, while simultaneously increasing the number of charging points.
Zasadniczo sterowanie elementami zewnętrznymi w układzie sterowania odbywa się na zasadzie włącz/wyłącz lub ustawienia trybu pracy urządzenia, przykładowo, poprzez redukcję poziomu strumienia świetlnego i mocy oprawy oświetleniowej, tak aby w przypadku przeciążenia sieci energetycznej (np. przy osiągnięciu granicznej mocy łącza) lub wykrycia innych problemów (np. zidentyfikowanie mocy biernej), odłączyć zbędne urządzenia od sieci energetycznej lub włączyć urządzenia do sieci energetycznej poprawiające jej jakość. Przykładem w przypadku problemów z mocą bierną może być zastosowanie kompensatora mocy biernej.Generally, external components in the control system are controlled by switching them on/off or by setting the device's operating mode, for example, by reducing the luminous flux and power of a lighting fixture. This allows, in the event of grid overload (e.g., when the connection power limit is reached) or other problems are detected (e.g., when reactive power is identified), unnecessary devices to be disconnected from the grid or devices to be connected to the grid to improve its quality. An example of this would be the use of a reactive power compensator in the case of reactive power problems.
Ponadto wynalazek ujmuje w swoim zakresie monitoring parametrów zewnętrznych i wewnętrznych przy udziale urządzenia monitorującego stan sieci wchodzącego w skład autonomicznego systemu według wynalazku, które to urządzenie jest przeznaczone do monitorowania aktualnych parametrów sieci energetycznej. Dodatkowo wynalazek obejmuje w swoim zakresie moduł predykcji wchodzącego w skład stacji ładowania według wynalazku, który to moduł jest przeznaczony z kolei do wykrywania i przewidywania obciążenia i zakłóceń w sieci energetycznej.Furthermore, the invention encompasses monitoring of external and internal parameters using a grid monitoring device included in the autonomous system according to the invention, which is designed to monitor current parameters of the power grid. Furthermore, the invention encompasses a prediction module included in the charging station according to the invention, which is designed to detect and predict load and disturbances in the power grid.
TŁO WYNALAZKUBACKGROUND OF THE INVENTION
Pojazdy o napędach alternatywnych lub wykorzystujące paliwa alternatywne stanowią istotny etap na drodze do mobilności zgodnej z zasadami zrównoważonego rozwoju. W raz z rozwojem elektromobilności, w szczególności z wykorzystywaniem pojazdów wyposażonych w napęd elektryczny, wzrasta zapotrzebowanie na infrastrukturę ładowania niezbędną do obsługi pojazdów tego typu, m.in. stacji ładowania. Pomimo rosnącej liczby publicznych punktów ładowania, ich ilość jest wciąż niewystarczająca. Ponieważ zapotrzebowanie na energię obecnie oraz w przyszłości będzie gwałtownie rosło, zjawisko niedoboru mocy stało się poważnym problemem. Dodatkowo problem nie dotyczy tylko i wyłącznie obszaru generowania energii, ale także ograniczeń jakie można dostrzec w istniejących już infrastrukturach energetycznych i wyzwań związanych z wykorzystaniem ich w sposób optymalny, bez realizacji kosztownych inwestycji mających na celu ich przebudowę.Vehicles with alternative drives or using alternative fuels are a crucial step towards sustainable mobility. With the development of electromobility, particularly the use of electric vehicles, there is a growing demand for the charging infrastructure necessary to support this type of vehicle, including charging stations. Despite the growing number of public charging points, their number is still insufficient. As energy demand continues to grow rapidly, and will continue to do so in the future, power shortages have become a serious problem. Furthermore, the problem concerns not only energy generation but also the limitations of existing energy infrastructures and the challenges associated with utilizing them optimally without costly investments in their reconstruction.
Zdecydowany rozwój elektromobilności dopiero się rozpoczyna i będzie trwał przez kolejne kilkanaście lat. Warto jednak zauważyć, że opłacalność wykorzystania pojazdów z tego typu napędem jest w dużej mierze zależna od dostępności odpowiedniej infrastruktury ładowania, na którą składają się m.in. stacje ładowania. To czynnik, który wpływa na wygodę poruszania się pojazdem elektrycznym, co z kolei ma spore znaczenie dla dynamiki dalszego rozwoju tego sektora. Regulacje środowiskowe wielu krajów, w tym Unii Europejskiej, mogą przyspieszyć konstrukcję wymaganej infrastruktury poprzez nałożenie na deweloperów i właścicieli budynków obowiązku instalacji stacji ładowania.The significant development of electromobility is just beginning and will continue for the next dozen or so years. It's worth noting, however, that the profitability of using vehicles with this type of drive is largely dependent on the availability of appropriate charging infrastructure, including charging stations. This factor influences the convenience of traveling with an electric vehicle, which in turn is of significant importance for the dynamics of the sector's further development. Environmental regulations in many countries, including the European Union, could accelerate the construction of the required infrastructure by requiring developers and building owners to install charging stations.
Z perspektywy rozwoju elektromobilności w Polsce rozbudowa ogólnodostępnej infrastruktury ładowania stanowi konieczność. O ile mieszkańcy budynków jednorodzinnych mogą w łatwy sposób uzupełniać energię w akumulatorach pojazdów elektrycznych ze zwykłego gniazdka, o tyle mieszkańcy budynków wielorodzinnych, nieposiadający prywatnych miejsc parkingowych, zazwyczaj nie dysponują taką możliwością, stąd kwestią priorytetową jest zapewnienie im komfortowego dostępu do stacji publicznych. W przyszłości liczba punktów ładowania powinna sięgać setek tysięcy tak, aby w praktycznie każdym miejscu można było naładować pojazd elektryczny z sieci energetycznej w tym również z sieci oświetleniowej co na ten moment rodzi wiele problemów technicznych.From the perspective of the development of electromobility in Poland, the expansion of publicly accessible charging infrastructure is essential. While residents of single-family homes can easily recharge their electric vehicle batteries from a standard outlet, residents of apartment buildings without private parking spaces typically lack this option, so providing them with convenient access to public charging stations is a priority. In the future, the number of charging points should reach hundreds of thousands, ensuring that electric vehicles can be charged from the power grid virtually anywhere, including the lighting network, which currently poses numerous technical challenges.
Jednym z głównych problemów spotykanym w infrastrukturze oświetleniowej jest wysoki prąd załączania, który w niektórych przypadkach może być kilkadziesiąt razy większy niż w przypadku prądu nominalnego. Zwiększony pobór prądu w przypadku opraw sodowych może trwać od kilku do kilkunastu minut. W takim przypadku, kiedy w obwodzie mamy włączoną stację ładowania według wynalazk u, to chcąc załączyć oświetlenie, obwód opraw oświetleniowych jest włączany sekwencyjnie. Dodatkowo przy włączaniu mogą być wyłączane inne odbiorniki przyłączone do sieci, w tym przypadku infrastruktury oświetleniowej (np. reklamy świetlne w postaci bilbordów, itp.), albo zostają zmniejszone parametry ładowania przy użyciu stacji ładowania według wynalazku. W taki sposób, aby nie została przekroczona dopuszczalna moc przyłącza.One of the main problems encountered in lighting infrastructure is high inrush current, which in some cases can be several dozen times greater than the nominal current. Increased current consumption in sodium-vapor luminaires can last from several to several minutes. In such a case, when the charging station according to the invention is connected in the circuit, the lighting circuit is switched on sequentially to turn on the lighting. Additionally, other loads connected to the network, in this case the lighting infrastructure (e.g., luminous advertising such as billboards, etc.), can be switched off during the switch-on process, or the charging parameters using the charging station according to the invention are reduced, ensuring that the permissible connection power is not exceeded.
Parametry stacji ładowania (tj. przykładowo, prąd ładowania) mogą być w pewien sposób ograniczone poprzez okres natężenia strumienia świecenia opraw oświetleniowych, jeśli wartość prądu pobieranego jest bliska wielkości granicznej maksymalnego prądu obwodu sieciowego. Zgodnie z aktualnymi przyjętymi normami w obszarze oświetlenia (m.in. CEN EN 13201, CIE 115, ANSEIES RP-8 i innymi) na intensywność świecenia wpływają parametry dynamiczne - zmieniające się w czasie. Przykładami takich parametrów dynamicznych są m.in.: poziom światła astralnego doświetlającego ulice, informacje o zaparkowanych samochodach, natężenie ruchu pojazdów, natężenie ruchu pieszych, warunki atmosferyczne, itp. Analizując te parametry dynamiczne możemy w oparciu o nie regulować intensywność świecenia tj. natężenie strumienia świecenia opraw oświetleniowych, co w rezultacie pozwala zmniejszać lub zwiększać pobór prądu poprzez wspomniane oprawy oświetleniowe i tym samym pozwala zwiększać lub zmniejszać wartości prądu ładowania pojazdów elektrycznych dla poszczególnych stacji ładowania według wynalazku. Przykładowo, jeśli droga jest oświetlana zgodnie z normą oświetleniową CEN EN 13201 -2:2015, i ma określoną klasą oświetleniową M2, czyli powinna być oświetlana światłem o minimalnym poziomie 1,5 cd/m2, zmiana ruchu (poniżej 65% maksymalnego możliwego ruchu na ulicy wielojezdniowej wg. CEN/TR 13201-1:2014) na mniejszy, daje możliwość zmiany klasy oświetleniowej z M2 na klasę M3, dla której minimalny poziom luminancji określony jest na 1 cd/m2. Istnieje więc możliwość redukcji strumienia i wygenerowanie oszczędności w granicach 30%. Dalsze obniżenie ruchu (poniżej 35% maksymalnego poziomu ruchu pojazdów na drodze) generuje dalsze oszczędności, wynoszące nawet 50%. W świetle powyższego istnieje potencjał do redukcji poboru prądu i możliwość zwiększenia prądu ładowania stacji ładowania według wynalazku.Charging station parameters (e.g., charging current) may be limited to some extent by the luminous flux intensity of the luminaires if the current drawn is close to the maximum current limit of the mains circuit. According to current standards in the lighting industry (including CEN EN 13201, CIE 115, ANSEIES RP-8, and others), luminous intensity is influenced by dynamic parameters that change over time. Examples of such dynamic parameters include: the level of ambient light illuminating the streets, information about parked cars, vehicle traffic volume, pedestrian traffic volume, weather conditions, etc. By analyzing these dynamic parameters, we can adjust the luminous flux intensity of the luminaires based on them, which in turn allows us to reduce or increase the current consumption of the luminaires and thus increase or decrease the electric vehicle charging current for individual charging stations according to the invention. For example, if a road is illuminated in accordance with the CEN EN 13201-2:2015 lighting standard and has a defined lighting class of M2, meaning it should be illuminated with a minimum light level of 1.5 cd/ m2 , a change in traffic (below 65% of the maximum possible traffic on a multi-lane road according to CEN/TR 13201-1:2014) to a lower level allows for a change in the lighting class from M2 to M3, for which the minimum luminance level is specified at 1 cd/ m2 . Therefore, it is possible to reduce the flux and generate savings of around 30%. Further reduction in traffic (below 35% of the maximum vehicle traffic level on the road) generates further savings of up to 50%. In light of the above, there is potential to reduce power consumption and increase the charging current of the charging station according to the invention.
Stacje ładowania, punkty ładowania stanowiące element infrastruktury ładowania drogowego transportu publicznego powinny spełniać przy tym wymagania techniczne i eksploatacyjne, zapewniające ich bezpieczne użytkowanie, w tym bezpieczne funkcjonowanie sieci elektroenergetycznych oraz dostęp do stacji ładowania.Charging stations and charging points that are part of the charging infrastructure for road public transport should meet technical and operational requirements ensuring their safe use, including the safe operation of electricity networks and access to charging stations.
OPIS STANU TECHNIKIDESCRIPTION OF THE STATE OF THE ART
W stanie techniki dostępnych jest wiele stacji ładowania oraz systemów i sposobów ładowania pojazdów elektrycznych przy użyciu stacji ładowania podpiętych do sieci energetycznej. Niemniej większość z tych rozwiązań nie uwzględnia w swoim aspekcie problemów związanych z przeciążeniem sieci energetycznej ze szczególnym uwzględnieniem charakterystyki sieci oświetleniowej ze względu na duże zapotrzebowanie na energię elektryczną podczas podpięcia do sieci dużej liczby pojazdów elektrycznych w celu ich naładowania w jednym czasie.The state of the art offers numerous charging stations, systems, and methods for charging electric vehicles using charging stations connected to the power grid. However, most of these solutions fail to address the issues associated with power grid overload, particularly the characteristics of the lighting network due to the high electricity demand associated with connecting a large number of electric vehicles to the grid for simultaneous charging.
Pod pojęciem stacji ładowania potocznie też określanej mianem ładowarki samochodowej rozumiemy urządzenie elektryczne służące do ładowania akumulatorów i innych pojazdów elektrycznych zasilanych prądem elektrycznym, wyposażonych w akumulator, gdzie energia elektryczna do stacji ładowania dostarczana jest z zewnętrznej sieci energetycznej. Stacja ładowania może pracować w jedno lub wielofazowych obwodach sieciowych. Pod pojęciem obwodu sieciowego rozumiemy jeden ze wspomnianych typów obwodu sieciowych (na przykład jedno-, dwu- lub trzyfazowy). Z kolei pod pojęciem pojazdu elektrycznego rozumiemy zarówno samochody osobowe, jak i ciężarowe, ale także mogą to być tzw. dwuślady takie, jak rowery elektryczne, motory czy też hulajnogi elektryczne, itp.A charging station, also commonly referred to as a car charger, is an electrical device used to charge batteries and other electric vehicles equipped with a battery, where the electricity to the charging station is supplied from an external power grid. A charging station can operate on single-phase or multi-phase mains circuits. A mains circuit is defined as one of the aforementioned mains circuit types (for example, single-, two-, or three-phase). An electric vehicle, in turn, includes both passenger cars and trucks, but can also include two-wheelers such as electric bicycles, motorcycles, electric scooters, etc.
W stanie techniki znane jest amerykańskie zgłoszenie patentowe nr US20190092182A1 pod tytułem „A system for efficient charging of distributed vehicle batteries”, w którym opisany jest system do wydajnego ładowania rozproszonych akumulatorów pojazdów, w którym każdy akumulator pojazdu posiada możliwość podłączenia do ładowarki akumulatorowej podłączonej do sieci energetycznej za pomocą przełącznika elektromechanicznego przełączającego sterownika akumulatorów komunikującego się z centrum sterowania systemu, przy czym centrum sterowania jest przystosowane do zapewnienia harmonogramu przełączania dla przełącznika elektromechanicznego odpowiedniego przełączającego sterownika akumulatorów na podstawie prognoz poboru mocy obliczonych przez wspomniane centrum sterowania dla przełączających sterowników akumulatorów w odpowiedzi na pomiary mocy zgłoszone przez przełączające sterowniki akumulatorów oraz na podstawie harmonogramu poboru mocy i/lub harmonogramu wytwarzania mocy zasobów energii wspomnianej sieci energetycznej. Przedmiotowy wynalazek ze stanu techniki mimo wszystko nie rozwiązuje problemu przeciążenia sieci energetycznej w czasie rzeczywistym, skupia się głównie na problemie braku zapewnienia energii do ładowania i uruchomienia dodatkowych zasobów, które mają ją dostarczyć. Dodatkowo sterowanie na podstawie harmonogramu całkowicie eliminuje zastosowanie go w sytuacjach, w których do obwodu są podpięte odbiorniki o mocy przewyższającej moc sieci, które pracują w sposób dynamiczny reagując na bieżące problemy.The prior art discloses U.S. Patent Application No. US20190092182A1 entitled "A System for Efficient Charging of Distributed Vehicle Batteries," which describes a system for efficiently charging distributed vehicle batteries, wherein each vehicle battery is capable of being connected to a battery charger connected to the power grid via an electromechanical switch of a switching battery controller communicating with a system control center, wherein the control center is adapted to provide a switching schedule for the electromechanical switch of the respective switching battery controller based on power consumption forecasts calculated by said control center for the switching battery controllers in response to power measurements reported by the switching battery controllers and based on a power consumption schedule and/or a power production schedule of the energy resources of said power grid. The prior art invention, however, does not solve the problem of real-time power grid overload; it primarily focuses on the problem of failure to provide energy for charging and to activate additional resources to provide it. Additionally, schedule-based control completely eliminates its use in situations where the circuit is connected to receivers with a power exceeding the power of the mains, which operate dynamically, reacting to current problems.
Znane jest także w stanie techniki amerykańskie zgłoszenie patentowe nr US20210101502A1 pod tytułem „Apparatus and methodfor predictingfailure of electric car charger” w którym opisane jest urządzenie i sposób przewidywania awarii ładowarek do samochodów elektrycznych. Rozwiązanie to wykorzystuje jako dane wejściowe środowisko wokół ładowarki do samochodów elektrycznych, wykorzystując technologię sztucznej inteligencji. Sposób działania urządzenia elektronicznego, który przewiduje awarię ładowarki do samochodu elektrycznego, może obejmować: pozyskiwanie danych z czujnika zmierzonych przez czujnik; pozyskiwanie informacji o obszarze pokazującym obszar pierwszej ładowarki do samochodu elektrycznego; pozyskiwanie informacji o pogodzie w momencie, w którym mierzono dane z czujników w obszarze; tworzenie modelu predykcji awarii w oparciu o sztuczną sieć neuronową; tworzenie danych uczenia; uczenie modelu przewidywania awarii na podstawie danych uczenia; tworzenie danych wejściowych; pozyskiwanie wyniku o stanie pracy pierwszej ładowarki do samochodu elektrycznego; oraz przewidywanie na podstawie wyniku możliwości awarii pierwszej ładowarki do samochodu elektrycznego. Ten z kolei wynalazek ze stanu techniki jest niewątpliwie użytecznym rozwiązaniem pod kątem przewidywania żywotności urządzeń, jednak sam wynalazek ze stanu techniki nie analizuje aspektów związanych z obciążeniem i negatywnymi zjawiskami (takimi jak moc bierna) panującymi w sieci, które nie wpływają na żywotność urządzenia. Tym samym przedmiotowe rozwiązanie nie ma zastosowania w sytuacji, w której zwiększa się ilość odbiorników, których moc przewyższa możliwości przesyłowe sieci.Also known in the art is U.S. patent application No. US20210101502A1 titled "Apparatus and method for predicting failure of electric car charger," which describes an apparatus and method for predicting failure of electric car chargers. This solution uses the environment around the electric car charger as input, using artificial intelligence technology. A method of operating an electronic device that predicts failure of an electric car charger may include: obtaining sensor data measured by a sensor; obtaining information about an area showing the area of a first electric car charger; obtaining weather information at the time the sensor data in the area was measured; creating a failure prediction model based on an artificial neural network; creating training data; training a failure prediction model based on the training data; creating input data; obtaining an output about the operating state of the first electric car charger; and predicting the possibility of failure of the first electric car charger based on the output. This prior art invention is undoubtedly a useful solution for predicting device lifespan. However, the prior art invention itself does not analyze aspects related to load and negative phenomena (such as reactive power) in the network, which do not affect device lifespan. Therefore, the present solution is not applicable in situations where the number of receivers increases, exceeding the network's transmission capacity.
Ponadto w stanie techniki znane jest chińskie zgłoszenie patentowe nr CN110271436A1 pod tytułem „Electric vehicle reservation charging control method and system”, w którym przedstawiony jest sposób i system sterowania rezerwacją ładowania pojazdów elektrycznych. W przedmiotowym rozwiązaniu opisano stację ładowania, która poprzez komunikację z pojazdem elektrycznym może oszacować czas ładowania pojazdu elektrycznego, a także zawiera w sobie system rezerwacji, jednakże przedmiotowe rozwiązanie opisuje skale mikro a nie makro. W przypadku podpięcia dużej liczby stacji ładowania do sieci energetycznej może dojść do problemów związanych z przeciążeniem tejże sieci, a także z problemem związanym ze sterowaniem tak, aby zapewnić optymalny pobór prądu. Opisane tutaj rozwiązanie nie analizuje zbiorczego wpływu na sieć energetyczną poprzez podpięcie dużej liczby stacji ładowania.Additionally, the prior art includes Chinese patent application No. CN110271436A1 titled "Electric vehicle reservation charging control method and system," which presents a method and system for controlling electric vehicle charging reservations. The present invention describes a charging station that, through communication with an electric vehicle, can estimate the charging time of an electric vehicle and also incorporates a reservation system. However, the present invention addresses micro, not macro, scales. Connecting a large number of charging stations to the power grid can lead to grid overload issues and control issues to ensure optimal power consumption. The solution described here does not analyze the collective impact on the power grid of connecting a large number of charging stations.
Znane jest także chińskie zgłoszenie patentowe nr CN105337324A1 pod tytułem „Intelligent charging strategy for controlling charging time of electric car”, w którym przedstawiona jest z kolei inteligentna strategia ładowania pojazdu elektrycznego, gdy pojazd elektryczny jest połączony z siecią dystrybucji energii elektrycznej. Urządzenie sterujące jest zainstalowane na zamontowanej w pojeździe ładowarce samochodu elektrycznego i służy do uzyskiwania informacji o ładowaniu pojazdu elektrycznego oraz sterowania rozpoczęciem/zatrzymaniem ładowania pojazdu elektrycznego. Ładowarka pojazdu elektrycznego jest połączona z siecią energetyczną za pośrednictwem gniazda. System zarządzania ładowaniem może uzyskiwać informacje o ładowaniu pojazdu elektrycznego i sterować czasem ładowania pojazdu elektrycznego za pośrednictwem urządzenia sterującego, a ponadto może uzyskiwać informacje o obciążeniu sieci energetycznej i inne informacje związane z pracą układu podczas połączenia z siecią energetyczną. System zarządzania ładowaniem przeprowadza operację optymalizacji, która nie tylko weryfikuje czasu użycia, ale również dostosowuje swoje parametry do tego, aby przedłużyć żywotność transformatora rozdzielczego, w szczególności optymalizuje rozpoczęcie/zakończenie ładowania pojazdu elektrycznego zmniejszając w ten sposób utratę żywotności transformatora rozdzielczego i koszty użytkownika. Niemniej przedmiotowe rozwiązanie podobnie jak wyżej opisane rozwiązanie również nie analizuje działania innych urządzeń w sieci energetycznej, ani integracji z innymi odbiornikami jak uliczne oprawy oświetleniowe.Chinese patent application No. CN105337324A1, titled "Intelligent charging strategy for controlling charging time of an electric car," is also known, which presents an intelligent charging strategy for an electric vehicle when the electric vehicle is connected to the electricity distribution network. A control device is installed on the vehicle-mounted electric vehicle charger and is used to obtain information about the electric vehicle's charging and control the start/stop of charging. The electric vehicle charger is connected to the power grid via a socket. The charging management system can obtain information about the electric vehicle's charging and control the electric vehicle's charging time via the control device. It can also obtain information about the power grid load and other information related to the system's operation while connected to the power grid. The charging management system performs an optimization operation that not only verifies the usage time but also adjusts its parameters to extend the service life of the distribution transformer. In particular, it optimizes the start/stop of electric vehicle charging, thereby reducing the loss of service life of the distribution transformer and user costs. However, the solution in question, like the solution described above, also does not analyze the operation of other devices in the power grid, nor integration with other receivers such as street lighting fixtures.
W stanie techniki znane jest także inne chińskie zgłoszenie patentowe nr CN106655421A1 pod tytułem „Multifunctional car charger” w którym ujawniona jest wielofunkcyjna ładowarka zawierająca w sobie zestaw filtrów i różnych jednostek ładowania, które pobierają energię do ładowania z panelu fotowoltaicznego, a nadmiar energii w przypadku nie wykorzystania oddają do sieci energetycznej. Niemniej przedmiotowe rozwiązanie nie rozwiązuje problemów związanych ze zmianą charakterystyki działania sieci energetycznej jak np. ze skokami poboru prądu, jakie możemy zaobserwować na przykład w sieci oświetleniowej podczas włączania całego obwodu świetlnego.Another Chinese patent application, No. CN106655421A1, titled "Multifunctional car charger," is also known in the art. It discloses a multifunctional charger containing a set of filters and various charging units that draw energy for charging from a photovoltaic panel and, when not in use, return any excess energy to the power grid. However, this solution does not solve problems related to changes in the operating characteristics of the power grid, such as spikes in current consumption, such as those observed in lighting networks when switching on an entire lighting circuit.
W przypadku sieci oświetleniowych, do których podłączona jest stacja ładowania, znane są w stanie techniki rozwiązania, które integrują stację ładowania ze słupem i innymi elementami umieszczonymi na niej, takimi jak panel fotowoltaiczny. Przykładem takiego rozwiązania ze stanu techniki jest chińskie zgłoszenie patentowe nr CN113154321A1 pod tytułem „Multifunctional street lamp system”, w którym ujawniono wielofunkcyjny system lamp ulicznych i ładowarki samochodowe, które są umieszczone na lampie ulicznej, dzięki czemu lampa uliczna ma wiele funkcji, a zasoby przestrzenne lampy ulicznej są efektywnie wykorzystywane. Niemniej rozwiązanie to skupia się na kwestii dostarczania energii do obwodu przez panel PV, nie rozwiązując problemów, które mogą się pojawić w przypadku grupy stacji ładowania podłączonych do sieci oświetleniowej. Ponadto nie ma on zastosowania do praktycznego rozwiązania opisanego problemu włączania oświetlenia, czy też pracy kilku stacji ładowania w sieci oświetleniowej, gdzie sumarycznie możliwe jest uzyskanie większego prądu niż pozwalają na to dopuszczalne parametry sieci oświetleniowej.In the case of lighting networks to which a charging station is connected, prior art solutions are known that integrate the charging station with a pole and other components placed on it, such as a photovoltaic panel. An example of such a prior art solution is Chinese patent application no. CN113154321A1 titled "Multifunctional street lamp system," which discloses a multifunctional street lamp and vehicle charger system mounted on a street lamp. This system allows the street lamp to perform multiple functions while efficiently utilizing the street lamp's space. However, this solution focuses on supplying power to the circuit via the PV panel, failing to address the issues that may arise when a group of charging stations are connected to the lighting network. Furthermore, it does not address the practical issue of switching on lighting or operating multiple charging stations in a lighting network, where the combined current can exceed the permissible parameters of the lighting network.
W końcu znane jest także chińskie zgłoszenie patentowe nr CN109560577A pod tytułem „ Control method and system for alternating current- direct current hybrid distributed renewable energy system ”, w którym przedstawiono sposób i układ sterowania hybrydowym rozproszonym systemem energii odnawialnej prądu przemiennego i prądu stałego. Niniejsze rozwiązanie opisuje proces i metodę ładowania z uwzględnieniem generatorów energii o mieszanej formule prądu zmiennego i stałego, wraz z akumulatorami samochodów elektrycznych, które przez technologie V2G mogą generować energię do sieci. Zasadniczo rozwiązanie skupia się na układzie, w którym mamy do czynienia z układem generowania energii z systemów odnawialnych i dostarczania ich do układu ładowania stacją, wprowadzając przy tym system zarządzania czujnikiem mikro-pojemnościowym (ang. micro-capacitance sensor management system - MCSMS) oraz czujnik mikro-pojemnościowy (ang. micro-capacitance sensor MCS). W przedłożonym stanie techniki mamy do czynienia z balansowaniem energią, a nie jak jest w rozwiązaniu według zastrzeganego wynalazku balansowanie konsumpcją mocy i parametrami jakościowymi.Finally, Chinese patent application No. CN109560577A, titled "Control method and system for alternating current - direct current hybrid distributed renewable energy system," is also known, presenting a method and control system for a hybrid distributed renewable energy system combining AC and DC. This solution describes the charging process and method, including mixed AC and DC generators, along with electric vehicle batteries that can generate energy for the grid using V2G technologies. The solution essentially focuses on a system that generates energy from renewable energy sources and delivers it to the charging station, introducing a micro-capacitance sensor management system (MCSMS) and a micro-capacitance sensor (MCS). The prior art describes energy balancing, not the balancing of power consumption and quality parameters, as in the solution according to the claimed invention.
Znane jest także chińskie zgłoszenie patentowe nr CN110979084A1 pod tytułem „Charging control method, system and device for electric vehicle charging station”, w którym przedstawiono sposób, system i urządzenie do sterowania ładowaniem dla stacji ładowania pojazdów elektrycznych. Sposób obejmuje: uzyskiwanie historycznych dobowych obciążeń transformatora i stacji, następnie na ich podstawie wyznacza się prognozy oraz plany dobowego obciążenia stacji. Moc ładowania jest sterowana zgodnie z planem, a równolegle monitoruje się rzeczywisty łączny pobór transformatora. Gdy pobór jest większy system redukuje obciążenie do drugiego progu (utworzonego wcześniej planu). Zasadniczo przedstawione rozwiązanie ze stanu techniki ma utrzymać pracę transformatora w granicach mocy znamionowej i umożliwić wykorzystanie jego rezerwy. Architektura obejmuje moduły: akwizycji danych obciążenia, prognozowania, aktywnego sterowania, oceny obciążenia oraz pasywnego sterowania.Chinese patent application No. CN110979084A1, titled "Charging control method, system, and device for electric vehicle charging station," presents a method, system, and device for controlling charging at an electric vehicle charging station. The method involves obtaining historical daily loads of the transformer and the station, then using these data to determine forecasts and daily load plans for the station. Charging power is controlled according to the plan, while simultaneously monitoring the actual total transformer consumption. When consumption exceeds the set limit, the system reduces the load to a second threshold (a pre-defined plan). Essentially, the presented prior art solution aims to maintain the transformer's operation within its rated power and enable the utilization of its reserve capacity. The architecture includes modules for load data acquisition, forecasting, active control, load evaluation, and passive control.
Przedmiotowe rozwiązanie prezentuje jednak odmienną metodę sterowania, która bazuje wyłącznie na statystykach obciążenia transformatora i stacji, a nie na potrzebach jakie pojawiają się w czasie rzeczywistym i czynników zewnętrznych, z treści można również wywnioskować że ograniczenie jest wspólne dla wielu punktów ładowania, czyli odmienne od przedmiotu według wynalazku, gdzie każdy z punktów ładowania może zażądać inną moc ładowania (w zależności od pojazdu). Dodatkowo nie obejmuje kwestii związanych z jakością pracy urządzeń w sieci.However, the present solution presents a different control method, based solely on transformer and station load statistics, rather than real-time demands or external factors. The content also suggests that the limitation is common to multiple charging points, which is different from the invention, where each charging point can request a different charging power (depending on the vehicle). Furthermore, it does not address issues related to the quality of network device operation.
Ponadto w stanie techniki znane jest także zgłoszenie międzynarodowe nr WO2013138781A1 pod tytułem „An electric vehicle charging station dynamically responding to power limit messages based on a recent history of power provided”, w którym przedstawiono metodę sterowania pojedynczą stacją ładowania, która opiera się na ograniczeniu procentowym mocy ładowania. Ograniczenie jest na podstawie próbek pomierzonych przez system i/lub instrukcji przekazywanych z zewnętrznego systemu. Zasadniczo rozwiązanie skupia się na metodzie procentowego ograniczenia mocy pracy stacji ładowania na podstawie komunikatów/instrukcji, które są przesyłane na bazie historii próbek dotyczących wyłącznie informacji o wartości zużytej mocy. W przedłożonym stanie techniki przedstawiono metodę, w której dane są pobierane przez czujnik i sterowane z jednego punktu, mowa o jednostce zewnętrznej w odróżnieniu od rozwiązania według wynalazku, gdzie mamy do czynienia z działaniem rozproszonym (każda stacja ładowania może przejąć funkcje zarządcze).Furthermore, the prior art also includes international application no. WO2013138781A1 titled "An electric vehicle charging station dynamically responding to power limit messages based on a recent history of power provided," which presents a method for controlling a single charging station based on a percentage limit on charging power. The limit is based on samples measured by the system and/or instructions transmitted from an external system. The solution essentially focuses on a method for limiting the charging station's operating power percentage based on messages/instructions transmitted based on a sample history of information solely regarding the value of power consumed. The prior art presents a method in which data is collected by a sensor and controlled from a single point, an external unit, unlike the solution according to the invention, which operates in a distributed manner (each charging station can assume management functions).
Stan techniki w zakresie stacji ładowania oraz systemów i sposobów ładowania pojazdów elektrycznych wskazuje na to, że brakuje rozwiązań, które dostosowują prace stacji ładowania do warunków panujących w sieci energetycznej. Wyżej opisane rozwiązania ze stanu techniki oraz szerzej rozwiązania dotyczące ładowania pojazdów elektrycznych, co jest nie bez znaczenia, skupiają się na wybranych elementach infrastruktury ładowania pojazdów elektrycznych, a w żaden sposób nie odnoszą się do podejścia całościowego. Znakomita większość rozwiązań w stanie techniki nie uwzględnia aspektów związanych z przeciążeniem sieci ze względu na duże zapotrzebowanie na energię w jednym czasie, a także optymalne wykorzystanie dostępnej mocy w sieci energetycznej, w szczególności ze szczególnym uwzględnieniem charakterystyki sieci oświetleniowej. W stanie techniki brak jest zatem komplementarnego rozwiązania dostosowującego prace stacji ładowania do warunków panujących w sieci energetycznej.The state of the art in charging stations and electric vehicle charging systems and methods indicates a lack of solutions that adapt charging station operation to the conditions prevailing in the power grid. The above-described prior art solutions, and more broadly, solutions for electric vehicle charging, significantly, focus on selected elements of the electric vehicle charging infrastructure and do not address a holistic approach. The vast majority of prior art solutions fail to address aspects related to grid congestion due to high simultaneous energy demand, or the optimal utilization of available power in the power grid, particularly with particular emphasis on the characteristics of the lighting network. Therefore, the state of the art lacks a complementary solution that adapts charging station operation to the conditions prevailing in the power grid.
Podkreślenia wymaga także fakt, że zastrzegane rozwiązanie według wynalazku w stosunku do stanu techniki jest rozwiązaniem bardziej uniwersalnym, w dużym stopniu bazującym na dostępnej infrastrukturze, przy zachowaniu relatywnie niskiej ceny w stosunku do rozwiązań dostępnych na rynku.It should also be emphasized that the claimed solution according to the invention is a more universal solution compared to the state of the art, largely based on the available infrastructure, while maintaining a relatively low price compared to solutions available on the market.
ISTOTA WYNALAZKUTHE ESSENCE OF THE INVENTION
Przedmiotem niniejszego wynalazku jest opracowanie całkowicie nowego rozwiązania w postaci stacji ładowania oraz autonomicznego systemu i sposobu dostosowywania działania stacji ładowania do warunków panujących w sieci energetycznej, w szczególności ze szczególnym uwzględnieniem charakterystyki sieci oświetleniowej, co pozwala na dokonywanie predykcji jej działania oraz sterowanie parametrami działania urządzeń/odbiorników w niej pracujących w czasie rzeczywistym, a w rezultacie przekłada się na zapewnienie odpowiedniej dostępności usługi ładowania przy relatywnie skróconym czasie ładowania i zarazem bezpieczeństwa obwodu sieciowego do którego podłączane są stacje ładowania.The subject of this invention is the development of a completely new solution in the form of a charging station and an autonomous system and method for adapting the operation of the charging station to the conditions prevailing in the power grid, in particular with particular emphasis on the characteristics of the lighting network, which allows for the prediction of its operation and the control of the operating parameters of devices/receivers operating in it in real time, and as a result translates into ensuring appropriate availability of the charging service with a relatively shortened charging time and at the same time the safety of the network circuit to which the charging stations are connected.
Przedmiotowe rozwiązanie według wynalazku ma zapewnić ponadto takie cechy oraz funkcjonalności jak:The present solution according to the invention is also intended to provide such features and functionalities as:
• Zabezpieczenie obwodu, w którym pracują stacje ładowania oraz inne urządzenia przed przeciążeniem i przekroczeniem dopuszczalnej mocy przyłącza obwodu;• Protection of the circuit in which charging stations and other devices operate against overloading and exceeding the permissible power of the circuit connection;
• Optymalne wykorzystanie zasobów istniejących już sieci energetycznych, dzięki czemu minimalizuje się konieczność inwestycji związanych z instalacją nowych stacji ładowania pojazdów elektrycznych;• Optimal use of existing energy network resources, thereby minimizing the need for investments in the installation of new electric vehicle charging stations;
• Dynamiczne dostosowanie charakterystyki ładowania pojazdu elektrycznego do warunków panujących w sieci energetycznej;• Dynamic adjustment of the electric vehicle charging characteristics to the conditions in the power grid;
• Zwiększenie pojemności/ilości stacji ładowania dzięki czemu zapewnia się większy dostęp do tej usługi dla użytkowników pojazdów elektrycznych;• Increasing the capacity/number of charging stations, thus ensuring greater access to this service for users of electric vehicles;
• Osiągnięcie synergii związanej z ładowaniem pojazdów elektrycznych oraz z pracą innych urządzeń/odbiorników w jednym obwodzie ze szczególnym uwzględnieniem charakterystyki sieci oświetleniowej;• Achieving synergy related to the charging of electric vehicles and the operation of other devices/receivers in one circuit, with particular emphasis on the characteristics of the lighting network;
• Wykorzystanie oszczędności jakie może wygenerować nowoczesna sterowana infrastruktura oświetleniowa do zwiększenia mocy ładowania stacji ładowania pracującej w tym samym obwodzie.• Using the savings that can be generated by modern controlled lighting infrastructure to increase the charging power of a charging station operating in the same circuit.
W celu osiągnięcia powyższych celów, zgodnie z jednym z aspektów niniejszego wynalazku, niniejszy wynalazek zapewnia stację ładowania pojazdów elektrycznych dostosowująca swoje działanie do warunków panujących w sieci energetycznej, w szczególności sieci oświetleniowej, przy czym stacja ładowania zawiera układ ładowania pojazdu elektrycznego wraz z wewnętrzną elektroniką w postaci co najmniej jednej centralnej jednostki przetwarzającej połączonej operacyjnie z jednostką komunikacyjną, pamięcią oraz jednostką wejściową i jednostką wyjściową, zapewniającymi interfejs z użytkownikiem, charakteryzującą się tym, że posiada co najmniej jeden autonomiczny układ sterujący ACS, który to układ zawiera współpracujące ze sobą moduł 10 komunikacji, moduł 20 sterowania ładowaniem, moduł 30 bazy danych oraz moduł 40 predykcji. Wspomniany moduł 40 predykcji przeznaczony do wykrywania i przewidywania obciążeń i zakłóceń w obwodzie sieciowym NC na podstawie danych historycznych i/lub wygenerowanych modeli statystycznych i/lub systemu regułowego jest połączony z modułem 10 komunikacji realizującym transmisję danych pomiędzy urządzeniami/odbiornikami podłączonymi do obwodu sieciowego NC, przy czym moduł 10 komunikacji jest sprzężony z modułem 30 bazy danych przeznaczonym do przechowywania parametrów stanu pracy wspomnianych urządzeń/odbiorników podłączonych do obwodu sieciowego NC oraz z modułem 20 sterowania ładowaniem dostosowującym dynamicznie charakterystykę prądu ładowania pojazdu elektrycznego EV w stosunku do parametrów stanu pracy urządzeń/odbiorników podłączonych do obwodu sieciowego NC.In order to achieve the above objectives, according to one aspect of the present invention, the present invention provides an electric vehicle charging station adapting its operation to the conditions prevailing in the power grid, in particular the lighting grid, wherein the charging station comprises an electric vehicle charging system with internal electronics in the form of at least one central processing unit operatively connected to a communication unit, a memory, and an input unit and an output unit providing an interface with a user, characterized in that it has at least one autonomous control system ACS, which system comprises a communication module 10, a charging control module 20, a database module 30 and a prediction module 40 cooperating with each other. The aforementioned prediction module 40 intended for detecting and predicting loads and disturbances in the NC network circuit based on historical data and/or generated statistical models and/or a rule-based system is connected to a communication module 10 carrying out data transmission between devices/receivers connected to the NC network circuit, wherein the communication module 10 is coupled to a database module 30 intended for storing parameters of the operating state of the aforementioned devices/receivers connected to the NC network circuit and to a charging control module 20 dynamically adjusting the characteristics of the charging current of the electric vehicle EV in relation to the parameters of the operating state of the devices/receivers connected to the NC network circuit.
Korzystnie wspomniany autonomiczny układ sterujący ACS jest niezależnym elementem składowym zintegrowanym poza elementem wbudowanym w strukturę stacji ładowania CS.Preferably, the said autonomous ACS control system is an independent component integrated outside the element built into the structure of the CS charging station.
Zgodnie z kolejnym aspektem niniejszego wynalazku, niniejszy wynalazek zapewnia autonomiczny system 100 dostosowujący działanie stacji ładowania pojazdów elektrycznych do warunków panujących w sieci energetycznej, w szczególności sieci oświetleniowej tworzącej wiele wspólnych obszarów pracy zawierających jedno lub wielofazowy obwód sieciowy, do którego podłączone są urządzenia/odbiorniki o różnych charakterystykach poboru mocy w tym urządzenia/odbiorniki wyposażone w sterowniki, charakteryzujący się tym, że zawiera:According to a further aspect of the present invention, the present invention provides an autonomous system 100 for adapting the operation of an electric vehicle charging station to the conditions prevailing in the power grid, in particular a lighting network forming a plurality of common operating areas comprising a single-phase or multi-phase network circuit to which devices/receivers with different power consumption characteristics are connected, including devices/receivers equipped with controllers, characterized in that it comprises:
- co najmniej jedną stację ładowania CS z autonomicznym układem sterującym ACS, podłączoną do obwodu sieciowego NC;- at least one CS charging station with an autonomous ACS control system, connected to the NC network circuit;
- analizator sieciowy NA przeznaczony do monitorowania i przekazywania w czasie rzeczywistym parametrów dynamicznych i/lub parametrów stanu pracy urządzeń/odbiorników podłączonych do obwodu sieciowego NC, przy czym analizator sieciowy NA komunikuje się z jedną ze stacji ładowania CS wyposażoną w co najmniej jeden autonomiczny układ sterujący ACS, który staje się nadrzędnym autonomicznym układem sterującym MACS w stosunku do pozostałych stacji ładowania CS, które wówczas pełnią rolę podrzędnych autonomicznych układów sterujących SACS w obwodzie sieciowym NC, przy czym nadrzędny autonomiczny układ sterujący MACS na podstawie wspomnianych parametrów dynamicznych i/lub parametrów stanu pracy urządzeń/odbiorników podłączonych do obwodu sieciowego NC ustala każdorazowo dynamicznie docelową charakterystykę prądu ładowania pojazdu elektrycznego EV podłączonego do stacji ładowania CS przy uwzględnieniu każdorazowo z góry ustalonej wielkości granicznej maksymalnej mocy pracy obwodu sieciowego NC.- a network analyzer NA intended for monitoring and transmitting in real time dynamic parameters and/or parameters of the operating status of devices/receivers connected to the NC network circuit, wherein the network analyzer NA communicates with one of the CS charging stations equipped with at least one autonomous control system ACS, which becomes the master autonomous control system MACS in relation to the other CS charging stations, which then act as slave autonomous control systems SACS in the NC network circuit, wherein the master autonomous control system MACS, based on the said dynamic parameters and/or parameters of the operating status of devices/receivers connected to the NC network circuit, each time dynamically determines the target characteristic of the charging current of the electric vehicle EV connected to the CS charging station, taking into account the predetermined limit value of the maximum operating power of the NC network circuit.
Korzystnie wspomniany analizator sieciowy NA zawiera współpracujące ze sobą moduł integracji z licznikiem zużycia energii elektrycznej obwodu i/lub moduł pomiarowy oraz moduł komunikacji, przy czym moduł pomiarowy jest zestawem transformatorów toroidalnych przeznaczonym do określenia poboru prądu w sieci energetycznej dla poszczególnych urządzeń/odbiorników podłączonych do obwodu sieciowego NC.Advantageously, the said network analyzer NA comprises a cooperating integration module with an electricity consumption meter of the circuit and/or a measurement module and a communication module, wherein the measurement module is a set of toroidal transformers intended to determine the current consumption in the power network for individual devices/receivers connected to the network circuit NC.
Korzystnie autonomiczny system 100 posiada dodatkowo centralny układ zarządzania CMS zawierający współpracujące ze sobą moduł komunikacji, moduł API, moduł bazy danych, moduł predykcji oraz moduł interfejsu użytkownika, przeznaczony do integrowania informacji z urządzeń/odbiorników podłączonych do obwodu sieciowego NC poprzez analizator sieciowy NA i komunikujący je za pośrednictwem medium komunikacyjnego.Preferably, the autonomous system 100 additionally has a central management system CMS comprising a cooperating communication module, an API module, a database module, a prediction module and a user interface module, intended to integrate information from devices/receivers connected to the NC network circuit via the NA network analyzer and communicating them via a communication medium.
Korzystnie wspomnianym medium komunikacyjnym jest sieć radiowa typu Mesh i/lub WiFi i/lub GSM lub magistrali szeregowej i/lub PLC.Preferably, said communication medium is a Mesh radio network and/or WiFi and/or GSM or a serial bus and/or PLC.
Zgodnie z jeszcze kolejnym aspektem niniejszego wynalazku, niniejszy wynalazek zapewnia autonomiczny sposób 200 dostosowywania działania stacji ładowania pojazdów elektrycznych do warunków panujących w sieci energetycznej, w szczególności sieci oświetleniowej tworzącej wiele wspólnych obszarów pracy polegający na tym, że w jedno lub wielofazowym obwodzie sieciowym podłącza się pojazd elektryczny do stacji ładowania, przy czym przed rozpoczęciem ładowania pojazdu elektrycznego za pośrednictwem stacji ładowania przesyła się sygnał żądania rezerwacji prądu ładowania, charakteryzujący się tym, że:According to yet a further aspect of the present invention, the present invention provides an autonomous method 200 for adapting the operation of an electric vehicle charging station to the conditions prevailing in a power grid, in particular a lighting grid forming a plurality of common operating areas, comprising connecting an electric vehicle to the charging station in a single-phase or multi-phase network circuit, wherein, before starting to charge the electric vehicle via the charging station, a charging current reservation request signal is transmitted, characterized in that:
z chwilą rezerwacji prądu ładowania spośród autonomicznych układów sterujących ACS zlokalizowanych w obwodzie sieciowym NC autonomicznie i bez udziału systemu nadrzędnego przeprowadza się deterministyczną procedurę wyboru jednego nadrzędnego autonomicznego układu sterującego MACS w stosunku do pozostałych autonomicznych układów sterujących ACS, które wówczas pełnią rolę podrzędnych autonomicznych układów sterujących SACS, przy czym wybór odbywa się na podstawie lokalnych i w czasie rzeczywistym zmierzonych parametrów/sygnałów, następnie do nadrzędnego autonomicznego układu sterującego MACS w trakcie ładowania pojazdu elektrycznego EV za pośrednictwem analizatora sieciowego NA i/lub bezpośrednio za pośrednictwem urządzeń/odbiorników podłączonych do obwodu sieciowego NC przesyła się na żądanie lub w sposób cykliczny sygnały okresowe na temat parametrów dynamicznych i/lub parametrów stanu pracy urządzeń/odbiorników podłączonych do obwodu sieciowego NC, w tym co najmniej informacji dotyczących parametrów jakości pracy łącza takich jak: prądów fazowych, kąta przesunięcia fazowego (φ) pomiędzy prądem a napięciem, odkształceń harmonicznych, zajętość faz oraz stanów odbiorów, przy czym na podstawie przekazanych parametrów za pośrednictwem nadrzędnego autonomicznego układu sterującego MACS w czasie rzeczywistym monitoruje się poziom ładowania oraz dostosowuje się dynamicznie charakterystykę prądu ładowania co najmniej w zakresie prądu ładowania, odkształceń harmonicznych, kąta przesunięcia fazowego (φ) pomiędzy prądem a napięciem dla każdorazowej stacji ładowania CS pojazdu elektrycznego EV przy uwzględnieniu każdorazowo z góry ustalonej wielkości granicznej maksymalnej mocy pracy obwodu sieciowego NC i/lub za pośrednictwem nadrzędnego autonomicznego układu sterującego MACS steruje się działaniem urządzeń/odbiorników pracujących w obwodzie sieciowym NC w celu podtrzymania parametrów jakościowych i ilościowych łącza i przesyła się sygnał watchdog’a do pozostałych autonomicznych układów sterujących ACS w obwodzie sieciowym NC. przy braku cyklicznego sygnału okresowego za pośrednictwem autonomicznego układu sterującego ACS minimalizuje się parametry działania stacji ładowania CS do z góry określonego p oziomu minimalnego prądu ładowania zdefiniowanego w stacji ładowania CS lub zatrzymuje się pracę stacja ładowania CS, aby uniknąć przeciążenia obwodu sieciowego NC oraz równolegle inicjuje się reelekcję nadrzędnego autonomicznego układu sterującego MACS.upon reserving the charging current from among the ACS autonomous control systems located in the NC network circuit, a deterministic procedure for selecting one superior MACS autonomous control system is carried out autonomously and without the participation of the master system in relation to the remaining ACS autonomous control systems, which then act as slave SACS autonomous control systems, the selection being made on the basis of local and real-time measured parameters/signals, then to the superior MACS autonomous control system during the charging of the electric vehicle EV via the NA network analyzer and/or directly via devices/receivers connected to the NC network circuit, periodic signals on dynamic parameters and/or parameters of the operating status of devices/receivers connected to the NC network circuit are transmitted on request or in a cyclical manner, including at least information on the link operation quality parameters such as: phase currents, phase shift angle (φ) between current and voltage, harmonic distortions, phase occupancy and load states, whereas on the basis of the transmitted parameters via the superior autonomous control system MACS, the charging level is monitored in real time and the charging current characteristics are dynamically adjusted at least in terms of the charging current, harmonic distortions, phase shift angle (φ) between the current and voltage for each CS charging station of an electric vehicle EV, taking into account each time the predetermined limit value of the maximum operating power of the NC network circuit and/or via the superior autonomous control system MACS, the operation of devices/receivers operating in the NC network circuit is controlled in order to maintain the qualitative and quantitative parameters of the link and a watchdog signal is sent to the other autonomous control systems ACS in the NC network circuit. in the absence of a cyclic periodic signal, the operating parameters of the CS charging station are minimized via the autonomous control system ACS to a predetermined level of the minimum charging current defined in the CS charging station or the CS charging station is stopped to avoid overloading the NC network circuit and, in parallel, the re-election of the superior autonomous control system MACS is initiated.
Korzystnie wspomniany sygnał żądania rezerwacji prądu ładowania przesyła się do nadrzędnego autonomicznego układu sterującego MACS za pośrednictwem centralnego układu zarządzania CMS.Preferably, said charging current reservation request signal is transmitted to the superior autonomous control system MACS via the central management system CMS.
Korzystnie wspomniany pomiar parametrów stanu pracy urządzeń/odbiorników podłączonych do obwodu sieciowego NC przeprowadza się za pomocą zestawów transformatorów toroidalnych stanowiący moduł pomiarowy analizatora sieciowego NA, które indukują napięcie na końcach swoich zwojów w wyniku oddziaływania pola magnetycznego wyindukowanego przez prąd przepływający przez obwód sieciowy NC.Preferably, the mentioned measurement of the operating status parameters of devices/receivers connected to the NC network circuit is performed using sets of toroidal transformers constituting the measuring module of the NA network analyzer, which induce voltage at the ends of their windings as a result of the influence of the magnetic field induced by the current flowing through the NC network circuit.
Korzystnie wspomniane parametry dynamiczne wyznacza się na podstawie poziomu światła astralnego doświetlającego ulice i/lub informacji o zaparkowanych samochodach i/lub natężenia ruchu pojazdów i/lub natężania ruchu pieszych i/lub warunków atmosferycznych występujących w trakcie pracy obwodu sieciowego NC, przy czym za pośrednictwem wyznaczonych parametrów dynamicznych reguluje się pracę urządzeń/odbiorników podłączonych do obwodu sieciowego NC zwiększając lub zmniejszając pobór prądu w obwodzie sieciowym NC.Preferably, the said dynamic parameters are determined on the basis of the level of astral light illuminating the streets and/or information about parked cars and/or vehicle traffic intensity and/or pedestrian traffic intensity and/or weather conditions occurring during the operation of the NC network circuit, wherein the determined dynamic parameters are used to regulate the operation of devices/receivers connected to the NC network circuit by increasing or decreasing the current consumption in the NC network circuit.
Korzystnie wspomniany sygnał watchdog’a obejmuje informacje na temat aktualnej dostępnej do wykorzystania mocy w obwodzie sieciowym NC, za pomocą której zwiększa się moc ładowania stacji ładowania CS pracujących pod kontrolą autonomicznych układów sterujących ACS i/lub włącza się dodatkowe urządzenia/odbiorniki do obwodu sieciowego NC przy uwzględnieniu każdorazowo z góry ustalonej wielkości granicznej maksymalnej mocy pracy obwodu sieciowego NC.Advantageously, the said watchdog signal includes information on the current power available for use in the NC network circuit, by means of which the charging power of the CS charging stations operating under the control of the autonomous ACS control systems is increased and/or additional devices/receivers are connected to the NC network circuit, taking into account each time the predetermined limit value of the maximum operating power of the NC network circuit.
Przewidziane rozwiązanie według zaproponowanych powyżej aspektów zapewnia odpowiednią stację ładowania pojazdów elektrycznych oraz autonomiczny system i sposób dostosowywania działania stacji ładowania pojazdów elektrycznych do warunków panujących w sieci energetycznej, w szczególności ze szczególnym uwzględnieniem charakterystyki sieci oświetleniowej, co umożliwia niezawodną pracę infrastruktury sieciowej podczas przeciążenia sieci, z wykorzystaniem zaprojektowanych elementów oraz układów przeznaczonych do monitorowania, sterowania i predykcji według wynalazku.The envisaged solution according to the aspects proposed above provides an appropriate electric vehicle charging station and an autonomous system and method for adapting the operation of the electric vehicle charging station to the conditions prevailing in the power grid, in particular with particular emphasis on the characteristics of the lighting network, which enables reliable operation of the network infrastructure during network overload, using the designed elements and systems intended for monitoring, control and prediction according to the invention.
Należy podkreślić, że w sieciach oświetleniowych w chwili załączania opraw oświetleniowych mamy do czynienia z dużym prądem załączania, który jest kilkanaście, a czasami nawet kilkadziesiąt razy większy od nominalnego. W tym przypadku, jeśli w sieci znajdują się działające stacje ładowania, może wystąpić przeciążenie sieci i awaria. Aby przeciwdziałać przeciążeniom sieci i awariom, rozwiązanie według wynalazku przewiduje możliwość zarządzania włączaniem lamp oświetleniowych tj. punktów świecenia ograniczając wspomniane wcześniej ryzyko przeciążenia sieci i/lub ograniczając pobór prądu w stacjach ładowania.It's important to emphasize that lighting networks experience high inrush currents when luminaires are switched on, often several or even dozens of times greater than the nominal current. In this case, if the network includes operating charging stations, network overload and outages may occur. To counteract network overloads and outages, the solution according to the invention provides the ability to manage the switching of lighting fixtures, i.e., lighting points, thus reducing the aforementioned risk of network overload and/or limiting current consumption at charging stations.
Ponadto należy podkreślić, że wskazany aspekt czyli redukcja strumienia światła generowanego z opraw oświetleniowych może powodować pojawienie się mocy biernej i spadku jakości działania sieci, oraz możliwość naliczania dodatkowych opłat przez dystrybutorów energii elektrycznej. W przypadku opraw typu LED dość powszechnym jest redukowanie nominalnego strumienia oprawy oświetleniowej tak, aby zmniejszyć konsumowaną moc i tym samym pobierane opłaty przez dystrybutorów energii elektrycznej. Może to mieć jednak negatywny efekt. Redukcja natężenia strumienia powoduje pojawienie się mocy biernej. W zależności od typu oprawy oświetleniowej efekt ten może być widoczny zarówno przy redukcji strumienia o kilka procent, jak i przy redukcji o kilkadziesiąt procent. Moc bierna zwiększa spadki napięć w liniach zasilających i transformatorach, powodując większe straty energii czynnej w transformatorach, liniach energetycznych oraz obwodach odbiorczych, co stanowi czynnik negatywny, w związku z powyższym dystrybutorzy energii elektrycznej dążą do jej zredukowania. Problem natomiast jest złożony, gdyż jest uzależniony od typu odbiornika sieci. Przykładowo, w przypadku opraw sodowych mamy do czynienia z mocą bierną o charakterze indukcyjnym, a w przypadku stacji ładowania mamy do czynienia głównie z mocą o charakterze pojemnościowym. Dodatkowo mamy do czynienia z czasową zmianą jej wartości. Dynamiczne zarządzanie tym procesem jest skomplikowane.Furthermore, it should be emphasized that the aforementioned aspect, i.e., reducing the luminous flux generated by luminaires, can result in reactive power and a decrease in grid performance, as well as the possibility of additional fees charged by electricity distributors. In the case of LED luminaires, it is quite common to reduce the nominal luminous flux of a luminaire to reduce the power consumed and, consequently, the fees charged by electricity distributors. However, this can have a negative effect. Reducing the luminous flux intensity causes reactive power. Depending on the type of luminaire, this effect can be visible with a reduction of the luminous flux by a few percent or by several dozen percent. Reactive power increases voltage drops in supply lines and transformers, causing greater active energy losses in transformers, power lines, and load circuits. This is a negative factor, and therefore, electricity distributors strive to reduce it. However, the problem is complex, as it depends on the type of network receiver. For example, in the case of sodium-vapor fixtures, we are dealing with inductive reactive power, while in the case of charging stations, we are dealing primarily with capacitive reactive power. Furthermore, we are dealing with temporal changes in its value. Dynamic management of this process is complex.
Dodatkowo, przykładowo, w przypadku pojawiania się mocy biernej, jeśli układ zawiera kompensatory o znanych współczynnikach kompensacji może je włączyć do obwodu (w ilości takiej, aby skompensować czynniki negatywne). W innym przykładzie wykonania występuje zmiana parametrów świecenia oprawy oświetleniowej, która nie powoduje generowania mocy biernej przez zwiększenie poziomu natężenia generowanego światła, albo przeciwnie zwiększa poziom jej generowania o charakterze przeciwnym do występującej w sieci (przykładowo moc bierna generowana przez oprawy sodowe ma charakter indukcyjny i może być kompensowana przez oprawy typu LED, które generują moc bierną o charakterze pojemnościowym). Ponadto obszar oświetlenia jest doskonałym przykładem, gdzie mamy do czynienia z ograniczoną parametrami infrastrukturę sieciową, która już istnieje i może być wykorzystana do innych celów, jeśli tylko parametry jakościowe działania sieci zostaną zachowane. Umożliwia to instalację stacji ładowania bez konieczności ponoszenia kosztów związanych z budowaniem własnej infrastruktury ładowania pojazdów elektrycznych.Additionally, for example, if reactive power occurs, if the system includes compensators with known compensation coefficients, they can be incorporated into the circuit (in sufficient quantity to compensate for the negative factors). In another embodiment, a change in the lighting parameters of a lighting fixture occurs, which does not generate reactive power by increasing the intensity of the generated light, or, on the contrary, increases the level of its generation in a manner opposite to that present in the network (for example, reactive power generated by sodium-vapor fixtures is inductive and can be compensated by LED fixtures, which generate capacitive reactive power). Furthermore, the lighting area is an excellent example of a network infrastructure with limited parameters that already exists and can be used for other purposes, provided the quality parameters of the network are maintained. This allows the installation of charging stations without the need to incur the costs associated with building your own electric vehicle charging infrastructure.
Zaletą zastrzeganego rozwiązania jest to, że rozwiązanie według wynalazku zapewnia możliwość zwiększania dostępności punktów ładowania tj. liczby stacji ładowania, które dynamicznie dostosowują swoje parametry pracy (zmieniające się w czasie) do panujących warunków w sieci energetycznej, w szczególności w infrastrukturze oświetleniowej, która charakteryzuje się dużą dynamiką zmian poboru mocy. Balansowanie mocą pomiędzy stacjami ładowania i pozostałymi urządzeniami/odbiornikami wpiętymi w obwód sieciowy jest realizowane tak, aby uzyskać jak największą korzyść z użytkowania stacji ładowania (tj. czasu ładowania i dostępności ładowania pojazdu elektrycznego), w tym przede wszystkim rozprowadzania energii pomiędzy stacjami ładowania. Co więcej, zastrzegane rozwiązanie zapewnia możliwość dostępu do usługi ładowania w sposób masowy przy jednoczesnym wykorzystaniu istniejącej infrastruktury sieciowej, która czasami jest ograniczona zwłaszcza przy dużym zapotrzebowaniu na miejsce do ładowania.The advantage of the claimed solution is that the invention enables the ability to increase the availability of charging points, i.e., the number of charging stations that dynamically adjust their operating parameters (changing over time) to the prevailing conditions in the power grid, particularly in lighting infrastructure, which is characterized by highly dynamic changes in power consumption. Power balancing between charging stations and other devices/receivers connected to the network circuit is implemented to maximize the benefit of using the charging station (i.e., charging time and availability of electric vehicle charging), including, above all, the distribution of energy between charging stations. Furthermore, the claimed solution provides mass access to charging services while simultaneously utilizing existing network infrastructure, which is sometimes limited, especially when there is high demand for charging space.
Ponadto, niewątpliwą korzyścią przedmiotowego rozwiązania jest również możliwość zastosowania do budowy sieci ładowania istniejących obwodów, których moc ze względu na inne zainstalowane, podpięte urządzenia/odbiorniki może nie być wystarczająca do zapewnienia pełnej pracy stacji ładowania. Dodatkowa integracja z elementami oświetlenia i kompensatorami mocy biernej (przez elementy sterujące) daje korzyści w postaci poprawienia jakości sieci poprzez regulację jakości pracy sieci i niwelowania negatywnych czynników związanych z mocą bierną pracy systemu. Zasadniczo pozwala to na możliwość generowania oszczędności w obszarze oświetlenia poprzez sterowanie oprawami oświetleniowymi i możliwość wykorzystania zaoszczędzonej mocy w stacjach ładowania z autonomicznym układem sterującym według wynalazku. Tak, aby nie przekroczyć parametrów granicznych związanych z mocą pracy obwodu.Furthermore, an undoubted advantage of the present solution is the ability to use existing circuits to build a charging network, whose power may not be sufficient to ensure full operation of the charging station due to other installed and connected devices/receivers. Additional integration with lighting components and reactive power compensators (via control elements) provides benefits in the form of improved network quality by regulating network performance and mitigating negative factors related to system reactive power. Essentially, this allows for the generation of lighting savings by controlling luminaires and the ability to utilize the saved power in charging stations with an autonomous control system according to the invention, while ensuring that the limit parameters related to the circuit's operating power are not exceeded.
W świetle powyższego przedmiotowe rozwiązanie według wynalazku na podstawie elementów oraz układów przeznaczonych do monitorowania, sterowania i predykcji przy uwzględnieniu m.in. modułu predykcji (a także modeli statystycznych, lub w najprostszym przypadku harmonogramu załączania urządzeń/odbiorników dostępnych w sieci) oraz przesłanej informacji na temat całej sieci, jest w stanie podjąć działania związane z ograniczeniem mocy działania stacji ładowania, czy też wyłączeniem i włączeniem dodatkowych urządzeń/odbiorników.In light of the above, the present solution according to the invention, based on the elements and systems intended for monitoring, control and prediction, taking into account, among others, the prediction module (as well as statistical models, or in the simplest case, the schedule for switching on devices/receivers available in the network) and the transmitted information about the entire network, is able to take actions related to limiting the operating power of the charging station or switching off and on additional devices/receivers.
Pewną niedogodnością z kolei zastrzeganego rozwiązania według wynalazku jest ryzyko zwiększenia czasu ładowania (np. w przypadku kiedy wszystkie punkty ładowania będą uruchomione). Należy jednak podkreślić, że podejście to jest dedykowane do wykorzystania stacji ładowania w okresie nieużytkowania pojazdów elektrycznych, gdzie czas dla końcowego użytkownika nie odgrywa dużego znaczenia, a kluczowe jest zapewnienia dostępu i redukcji kosztów takiej usługi polegającej na ładowaniu pojazdu elektrycznego przy niższych kosztach poboru energii.A drawback of the claimed solution is the risk of increased charging time (e.g., when all charging points are operational). However, it should be emphasized that this approach is intended for use of charging stations during periods of non-use of electric vehicles, where time is not a significant factor for the end user, and the key is to ensure access and reduce the cost of such a service, which involves charging an electric vehicle at lower energy consumption costs.
KRÓTKI OPIS RYSUNKÓWBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania, w odniesieniu do załączonych rysunków, na których:The subject of the invention is shown in an embodiment with reference to the attached drawings, in which:
FIG. 1 przedstawia autonomiczny system dostosowujący działanie stacji ładowania pojazdów elektrycznych do warunków panujących w sieci energetycznej według jednego z przykładów wykonania wynalazku;FIG. 1 shows an autonomous system that adapts the operation of an electric vehicle charging station to the conditions prevailing in the power grid according to one embodiment of the invention;
FIG. 2A-2B przedstawia schemat budowy autonomicznego układu sterującego stacji ładowania pojazdów elektrycznych dostosowującej jej działanie do warunków panujących w sieci energetycznej według wynalazku;FIG. 2A-2B shows a diagram of the structure of an autonomous control system for an electric vehicle charging station that adapts its operation to the conditions prevailing in the power grid according to the invention;
FIG. 3 przedstawia scenariusz ładowanie pojazdów elektrycznych przy wykorzystaniu sposobu dostosowywania działania stacji ładowania do warunków panujących w sieci energetycznej według jednego z przykładów wykonania wynalazku.FIG. 3 shows a scenario for charging electric vehicles using a method for adapting the operation of a charging station to power grid conditions according to one embodiment of the invention.
OPIS SZCZEGÓŁOWY WYNALAZKUDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Poniżej, opisano szczegółowo przedmiot niniejszego wynalazku w odniesieniu do załączonych Figur i przykładów wykonania. Niniejszy wynalazek nie ogranicza się jedynie do szczegółowych pr zykładów wykonania tutaj opisanych.The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying Figures and embodiments. The present invention is not limited to the specific embodiments described herein.
W przedstawionym przykładzie wykonania na FIG. 1 zilustrowano autonomiczny system 100 dostosowujący działanie stacji ładowania CS pojazdów elektrycznych EV do warunków panujących w sieci energetycznej. W przykładzie wykonania siecią energetyczną jest sieć oświetleniowa będąca wielofazowym obwodem sieciowym NC zasilanym z punktu zasilającego PP. Dla przedmiotowego przykładu wykonania obwód sieciowy NC jest 1-fazowym obwodem sieciowym NC, w którym dla uproszczenia można wyszczególnić wiele wspólnych obszarów pracy w skrócie COA zlokalizowanych w infrastrukturze oświetleniowej, w której stacje ładowania CS są zintegrowane ze słupem oświetleniowym i innymi urządzeniami/odbiornikami wpiętymi w obwód, w ramach którego współpracują dzieląc ze sobą energię elektryczną.In the presented embodiment, FIG. 1 illustrates an autonomous system 100 that adapts the operation of the EV charging station CS to the conditions prevailing in the power grid. In the example embodiment, the power grid is a lighting network, which is a multi-phase NC network circuit powered from a PP supply point. For the present embodiment, the NC network circuit is a single-phase NC network circuit, in which, for simplicity, a number of common operating areas (COAs) located in the lighting infrastructure can be specified, in which the CS charging stations are integrated with a lighting pole and other devices/receivers connected to the circuit, within which they cooperate to share electrical energy.
Zasadniczo obwód sieciowy NC posiada podłączone do obwodu słupy oświetleniowe wyposażone w opcjonalne oprawy oświetleniowe sterowane poprzez sterowniki oświetleniowe LC, przy czym do słupów oświetleniowych podłączane są stacje ładowania CS pojazdów elektrycznych EV stanowiące zarówno zwykłe stacje dowolnego producenta oraz stacje ładowania CS pojazdów elektrycznych EV z autonomicznym układem sterującym ACS według wynalazku, który to układ zostanie bliżej opisany poniżej w odniesieniu do FIG. 2A-2B. Ponadto obwód sieciowy NC posiada podłączony w swoją strukturę analizator sieciowy NA oraz centralny układ zarządzania CMS, a także odbiorniki mocy sterowane poprzez sterowniki zewnętrzne EC lub odbiorniki mocy o znanej charakterystyce poboru mocy CPC.In principle, the NC network circuit has lighting poles connected to the circuit, equipped with optional lighting fixtures controlled by LC lighting controllers, wherein CS charging stations for electric vehicles (EV) are connected to the lighting poles, comprising both standard stations of any manufacturer and CS charging stations for electric vehicles (EV) with an autonomous control system (ACS) according to the invention, which system will be described in more detail below with reference to FIGS. 2A-2B. Furthermore, the NC network circuit has a network analyzer (NA) and a central management system (CMS) connected to its structure, as well as power receivers controlled by external controllers (EC) or power receivers with a known power consumption characteristic (CPC).
W przedstawionym przykładzie wykonania wspomniany analizator sieciowy NA wpięty w obwód sieciowy NC jest przeznaczony do monitorowania stanu obwodu sieciowego NC w celu przekazywania informacji na temat parametrów pracy urządzeń/odbiorników wpiętych w obwód sieciowy NC. Analizator sieciowy NA składa się z następujących elementów składowych: modułu integracji z licznikiem zużycia energii elektrycznej obwodu, modułu pomiarowego oraz modułu komunikacji, które ze sobą współpracują. Moduł integracji z licznikiem zużycia energii elektrycznej obwodu, integruje się z licznikami energii elektrycznej za pomocą dostępnego łącza. W przykładzie wykonania integracja może być zrealizowana za pomocą złącza RS-485/232/Modbus dostępnego aktualnie w licznikach energii. Moduł ten jest opcjonalny i w przypadku kiedy w systemie działa moduł pomiarowy może nie być instalowany w analizatorze sieciowym NA (i vice versa moduł pomiarowy może nie być instalowany w analizatorze sieciowym NA w przypadku instalacji modułu integracji z licznikiem zużycia energii elektrycznej obwodu). Moduł pomiarowy mierzy parametry w szczególności prądy obwodu sieciowego NC, oraz moc bierną (tj. pełniąc rolę licznika). W przykładzie wykonania, pomiar prądu obwodu sieciowego NC przeprowadza się za pomocą transformatorów toroidalnych, które indukują napięcie na końcach swoich zwojów na skutek pola magnetycznego wyindukowanego przez prąd przepływający przez obwód sieciowy NC. Zarówno moduł pomiarowy, jak i moduł integracji z licznikiem zużycia energii elektrycznej obwodu dostarczają informacji o aktualnych parametrach pracy urządzeń/odbiorników podłączonych do obwodu sieciowego NC poprzez moduł komunikacji, który odpowiada za rozgłaszanie tych informacji do autonomicznych układów sterujących ACS oraz w tym przykładzie wykonania również do centralnego układu zarządzania CMS według jednego z przykładów wykonania wynalazku. Autonomiczne układy sterujące ACS w tym przykładzie wykonania są zarówno zintegrowane ze stacją ładowania CS, jak i znajdują się poza stacją ładowania CS.In the presented embodiment, the NA network analyzer connected to the NC network circuit is designed to monitor the status of the NC network circuit to provide information on the operating parameters of devices/receivers connected to the NC network circuit. The NA network analyzer consists of the following components: an integration module with the circuit's electricity consumption meter, a measurement module, and a communication module, which work together. The integration module with the circuit's electricity consumption meter integrates with electricity meters using an available link. In the example embodiment, integration can be achieved using the RS-485/232/Modbus interface currently available in energy meters. This module is optional, and if the measurement module is installed in the system, it may not be installed in the NA network analyzer (and vice versa, the measurement module may not be installed in the NA network analyzer if the integration module with the circuit's electricity consumption meter is installed). The measurement module measures parameters, particularly the NC network circuit currents and reactive power (i.e., acting as a meter). In an embodiment, the NC network circuit current measurement is performed using toroidal transformers, which induce a voltage at the ends of their windings due to the magnetic field induced by the current flowing through the NC network circuit. Both the measurement module and the integration module with the circuit's electricity consumption meter provide information about the current operating parameters of devices/receivers connected to the NC network circuit via a communication module, which is responsible for broadcasting this information to the autonomous control systems (ACS) and, in this embodiment, also to the central management system (CMS) according to one embodiment of the invention. In this embodiment, the autonomous control systems (ACS) are both integrated with the CS charging station and located outside the CS charging station.
Minimalny zestaw sygnałów rozgłoszeniowych w tym przypadku to: żądanie wysłania aktualnego stanu urządzenia/odbiornika, przy czym żądanie to może mieć formę cykliczną - definiującą co jaki okres czasu ma być wysyłany komunikat/sygnał dotyczący stanu pracy urządzenia/odbiornika w obwodzie sieciowym NC oraz do jakich urządzeń w obwodzie sieciowym NC. Ponadto żądanie to może mieć charakter żądania wysłania informacji o aktualnym stanie urządzenia/odbiornika lub w momencie zmiany jednego z parametrów dynamicznych, może również usuwać zdefiniowaną wcześniej cykliczność wysyłki. W zrealizowanym przykładzie wykonania parametrami dynamicznymi są natężenie ruch pojazdów, natężenie ruch pieszych, warunki atmosferyczne w tym przypadku opady deszczu i śniegu, które mają wpływ na pracę urządzeń/odbiorników. Przykładowo poziom natężenia świecenia oprawy oświetleniowej, a zatem i pobór energii urządzeń podłączonych do obwodu sieciowego NC jest uzależniony od natężenia ruchu pojazdów. Jeżeli natężenie ruchu pojazdów maleje wówczas poziom natężenia świecenia oprawy oświetleniowej jest redukowany, a tym samym zwiększa się możliwość zwiększenia mocy pracy innych urządzeń/odbiorników pracujących w obwodzie sieciowym NC, w tym przypadku stacji ładowania według wynalazku.The minimum set of broadcast signals in this case is: a request to send the current status of the device/receiver. This request may be cyclical, defining the intervals at which a message/signal regarding the device/receiver's operating status in the NC network circuit is to be sent, and to which devices in the NC network circuit. Furthermore, this request may be a request to send information about the current status of the device/receiver, or when one of the dynamic parameters changes, it may also remove the previously defined cyclicity of sending. In the implemented embodiment, the dynamic parameters include vehicle traffic intensity, pedestrian traffic intensity, and weather conditions (in this case, rain and snowfall), which affect the operation of the devices/receivers. For example, the intensity of luminous flux in a lighting fixture, and therefore the energy consumption of devices connected to the NC network circuit, depends on the intensity of vehicular traffic. If the traffic intensity decreases, the luminous intensity level of the lighting fixture is reduced, thus increasing the possibility of increasing the operating power of other devices/receivers operating in the NC network circuit, in this case the charging station according to the invention.
Wspomniany z kolei wyżej centralny układ zarządzania CMS w jednym z przykładów wykonania może być opcjonalnym układem, który integruje dane z kilku niezależnych obwodów sieciowych NC i umożliwia podgląd działania wszystkich elementów obwodów sieciowych NC przez zewnętrznego użytkownika. Niezależnie od tego centralny układ zarządzania CMS zawiera moduł komunikacji, moduł API, moduł bazy danych, moduł predykcji i moduł interfejsu użytkownika, które ze sobą współpracują. Moduł komunikacji odpowiedzialny jest za komunikacje z elementami pracującymi w obwodzie sieciowym NC. Minimalny zestaw sygnałów w tym przypadku to: żądanie wysłania stanu elementu obwodu sieciowego NC (dla każdego typu elementu tj. analizatora sieciowego NA, sterownika oświetlania LC, autonomicznego układu sterującego ACS niezależnie od tego czy jest wbudowany w strukturę stacji ładowania CS, czy też nie), pobranie informacji od elementu obwodu sieciowego NC na temat jego stanu (w przypadku inicjacji cyklicznych sygnałów) wysyłanych do sterowników oświetlenia LC: włączenie oprawy oświetleniowej, wyłączenia oprawy oświetleniowej, redukcja poziomu natężenia świecenia oprawy oświetleniowej, przesłanie nowego harmonogramu pracy oprawy oświetleniowej, obsługa sygnałów zaimplementowanych w autonomicznym układzie sterującym ACS.In one embodiment, the aforementioned CMS central management system can be an optional system that integrates data from several independent NC network circuits and allows an external user to monitor the operation of all NC network circuit elements. Regardless, the CMS central management system includes a communication module, an API module, a database module, a prediction module, and a user interface module, all of which work together. The communication module is responsible for communicating with the elements operating within the NC network circuit. The minimum set of signals in this case is: a request to send the status of an NC network circuit element (for each type of element, i.e. NA network analyzer, LC lighting controller, ACS autonomous control system, regardless of whether it is built into the structure of the CS charging station or not), retrieving information from the NC network circuit element about its status (in the case of initiating cyclic signals) sent to the LC lighting controllers: switching on a lighting fixture, switching off a lighting fixture, reducing the luminous intensity level of a lighting fixture, sending a new lighting fixture operation schedule, handling signals implemented in the ACS autonomous control system.
Ponadto centralny układ zarządzania CMS implementuje zestaw komend API poprzez moduł API. Moduł API jest niezależnym modułem, który implementuje wysokopoziomowy zestaw komend, które mogą być użyte przez zewnętrzne systemy do przekazywania informacji na tem at otoczenia pracy obwodów sieciowych NC, oraz wysyła żądania zmiany stanu elementów obwodu sieciowego NC. Przykładem implementacji modułu może być serwis bazujący na usługach REST. Pod pojęciem informacji na temat otoczenia pracy obwodu rozumiane są dowolne parametry dynamiczne wyżej zdefiniowane w opisie, które mogą być przetwarzane przez moduł predykcji umieszczony w przykładzie wykonania w centralnym układzie zarządzania CMS i autonomicznym układzie sterującym ACS. Informacje na temat otoczenia pracy obwodu sieciowego NC, oraz informacje na temat parametrów pracy obwodu sieciowego NC i jego elementów są przekazywane i zapisywane do modułu bazy danych. Moduł ten gromadzi dane historyczne. W module bazy danych jest przechowywana pełna historia działania wszystkich elementów obwodu sieciowego NC. Dane z modułu bazy danych mogą służyć do tworzenia modeli statystycznych działania obwodów sieciowych NC i przesyłania ich później do autonomicznego układu sterującego ACS. Przykładowy model predykcji może z kolei mieć postać harmonogramu włączania urządzeń/odbiorników pracujących w obwodzie sieciowym NC, formę systemu regułowego, lub parametrów/modeli sieci neuronowych. Moduł predykcji z kolei jest elementem systemu, który wykorzystuje utworzone modele. Przykładem implementacji takiego elementu są wszelkiego rodzaju systemy oparte na regułach lub bardziej zaawansowane systemy predykcji oparte na sztucznej inteligencji (gramatyki grafowe, sieci neuronowe). Rolą modułu predykcji jest realizacja sterowania na wyższym poziomie niż w przypadku autonomicznego układu sterującego ACS. Ma on dostęp do stanu pracy z wielu różnych obwodów sieciowych NC. Ostatnim elementem jest moduł interfejsu z użytkownikiem. Moduł ten umożliwia odczyt parametrów jakie są zapisane w bazie danych, oraz wykonanie dowolnej funkcji na monitorowanych obwodach sieciowych NC. Użytkownik może wykonać dowolną operację pozwalającą na zmianę stanu pracy.Furthermore, the CMS central management system implements a set of API commands through an API module. The API module is an independent module that implements a high-level set of commands that can be used by external systems to provide information about the operating environment of NC network circuits and sends requests to change the state of NC network circuit elements. An example of a module implementation could be a service based on REST services. Information about the circuit's operating environment is understood to mean any dynamic parameters defined above, which can be processed by the prediction module located in the CMS central management system and the ACS autonomous control system. Information about the NC network circuit's operating environment, as well as information about the operating parameters of the NC network circuit and its elements, is transferred and stored in the database module. This module collects historical data. The database module stores a complete history of the operation of all NC network circuit elements. Data from the database module can be used to create statistical models of the NC network circuits' operation and later transmit them to the ACS autonomous control system. A typical prediction model might take the form of a schedule for switching on devices/receivers operating in a NC network circuit, a rule-based system, or neural network parameters/models. The prediction module, in turn, is a component of the system that utilizes the created models. Examples of such implementations include various rule-based systems or more advanced prediction systems based on artificial intelligence (graph grammars, neural networks). The role of the prediction module is to implement control at a higher level than that of a standalone ACS control system. It has access to the operating status of many different NC network circuits. The final element is the user interface module. This module allows reading parameters stored in the database and executing any function on the monitored NC network circuits. The user can perform any operation to change the operating status.
Kolejny z elementów obwodu sieciowego NC, tj. wspomniany wyżej sterownik oświetlenia LC jest zintegrowany z oprawą oświetleniową słupa oświetleniowego oraz jest przeznaczony do monitorowania oraz zmieniania parametru jego pracy. Sterownik oświetlenia LC składa się z następujących elementów składowych: modułu komunikacji, modułu sterowania, modułu integracji z oprawą oświetleniową, które ze sobą współpracują. Tutaj również moduł komunikacji odpowiedzialny jest za komunikację z resztą elementów obwodu sieciowego NC oraz w tym przypadku centralnym układem zarządzania CMS. Moduł ten przesyła cykliczne sygnały okresowe na temat pracy urządzenia, oraz przyjmuje sygnały sterujące jego pracą. Minimalny zestaw sygnałów sterujących to: włączenie oprawy oświetleniowej, wyłączenia oprawy oświetleniowej, redukcja poziomu natężenia świecenia oprawy oświetleniowej, przyjęcie nowego harmonogramu pracy urządzenia (czyli charakterystyki pracy oprawy oświetleniowej i natężenia strumienia oświetlenia w funkcji czasu w przykładzie wykonania w zależności od natężenia ruchu pojazdów, natężenia ruch pieszych oraz warunków atmosferycznych panujących w danym momencie), oraz żądanie wysłania aktualnego stanu pracy urządzenia. Tak jak poprzednio zostało zdefiniowane, żądanie wysłania aktualnego stanu pracy urządzenia może mieć formę cykliczną - definiującą, co jaki okres czasu ma być wysyłany komunikat/sygnał dotyczący stanu pracy urządzenia w obwodzie sieciowym NC oraz do jakich urządzeń w obwodzie sieciowym NC. Przesłane sygnały są realizowane przez moduł sterowania. Moduł ten implementuje logikę związaną z każdym spośród sygnałów, oraz odpowiada za przekazywanie sygnałów do oprawy oświetleniowej. Moduł sterowania może mieć postać mikroprocesora, który przechowuje w swojej pamięci charakterystykę pracy urządzenia (np. harmonogram włączania oprawy oświetleniowej) i bieżący stan pracy urządzenia. Moduł ten bezpośrednio komunikuje się z modułem integracji z oprawą. Moduł integracji z oprawą odpowiada za bezpośrednią komunikację z oprawą oświetleniową (tj. jej sterownikiem/zasilaczem). Sterowanie fizyczną oprawą oświetleniową odbywa się poprzez dedykowany interfejs. Przekładem takiej realizacji jest sterowanie za pomocą interfejsu DALI, bądź 1-10V. Moduł ten nie tylko wykonuje polecenia modułu sterującego, ale pobiera parametry pracy, które są udostępniane przez oprawę oświetleniową (sterownik/zasilacz). Parametry te są cyklicznie przesyłane do modułu komunikacji, który wysyła je na żądanie lub cyklicznie jak w przykładzie wykonania do autonomicznego układu sterującego ACS. Moduł integracji z oprawą oświetleniową może zostać rozbudowany o czujniki pozwalające na weryfikację prądu pracy oprawy oświetleniowej, generowanej mocy biernej itp. Parametry te mogą być przekazywane przez złącze zasilacza, bądź samodzielnie mierzone poprzez dedykowany układ włączony szeregowo przed obwodem zasilacza oprawy oświetleniowej.Another element of the NC network circuit, the aforementioned LC lighting controller, is integrated with the lighting pole's luminaire and is designed to monitor and change its operating parameters. The LC lighting controller consists of the following components: a communication module, a control module, and a luminaire integration module, which all work together. This communication module is also responsible for communicating with the remaining NC network circuit components, including the central management system (CMS). This module transmits periodic signals about the device's operation and receives signals to control its operation. The minimum set of control signals includes: switching the luminaire on, switching the luminaire off, reducing the luminaire's luminous intensity, adopting a new device operating schedule (i.e., the luminaire's operating characteristics and luminous flux intensity as a function of time, in the example embodiment, depending on vehicle traffic volume, pedestrian traffic volume, and current weather conditions), and a request to send the current device operating status. As previously defined, the request to send the current device operating status can be cyclical, defining the intervals at which a message/signal regarding the device's operating status in the NC network circuit should be sent, and to which devices in the NC network circuit. The transmitted signals are processed by the control module. This module implements the logic associated with each signal and is responsible for transmitting signals to the luminaire. The control module may be a microprocessor that stores the device's operating characteristics (e.g., the luminaire's switching schedule) and the current operating status in its memory. This module communicates directly with the luminaire integration module. The luminaire integration module is responsible for direct communication with the luminaire (i.e., its controller/power supply). The physical luminaire is controlled via a dedicated interface. An example of such an implementation is control via a DALI or 1-10V interface. This module not only executes the control module's commands but also retrieves operating parameters provided by the luminaire (controller/power supply). These parameters are periodically transmitted to the communication module, which sends them on request or, as in the example embodiment, cyclically to the autonomous ACS control system. The lighting fixture integration module can be expanded with sensors allowing for verification of the lighting fixture's operating current, generated reactive power, etc. These parameters can be transmitted via the power supply connector or independently measured by a dedicated circuit connected in series before the lighting fixture's power supply circuit.
Zasadniczo komunikacja pomiędzy urządzeniami podłączonymi do obwodu sieciowego NC w przykładzie wykonania odbywa się zasadniczo poprzez sieć typu Mesh, ale może także odbywać się poprzez magistralę szeregową, WiFi, PLC lub inne medium komunikacyjne. W przykładzie wykonania komunikacja może być dedykowana do konkretnego urządzenia, bądź opierać się na rozgłaszaniu komunikatu do wszystkich sterowników i urządzeń pracujących w obwodzie sieciowym NC. Każdy z elementów pracy obwodu sieciowego NC zawiera moduł komunikacji. Moduł komunikacji odpowiada za przesyłanie sygnałów pomiędzy elementami obwodu sieciowego NC. Przykładowym medium komunikacyjnym może być sieć radiowa (w tym sieć typu Mesh i Wi-Fi), sieć GSM, czy też standard PLC (komunikacja za pomocą przewodów elektronicznych). W zależności od użytego medium komunikacyjnego w module komunikacji sygnały mogą przyjmować role sygnału o określonej strukturze lub komend implementowanych na wyższej warstwie komunikacji (przykładem może być interfejs REST API utworzony na warstwie http, która jest implementowana na warstwie TCP, który z kolei jest zaimplementowany na warstwie Ethernet).In the example embodiment, communication between devices connected to the NC network circuit generally takes place via a mesh network, but can also occur via a serial bus, Wi-Fi, PLC, or other communication medium. In the example embodiment, communication can be dedicated to a specific device or based on broadcasting a message to all controllers and devices operating in the NC network circuit. Each element of the NC network circuit contains a communication module. The communication module is responsible for transmitting signals between the NC network circuit elements. Examples of communication mediums include a radio network (including mesh and Wi-Fi networks), a GSM network, or the PLC standard (communication via electronic wires). Depending on the communication medium used, signals in the communication module can take on the role of signals with a specific structure or commands implemented at a higher communication layer (an example would be the REST API interface created on the HTTP layer, which is implemented on the TCP layer, which in turn is implemented on the Ethernet layer).
Urządzenia podłączone do obwodu sieciowego NC mogą również komunikować się z centralnym układem zarządzania CMS jak wspomniano już wyżej. Centralny układ zarządzania CMS jest układem, który zbiera informacje z różnych urządzeń/odbiorników obwodu sieciowego NC, gromadzi dane, oraz przesyła komunikaty do elementów sterujących w przykładzie wykonania do stacji ładowania CS, sterownika oświetleniowego LC, sterownika zewnętrznego EC, przy czym sterownik zewnętrzny EC jest przykładem sterownika, który w minimalnym zakresie implementuje funkcje włącz i wyłącz. W przykładzie wykonania sterownik zewnętrzny EC złożony jest z modułu komunikacji implementującego dwa sygnały: włącz/wyłącz. Moduł ten będzie odpowiadał za komunikacje oraz za zwarcie lub rozwarcie styków włączających zewnętrzne urządzenie do obwodu sieciowego NC. W tym miejscu należy nadmienić, że komunikacja z centralnym układem zarządzania CMS jest opcjonalna i redundantna do komunikacji z aktualnym elementem sterującym, który przejmuje sterowanie w obwodzie sieciowym NC. Elementem sterującym przejmującym kontrole w obwodzie sieciowym NC w przykładzie wykonania jest jeden z autonomicznych układów sterujących ACS według wynalazku zintegrowany ze stacją ładowania CS.Devices connected to the NC network circuit can also communicate with the central management system (CMS), as mentioned above. The central management system (CMS) collects information from various devices/receivers in the NC network circuit, stores data, and transmits messages to control elements (in the example embodiment: a CS charging station, an LC lighting controller, and an external EC controller). The external EC controller is an example of a controller that minimally implements on/off functions. In the example embodiment, the external EC controller consists of a communication module implementing two signals: on/off. This module will be responsible for communication and for closing or opening the contacts that connect the external device to the NC network circuit. It should be noted that communication with the central management system (CMS) is optional and redundant to communication with the current control element that takes over control in the NC network circuit. The control element taking over the control in the NC network circuit in the embodiment example is one of the autonomous ACS control systems according to the invention integrated with the CS charging station.
W przykładzie wykonania przedstawionym na FIG. 2A-2B zilustrowano w dwóch wariantach schemat budowy stacji ładowania CS według wynalazku, który jest podłączony do autonomicznego systemu 100 dostosowujący prace stacji lądowania CS pojazdów elektrycznych EV do warunków panujących w sieci energetycznej. W pierwszym wariancie na FIG. 2A zilustrowano schemat, w którym układ ładowania 50 pojazdu elektrycznego EV bezpośrednio współpracuje z modułem sterowania 20 ładowaniem pojazdu elektrycznego EV stanowiącym element składowy autonomicznego układu sterującego ACS według wynalazku. W drugim wariancie na FIG. 2B zilustrowano schemat, w którym układ ładowania 50 pojazdu elektrycznego EV współpracuje z modułem sterowania 20 stanowiącym element składowy autonomicznego układu sterującego ACS według wynalazku poprzez moduł sterowania 60 ładowaniem pojazdu elektrycznego EV. Niezależnie od wariantu w tym miejscu warto podkreślić, że autonomiczny układ sterujący ACS według wynalazku może być także niezależnym elementem składowym występującym poza zintegrowanym elementem wbudowanym w strukturę stacji ładowania CS.In the embodiment shown in FIGS. 2A-2B, two variants of a diagram of the structure of a CS charging station according to the invention are illustrated, which is connected to an autonomous system 100 that adapts the operation of the CS charging station for electric vehicles (EVs) to the conditions prevailing in the power grid. In the first variant, FIG. 2A illustrates a diagram in which the EV charging system 50 directly cooperates with the EV charging control module 20, which is a component of the ACS autonomous control system according to the invention. In the second variant, FIG. 2B illustrates a diagram in which the EV charging system 50 cooperates with the control module 20, which is a component of the ACS autonomous control system according to the invention, via the EV charging control module 60. Regardless of the variant, it is worth emphasizing here that the ACS autonomous control system according to the invention can also be an independent component occurring outside the integrated element built into the structure of the CS charging station.
Autonomicznym układ sterujący ACS kontroluje prace stacji ładowania CS i co do zasady ma dwa tryby działania:The autonomous ACS control system controls the operation of the CS charging station and generally has two operating modes:
- tryb pracy ACS 1 dotyczący sterowania zintegrowaną stacją ładowania CS, oraz- ACS 1 operating mode for controlling the integrated CS charging station, and
- tryb pracy ACS2 dotyczący sterowania zintegrowaną stacją ładowania CS oraz dowolnym elementem pracującym we wspólnym obwodzie sieciowym NC pełniąc wówczas rolę nadrzędnego autonomicznego układu sterującego MACS, przy czym zakładamy tutaj, że w danej chwili, w obwodzie sieciowym NC, tylko jeden autonomiczny układ sterujący ACS może pełnić rolę MACS, a pozostałe autonomiczne układy sterujące ACS wówczas pełnią rolę podrzędnych autonomicznych układów sterujących SACS w obwodzie sieciowym NC. W skład autonomicznego układu sterującego ACS wchodzą następujące elementy składowe: moduł 10 komunikacji, moduł 20 sterowania ładowaniem oraz moduł 30 bazy danych oraz moduł 40 predykcji, które ze sobą współpracują. Moduł 10 komunikacji odpowiada za komunikacje z resztą układu.- ACS2 operating mode for controlling the integrated CS charging station and any component operating in a common NC network circuit, acting as a master MACS autonomous control system. We assume that at any given time, in the NC network circuit, only one ACS autonomous control system can act as the MACS, and the remaining ACS autonomous control systems then act as slave SACS autonomous control systems in the NC network circuit. The ACS autonomous control system consists of the following components: communication module 10, charging control module 20, database module 30, and prediction module 40, which work together. Communication module 10 is responsible for communication with the rest of the system.
Autonomiczny układ sterujący ACS w trybie pracy ACS1 realizuje następujący zestaw komunikatów/sygnałów: żądanie zmiany parametrów ładowania, wysłania aktualnego stanu urządzenia. W przypadku żądania wysłania aktualnego stanu urządzenia podobnie jak wyżej opisano w opisie może mieć formę cykliczną - definiującą co jaki okres czasu ma być wysyłany komunikat/sygnał dotyczący stanu pracy urządzenia/odbiornika w obwodzie sieciowym NC oraz do jakich urządzeń/odbiorników w obwodzie sieciowym NC. Ponadto żądanie to może mieć charakter żądania wysłania informacji o aktualnym stanie urządzenia/odbiornika lub w momencie zmiany jednego z parametrów dynamicznych, może również usuwać zdefiniowaną wcześniej cykliczność wysyłki, status pracy urządzenia/odbiornika, sygnały potrzebne do ustalenia MACS w przypadku jego braku (tj. braku otrzymywania sygnałów o jego pracy), oraz sygnał zapisu konfiguracji do modułu 40 predykcji, przy czym zmiana może być wyzwalana od centralnego układu zarządzania CMS.In the ACS1 operating mode, the autonomous ACS control system implements the following set of messages/signals: a request to change charging parameters, and to send the current device status. A request to send the current device status, similarly to the above-described description, may be cyclical, defining the intervals at which a message/signal regarding the operating status of a device/receiver in the NC network circuit is to be sent, and to which devices/receivers in the NC network circuit. Furthermore, this request may be a request to send information about the current device/receiver status or, when one of the dynamic parameters changes, it may also remove the previously defined cyclicality of the sending, the device/receiver operating status, signals needed to establish the MACS in its absence (i.e., no signals are received about its operation), and a configuration write signal to the prediction module 40, wherein the change may be triggered by the central CMS management system.
Z kolei autonomiczny układ sterujący ACS w trybie pracy ACS2 realizuje dodatkowo następujący zestaw komunikatów/sygnałów: sygnał potwierdzający prace MACS, żądanie wysłania stanu elementu obwodu sieciowego NC (dla każdego typu elementu analizatora sieciowego NA, sterownika oświetlenia LC, autonomicznego układu sterującego ACS), pobranie informacji od elementu na temat jego stanu pracy. W przypadku sterownika oświetlenia LC zestaw komunikatów/sygnałów wygląda następująco: włączenie oprawy, wyłączenia oprawy, redukcja poziomu natężenia świecenia oprawy, wysyłki nowego harmonogramu pracy oprawy oświetleniowej, zapis zewnętrznego parametru, który może być użyty w module 40 predykcji.In turn, the ACS autonomous control system in ACS2 mode additionally implements the following set of messages/signals: a signal confirming MACS operation, a request to send the status of an NC network circuit element (for each type of element: NA network analyzer, LC lighting controller, ACS autonomous control system), and obtaining information from the element regarding its operating status. In the case of the LC lighting controller, the set of messages/signals is as follows: switching on a luminaire, switching off a luminaire, reducing the luminaire's light intensity, sending a new luminaire operation schedule, and recording an external parameter that can be used in the prediction module.
Parametry pracy elementów zapisuje się w module 30 bazy danych, przy czym ze względu na implementacje zakłada się, że w minimalnym zakresie będą przechowywane bieżące wartości. Przykładem implementacji modułu 30 bazy danych może być pamięć mikrokontrolera sterującego układem. Każdorazowa zmiana stanu w module 30 bazy danych wyzwala akcje w module 40 predykcji.The operating parameters of the components are stored in database module 30, although implementation considerations assume that minimal current values will be stored. An example implementation of database module 30 would be the memory of a microcontroller controlling the system. Each change in the state of database module 30 triggers actions in prediction module 40.
Wspomniany moduł 40 predykcji na podstawie zapisanej konfiguracji realizuje sterowanie w obwodzie sieciowym NC według przyjętej strategii mającej na celu nie dopuścić do przekroczenia ustalonej mocy pracy całego obwodu sieciowego NC, oraz zminimalizować negatywne parametry jakościowe pracy obwodu sieciowego NC (przykładowo takie jak moc bierna). Zasadniczo moduł 40 predykcji wyznacza parametry działania elementów obwodu sieciowego NC w oparciu o bieżące dane (m.in. wspomniane już dane na temat natężenia ruchu pojazdów, planowany harmonogram natężenia świecenia opraw oświetleniowych, itp.), oraz również na podstawie danych historyczn ych i utworzonych modeli statystycznych (w tym tak zwanego machine learning). Przyjmuje się, że znana jest informacja na temat zapotrzebowania na usługę ładowania w analogicznym okresie w przeszłości, a zatem znana jest również charakterystyka zmian natężenia świecenia opraw oświetleniowych do z góry zdefiniowanego czasu i innych parametrów działania układu (prądu obwodu sieciowego NC). W związku z powyższym wiemy zatem, kiedy będzie występowało ryzyko przeciążenia obwodu sieciowego NC. Wiedza ta daje również szanse do tworzenia dodatkowych usług dodanych. Nie są one przedmiotem wynalazku, ale pokazują jego praktyczne zastosowanie. Możliwa staje się estymacja i utworzenie funkcji czasu ładowanie pojazdu elektrycznego EV przez użytkownika w stosunku do funkcji utraconych korzyści przez system 100. Co stanowi potencjał do tworzenia kontraktów terminowych. Użytkownik określając dłuższy czas ładowania, daje możliwość ograniczenia mocy ładowania pojazdu elektrycznego w przyszłości i możliwość, aby z usługi ładowania skorzystali inni użytkownicy obwodu sieciowego NC. Wspomniany moduł 40 predykcji bezpośrednio komunikuje się z modułem 20 sterowania ładowaniem pojazdu elektrycznego EV, który zarządza parametrami ładowania pojazdu elektrycznego EV tj. prądem ładowania. Z kolei moduł 20 sterowania ładowaniem przyjmuje żądanie zmiany parametrów bezpośrednio od modułu 10 komunikacji. Moduł 20 sterowania ładowaniem oprócz sterowania prądem ładowania, umożliwia odczyt parametrów pracy układu takich jak prąd ładowania, temperatura pracy urządzenia (i tym samym możliwość monitorowania i zabezpieczenia przed przegrzaniem układu ładującego), status podłączenia pojazdu elektrycznego EV, status pracy pojazdu elektrycznego EV. Wszelka zmiana pracy stacji ładowania CS jest odnotowywana w module 30 bazy danych.Based on the stored configuration, the aforementioned prediction module 40 controls the NC network circuit according to an adopted strategy aimed at preventing the entire NC network circuit from exceeding the established operating power and minimizing negative quality parameters of the NC network circuit (for example, reactive power). Essentially, the prediction module 40 determines the operating parameters of the NC network circuit components based on current data (including the aforementioned data on vehicle traffic intensity, planned lighting intensity schedule, etc.), as well as historical data and created statistical models (including machine learning). It is assumed that information about the demand for the charging service in a similar period in the past is known, and therefore the characteristics of changes in lighting intensity of the lighting fixtures over a predefined time and other operating parameters of the system (NC network circuit current) are also known. Therefore, we know when there will be a risk of overloading the NC network circuit. This knowledge also provides opportunities to create additional value-added services. These are not the subject of the invention, but demonstrate its practical application. It becomes possible to estimate and create a function of the user's EV charging time relative to the function of lost benefits by the system 100. This provides the potential for creating forward contracts. By specifying a longer charging time, the user can limit the electric vehicle's charging power in the future and allow other users of the NC network circuit to use the charging service. The aforementioned prediction module 40 communicates directly with the EV charging control module 20, which manages the EV charging parameters, i.e., the charging current. In turn, the charging control module 20 accepts a request to change parameters directly from the communication module 10. In addition to controlling the charging current, the charging control module 20 allows for reading system operating parameters such as charging current, device operating temperature (and thus the ability to monitor and protect against overheating of the charging system), EV connection status, and EV operating status. Any changes to the CS charging station's operation are recorded in database module 30.
Na FIG. 3 przedstawiono scenariusz ładowanie pojazdu elektrycznego EV przy wykorzystaniu sposobu 200 według wynalazku dostosowywania działania stacji ładowania CS do warunków panujących w sieci energetycznej według jednego z przykładów wykonania wynalazku. W tym przypadku jedna ze stacji ładowania CS wraz z autonomicznym układem sterującym ACS pełni nadrzędną rolę w stosunku do innych autonomicznych układów sterujących ACS występujących w obwodzie sieciowym NC stając się w takim przypadku nadrzędnym autonomicznym układem sterującym MACS. Nadrzędny autonomiczny układ sterujący MACS steruje wówczas działaniem urządzeń/odbiorników pracujących w obwodzie sieciowym NC. Wspomniany MACS odpowiada za sterowanie urządzeniami pracującymi w obwodzie sieciowym NC oraz przesyła sygnał watchdog do innych urządzeń/odbiorników, na przykład, w tym przykładzie wykonania do sterowników oświetleniowych LC, sterowników zewnętrznych EC, w tym także autonomicznych układów sterujących ACS pełniących wówczas rolę podrzędnych autonomicznych układów sterujących SACS. Sygnał watchodg’a zawiera informacje na temat aktualnej rezerwy mocy w obwodzie sieciowym NC. Rezerwa ta może być wykorzystana do włączenia do obwodu sieciowego NC innych urządzeń/odbiorników, bądź zwiększenia mocy ładowania w aktualnie już pracujących pod kontrolą autonomicznych układów sterujących ACS stacji ładowania CS. Decyzje co do wykorzystania rezerwy podejmuje MACS na podstawie aktualnie posiadanych informacji. Dokładniej opisane zostanie to w przykładzie realizacji wynalazku poniżej.FIG. 3 shows a charging scenario for an electric vehicle (EV) using a method 200 according to the invention for adapting the operation of a CS charging station to the conditions prevailing in the power grid, according to one embodiment of the invention. In this case, one of the CS charging stations, together with the autonomous control system (ACS), plays a superior role in relation to other autonomous control systems (ACS) present in the NC network circuit, becoming the master autonomous control system (MACS). The master autonomous control system (MACS) then controls the operation of devices/receivers operating in the NC network circuit. The aforementioned MACS is responsible for controlling devices operating in the NC network circuit and transmits a watchdog signal to other devices/receivers, for example, in this embodiment, to LC lighting controllers, external EC controllers, including autonomous control systems (ACS), which then act as slave autonomous control systems (SACS). The watchdog signal contains information on the current power reserve in the NC network circuit. This reserve can be used to connect other devices/receivers to the NC network circuit, or to increase the charging power of CS charging stations already operating under the control of autonomous control systems (ACS). Decisions regarding the use of the reserve are made by the MACS based on currently available information. This will be described in more detail in the example implementation of the invention below.
Tak zdefiniowany nadrzędny autonomiczny układ sterujący MACS okresowo dla wartości <T_LIFE> zdefiniowanej w systemie 100 przesyła komunikat o stanie obwodu sieciowego NC - komunikat/sygnał [B1]. Komunikat ten stanowi informacje, że system 100 funkcjonuje poprawnie dla urządzeń pracujących w obwodzie sieciowym NC. W przypadku kiedy komunikat/sygnał nie jest wysyłany przez z góry zdefiniowany czas większy niż wartość <T_LIFE>, stacje ładowania CS, w których wbud owany jest autonomicznym układ sterujący ACS same uzgadniają nowy nadrzędny autonomiczny układ sterujący MACS. Podczas okresu, kiedy nie jest uzgodniony MACS, stacje ładowania CS pracują z minimalną z góry zdefiniowaną mocą ładowania. Z kolei urządzania pracujące w obwodzie sieciowym NC wysyłają informacje o swoim statusie - komunikat/sygnał [B2], informacje te trafiają także do MACS, który odnotowuje status. Status jest wysyłany w momencie zmiany stanu pracy stacji ładowania CS (np. podłączenie nowego pojazdu elektrycznego EV, przerwanie ładowania, zmiana parametrów ładowania, itp.). Odbywa się to cyklicznie w przykładzie wykonania nie rzadziej niż raz na godzinę.The MACS master autonomous control system defined in this way periodically sends a message about the NC network circuit status – message/signal [B1] – for the <T_LIFE> value defined in system 100. This message provides information that system 100 is functioning correctly for devices operating in the NC network circuit. If the message/signal is not sent for a predefined period longer than the <T_LIFE> value, the CS charging stations with the ACS integrated autonomous control system themselves agree on a new MACS master autonomous control system. During the period when the MACS is not agreed, the CS charging stations operate at the minimum predefined charging power. In turn, devices operating in the NC network circuit send information about their status – message/signal [B2]. This information is also sent to the MACS, which records the status. The status is sent when the CS charging station's operating status changes (e.g., connection of a new electric vehicle (EV), interruption of charging, change of charging parameters, etc.). This is done cyclically, in the embodiment at least once an hour.
W przypadku podłączenia pojazdu elektrycznego EV do stacji ładowania CS - komunikat/sygnał [L1], następuje rozpoczęcie ładowania z minimalnymi parametrami ładowania ustawionymi w stacji ładowania CS. Równolegle następuje przesłanie informacji o rozpoczęciu ładowania do MACS - komunikat/sygnał [L2] i uzgodnienie parametrów ładowania - komunikat/sygnał [L3]. Po otrzymaniu informacji o możliwych parametrach ładowania, stacja ładowania CS zmienia parametry ładowania - komunikat/sygnał [L4] pojazdu elektrycznego EV. Zmienia wartość sygnału sterującego, który informuje pojazd elektryczny EV o możliwym zwiększeniu mocy. MACS oraz ACS zaangażowany w ładowanie, monitorują proces ładowania. Lokalne monitorowanie poziomu ładowania polega na cyklicznym uzgadnianiu możliwych parametrów ładowania. Urządzenia te komunikują się ze sobą. Medium komunikacji może stanowić sieć typu Mesh, WIFI, PLC, GSM lub inna. Oba sterowniki sprawują nadzór nad siecią i realizacjami z góry zdefiniowanych funkcji, związanych np. z włączaniem i wyłączaniem oświetlenia - komunikat/sygnał [L7], lub innych urządzeń/odbiorników wpiętych w obwód sieciowy NC - komunikat/sygnał [L8]. Nadrzędny autonomiczny układ sterujący MACS na podstawie aktualnego w danej chwili stanu, podejmuje decyzje o tym, czy nie jest konieczne przeprowadzenie zmiany parametrów ładowania pojazdu elektrycznego EV. Wspomniany MACS powiadamia o tym fakcie autonomiczny układ sterujący ACS uruchomioną stację ładowania CS poprzez przesłanie stosownej informacji - komunikat/sygnał [L5]. Stacja ładowania CS dostosowuje parametry ładowania - komunikat/sygnał [L6] z pojazdem elektrycznym EV. Zmiana parametrów ładowania od strony sprzętowej polega na zmianie sygnałów przesyłanych do ładowanego pojazdu elektrycznego EV (a w przypadku ładowania prądem zmiennym najczęściej jest to realizowane poprzez zmianę częstotliwości sygnału sterującego generowanego przez stację ładowania CS). Sytuacja ta może występować wiele razy podczas pojedynczego ładowania pojazdu elektrycznego EV. Stacja ładowania CS pracuje, aż do momentu pojawienia się zdarzenia związanego z zakończeniem ładowania - komunikat/sygnał [L7]. Może ono wystąpić m.in. po odłączaniu pojazdu elektrycznego EV, przesłania zewnętrznego żądania zakończenia ładowania do stacji ładowania CS, lub samodzielnej decyzji przez sterownik. Po pojawieniu się zdarzenia związanego z zakończeniem ładowania - komunikat/sygnał [L7], stacja ładowania CS powiadamia MACS o fakcie zakończenia ładowania pojazdu elektrycznego.When an electric vehicle (EV) is connected to a charging station (CS) (message/signal [L1], charging begins with the minimum charging parameters set at the CS charging station. In parallel, information about the charging start is sent to the MACS (message/signal [L2]) and the charging parameters are coordinated (message/signal [L3]. After receiving information about possible charging parameters, the CS charging station changes the EV's charging parameters (message/signal [L4]). This changes the value of the control signal, which informs the EV about a possible power increase. The MACS and the ACS involved in charging monitor the charging process. Local monitoring of the charging level involves cyclical coordination of possible charging parameters. These devices communicate with each other. The communication medium can be a mesh network, Wi-Fi, PLC, GSM, or other network. Both controllers supervise the network and the implementation of predefined functions, such as turning on and off lighting (message/signal [L7]), or other devices/receivers connected to the NC network circuit (message/signal [L8]. The MACS master autonomous control system, based on the current status, decides whether it is necessary to change the EV charging parameters. The MACS notifies the ACS autonomous control system of this fact to the activated CS charging station by sending the appropriate information – message/signal [L5]. The CS charging station adjusts the charging parameters – message/signal [L6] – with the EV. Changing the charging parameters on the hardware side involves changing the signals sent to the EV being charged (and in the case of AC charging, this is most often achieved by changing the frequency of the control signal generated by the CS charging station). This situation can occur multiple times during a single EV charging. The CS charging station operates until a charging termination event occurs – message/signal [L7]. This can occur, for example, after the EV is disconnected, an external request to end charging is sent to the CS charging station, or an independent decision by the controller. After the charging completion event occurs - message/signal [L7], the CS charging station notifies the MACS that the electric vehicle charging has been completed.
PRZYKŁAD REALIZACJI WYNALAZKUEXAMPLE OF THE INVENTION IMPLEMENTATION
Dla lepszego zilustrowania istoty rozwiązania według wynalazku i korzyści z niego płynących przyjmijmy, że w sieci energetycznej, w naszym przypadku infrastrukturze oświetleniowej, do obwodu sieciowego NC, w tym przypadku 1-fazowego obwodu, podłączone są następujące urządzenia/odbiorniki o różnych charakterystykach poboru mocy takie jak:To better illustrate the essence of the solution according to the invention and its benefits, let us assume that in the power network, in our case the lighting infrastructure, the following devices/receivers with different power consumption characteristics are connected to the NC network circuit, in this case a 1-phase circuit, such as:
• dwie stacje ładowania CS o mocy 3,6 kW (16A) bez autonomicznego układu sterującego ACS, lecz o znanej charakterystyce poboru mocy CPC (maksymalna moc pracy to 7,2 kW), • trzydzieści opraw LED-owych o mocy 100 W ze sterownikiem zewnętrznym EC oświetlających ulice (moc 3 kW, ale podczas załączania ze względu na 10 krotny prąd załączania mamy chwilowy pobór mocy w granicach 30 kW), • dwadzieścia opraw sodowych o mocy 200 W ze sterownikiem zewnętrznym EC oświetlających ulice (moc 2 kW, ale podczas załączania ze względu na 10 krotny prąd załączania mamy chwilowy pobór mocy w granicach 20 kW), oraz • jeden elektroniczny bilbord reklamowy o znanym poborze mocy wynoszącym maksymalnie 1 kW, który traktujemy jako odbiornik o znanej charakterystyce poboru mocy CPC.• two 3.6 kW (16A) CS charging stations without an autonomous ACS control system, but with a known CPC power consumption characteristic (maximum operating power is 7.2 kW), • thirty 100 W LED luminaires with an external EC controller illuminating streets (power of 3 kW, but during switching on due to the 10-fold switching current we have an instantaneous power consumption of around 30 kW), • twenty 200 W sodium luminaires with an external EC controller illuminating streets (power of 2 kW, but during switching on due to the 10-fold switching current we have an instantaneous power consumption of around 20 kW), and • one electronic advertising billboard with a known power consumption of a maximum of 1 kW, which we treat as a receiver with a known CPC power consumption characteristic.
W pierwszej kolejności rozpatrzymy przypadek, w którym system pracuje bez autonomicznego układu sterującego ACS, a zatem zgodnie ze stanem techniki, w którym wymienione powyżej elementy składowe w tym oprawy oświetleniowe są sterowane według zaprogramowanego harmonogramu pracy, gdzie następuje włączenie i wyłączenie obwodu sieciowego NC o określonej porze dnia (wg. tej samej godziny). Przy takim założeniu osiągamy moc pracy obwodu równą 15,2 kW, przy czym obwód musi być przygotowany na obciążenie wynoszące 78,2 kW (zakładamy bowiem, że prąd załączania opraw oświetleniowych będzie 10 krotnie większy od prądu znamionowego, oraz przekrój kabla musi pozwalać na zwiększony pobór mocy, czyli:First, we will consider the case in which the system operates without an autonomous ACS control system, i.e., in accordance with the state of the art, in which the components mentioned above, including lighting fixtures, are controlled according to a programmed operation schedule, where the NC network circuit is turned on and off at a specific time of day (according to the same time). With this assumption, we achieve an operating power of 15.2 kW, and the circuit must be designed for a load of 78.2 kW (we assume that the switching current of the lighting fixtures will be 10 times greater than the rated current, and the cable cross-section must allow for the increased power consumption, i.e.:
Wielkość Iw* (liczba opraw LED-owych * wielkość Pc opraw LEDO-wych + liczba opraw Sodowych * wielkość Pc opraw Sodowych) = wielkość Pc gdzie:Iw value* (number of LED luminaires * Pc value of LED luminaires + number of Sodium luminaires * Pc value of Sodium luminaires) = Pc value where:
Iw - współczynnik określający o ile prąd załączania opraw oświetleniowej jest większy w stosunku do prądu nominalnego pracy oprawy oświetleniowej (dla uproszczenia przyjmujemy taki sam współczynnik dla opraw LED’owych i sodowych)Iw - a factor determining how much the switching current of the lighting fixture is greater than the nominal operating current of the lighting fixture (for simplicity, we assume the same factor for LED and sodium luminaires)
Pc - pobór mocy oprawy oświetleniowej; a zatem dla przedmiotowego przykładu mamy:Pc - power consumption of the lighting fixture; therefore, for the example in question we have:
* (30 * 100W + 20 * 200W) = 70 kW do tego dochodzi moc odbiorników o znanej charakterystyce CPC (7,2 kW + 1 kW = 8,2 kW), czyli razem 78,2kW.* (30 * 100W + 20 * 200W) = 70 kW plus the power of receivers with known CPC characteristics (7.2 kW + 1 kW = 8.2 kW), i.e. a total of 78.2kW.
W takim przypadku należy zauważyć, że do obwodu sieciowego NC podczas normalnej pracy (z wyjątkiem okresu załączania opraw oświetleniowych), mogą być podłączone urządzenia/odbiorniki pobierające dodatkowo 63,0 kW mocy. W świetle powyższego umożliwia to instalację stacji ładowania CS z autonomicznym układem sterującym ACS według wynalazku. Do obwodu sieciowego NC dołącza się:In this case, it should be noted that during normal operation (except when switching on lighting fixtures), devices/receivers consuming an additional 63.0 kW of power may be connected to the NC network circuit. In light of the above, this enables the installation of a CS charging station with an autonomous ACS control system according to the invention. The following are connected to the NC network circuit:
• szesnaście stacji ładowania CS o maksymalnej mocy 7,2 kW z autonomicznym układem sterującym ACS według wynalazku,• sixteen CS charging stations with a maximum power of 7.2 kW with an autonomous ACS control system according to the invention,
Dla takiego przypadku, całkowita moc pracy stacji ładowania CS z autonomicznym układem sterującym ACS przy pełnym obciążeniu wynosi 115,2 kW, a więc przekracza możliwości obwodu sieciowego NC zdefiniowanego wyżej. Jednakże dokonując redukcji mocy ładowania do 3,6 kW uzyskujemy całkowitą moc ładowania w granicy 57,6 kW. W świetle powyższego, uzyskujemy wartość akceptowaną z punktu widzenia pracy systemu według wynalazku. Zatem możliwe jest ustawienie minimalnego prądu ładowania w autonomicznym układzie sterującym ACS na 3,6 kW. Z tą mocą, w przypadku godzin nie zbiegających się z włączeniem opraw oświetleniowych, stacja ładowania CS rozpocznie ładowanie pojazdu elektrycznego EV, a następnie po uzgodnieniu z nadrzędnym autonomicznym układem sterującym MACS warunków pracy ustali docelową charakterystykę ładowania. Przykładowo, jeśli inne stacje ładowania CS nie będą pracowały, to zaleci ona zwiększenie mocy ładowania pojedynczej stacji do 7,2 kW. W przypadku kiedy ładowanie będzie wchodziło w okres włączenia oświetlenia, nadrzędny autonomiczny układ sterujący MACS przekaże informacje o konieczności redukcji mocy ładowania do 0W, w przedziale czasu włączania opraw oświetleniowych. Analizator sieciowy NA jest dodatkowym gwarantem bezpieczeństwa, monitoruje prąd pracy w obwodzie sieciowym NC w tym przypadku 1-fazowym obwodzie i przekazuje do nadrzędnego autonomicznego układu sterującego MACS informacje na temat aktualnie pobieranej mocy przez wszystkie elementy składowe (w tym przypadku urządzenia/odbiorniki) pracujące w obwodzie sieciowym NC. Nadrzędny autonomiczny układ sterujący MACS może ad-hoc reagować na przeciążenia, sterując urządzeniami/odbiornikami pracującymi w obwodzie sieciowych NC, w tym przypadku wszystkimi urządzeniami/odbiornikami wyposażonymi w odpowiednie sterowniki np. w przypadku opraw oświetleniowych w sterowniki oświetleniowe LC.In this case, the total operating power of the CS charging station with the autonomous ACS control system at full load is 115.2 kW, which exceeds the capacity of the NC network circuit defined above. However, reducing the charging power to 3.6 kW results in a total charging power of approximately 57.6 kW. In light of the above, this value is acceptable for the operation of the system according to the invention. Therefore, it is possible to set the minimum charging current in the autonomous ACS control system to 3.6 kW. At this power, for hours that do not coincide with the switching on of lighting fixtures, the CS charging station will begin charging the electric vehicle (EV). Then, after coordinating the operating conditions with the master autonomous MACS control system, it will set the target charging characteristic. For example, if other CS charging stations are not operating, it will recommend increasing the charging power of a single station to 7.2 kW. If charging occurs during the lighting-on period, the MACS master autonomous control system will inform the user to reduce charging power to 0W during the luminaires' on-time period. The NA network analyzer provides an additional safety measure by monitoring the operating current in the NC network circuit (in this case, a single-phase circuit) and transmitting information to the MACS master autonomous control system about the current power consumption of all components (in this case, devices/receivers) operating in the NC network circuit. The MACS master autonomous control system can respond to overloads ad-hoc by controlling devices/receivers operating in the NC network circuit (in this case, all devices/receivers equipped with appropriate controllers, e.g., in the case of luminaires, LC lighting controllers).
W przedstawionym przykładzie realizacji dodatkowa instalacja sterowników oświetleniowych LC na oprawach oświetleniowych pozwoli na wygenerowanie dodatkowych oszczędności. Co więcej daje możliwość sterowania oprawami oświetleniowymi w czasie rzeczywistym, i tym samym zwiększenia dynamiki związanej z pracą stacji ładowania CS wyposażonej w autonomiczny układ sterujący ACS. Obowiązujące normy oświetleniowe w Europie (CEN EN 13201) i US (ANSEIES RP-8) regulują prawnie bezpieczny poziom oświetlenia dla uczestników ruchu drogowego, oraz ograniczają negatywne skutki dla środowiska. Natężenie oświetlenia zależy od czynników dynamicznych. Przykładem takich czynników są warunki atmosferyczne tj. pogoda, ilość pojazdów aktualnie poruszających się po drodze. W przypadku opomiarowania tych elementów (ruch pojazdów jest zwykle opomiarowany przez pętle indukcyjne) i przekazywania tej informacji do stacji ładowania CS wyposażonej w autonomiczny układ sterujący ACS, np. w jednym z przykładów wykonania poprzez centralny układ zarządzania CMS, mamy możliwość redukcji natężenia świecenia opraw oświetleniowych, i tym samym pobieranej mocy przez oprawy oświetleniowe. Dla przykładu, według przyjętej norm y CEN EN 13201-2:2015, redukując poziom świecenia z klasy oświetleniowej M2 (wymagany poziom luminancji wynosi 1,5 cd/m2) na M4 (wymagany poziom luminancji to 0,75 cd/m2) uzyskujemy konkretne oszczędności. Poziom świecenia możemy zredukować w momencie, kiedy przykładowo dla drogi wielopasmowej, natężenie ruchu (ang. traffic volume) spadnie z 50% do poniżej 15% całkowitej przepustowości drogi. Redukcja może też nastąpić na skutek zmiany innych czynników - takich jak uwolnienie drogi od zaparkowanych pojazdów. Redukcja poziomu oświetlenia o dwa poziomy daje możliwość redukcji mocy świecenia opraw oświetleniowych (z 1,5 cd/m2 do 0,75 cd/m2) o około 50%. Jeśli nastąpi ona na obu oświetlanych odcinkach drogi mamy możliwość zredukowania mocy z 7 kW do 3,5 kW. Redukcja ta daje możliwość na zainstalowanie dodatkowej stacji ładowania CS z autonomicznym układem sterującym ACS według wynalazku lub lepszego balansowania mocą za pomocą pracujących już w obwodzie stacjami ładowania CS.In the presented implementation example, the additional installation of LC lighting controllers on the luminaires will generate additional savings. Furthermore, it allows for real-time control of the luminaires, thus increasing the dynamics associated with the operation of a CS charging station equipped with an autonomous ACS control system. Applicable lighting standards in Europe (CEN EN 13201) and the US (ANSEIES RP-8) legally regulate safe lighting levels for road users and limit negative environmental impacts. Lighting intensity depends on dynamic factors. Examples include atmospheric conditions, such as the weather, and the number of vehicles currently on the road. By measuring these elements (vehicle traffic is typically measured using induction loops) and transmitting this information to a CS charging station equipped with an autonomous ACS control system, for example, in one embodiment via the central management system (CMS), we can reduce the luminous intensity of the luminaires, and therefore the power consumed by the luminaires. For example, according to the adopted CEN EN 13201-2:2015 standard, reducing the luminance level from lighting class M2 (required luminance level is 1.5 cd/ m² ) to M4 (required luminance level is 0.75 cd/ m² ) yields significant savings. The luminance level can be reduced when, for example, on a multi-lane road, traffic volume drops from 50% to below 15% of the total road capacity. Reductions can also occur as a result of other factors, such as clearing the road of parked vehicles. Reducing the luminance level by two levels allows for a reduction in luminaire power (from 1.5 cd/ m² to 0.75 cd/ m² ) by approximately 50%. If this occurs on both illuminated road sections, the power can be reduced from 7 kW to 3.5 kW. This reduction makes it possible to install an additional CS charging station with an autonomous ACS control system according to the invention or to better balance the power using CS charging stations already operating in the circuit.
W zależności od użytych typów opraw oświetleniowych, przy redukcji natężenia światła, może pojawić się moc bierna o charakterze indukcyjnym lub pojemnościowym. W omawianym przykładzie, moc bierna może wynosić ponad 1 VAR. Jest to zjawisko negatywne z punktu widzenia jakości obwodu sieciowego NC. Aby wyeliminować to zjawisko możliwe jest zainstalowanie dodatkowych kompensatorów mocy biernej (w najprostszej wersji są to dławiki) dołączonych do obwodu sieciowego NC poprzez sterownik zewnętrzny EC. W przypadku wykrycia tego zjawiska przez analizator sieciowy NA, autonomiczny układ sterujący ACS według wynalazku pełniący funkcje nadrzędnego autonomicznego układu sterującego MACS może zarządzić włączenie wybranych kompensatorów, po to aby wyeliminować negatywne zjawisko.Depending on the type of luminaires used, inductive or capacitive reactive power may occur when light intensity is reduced. In the example discussed, the reactive power may exceed 1 VAR. This negatively impacts the quality of the NC network circuit. To eliminate this phenomenon, it is possible to install additional reactive power compensators (in the simplest version, these are chokes) connected to the NC network circuit via an external EC controller. If this phenomenon is detected by the NA network analyzer, the ACS autonomous control system, according to the invention, acting as the master MACS autonomous control system, can order the activation of selected compensators to eliminate the negative phenomenon.
W przedstawionym przykładzie wykonania dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku z jednej strony mamy możliwość zwiększenia dostępności punktów stacji ładowania CS w infrastrukturze oświetleniowej przy optymalnym zarządzaniu czasem ładowania pojazdów elektrycznych EV, a z drugiej strony mamy możliwość eliminacji negatywnych zjawisk w postaci występowania mocy biernej, czy prześwietleniami jakie mogą pojawić się na infrastrukturze oświetleniowej.In the presented embodiment, thanks to the use of the solution according to the invention, on the one hand we have the ability to increase the availability of CS charging station points in the lighting infrastructure with optimal management of the charging time of electric vehicles EV, and on the other hand we have the ability to eliminate negative phenomena in the form of reactive power or overexposure that may appear on the lighting infrastructure.
Powyższy opis przedstawionych przykładów wykonania jest dostarczony w celu umożliwienia dowolnemu znawcy zrealizowanie lub wykorzystanie niniejszego wynalazku. Możliwe są także różne modyfikacje przedstawionego przykładu wykonania obejmujące wszystkie takie zmiany, modyfikacje i odmiany, które wchodzą w obszar istoty i zakresu załączonych zastrzeżeń patentowych. Podstawowe zasady tu określone mogą być zatem zastosowane w innych przykładach wykonania bez wykraczania poza zakres wynalazku. Zatem, zamierzeniem niniejszego wynalazku nie jest ograniczanie go do przykładów wykonania tu przedstawionych, ale aby był zgodny z najszerszym zakresem odpowiadającym przedstawionym tu zasadom i nowym cechom.The foregoing description of the disclosed embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to the disclosed embodiment are possible, including all such changes, modifications, and variations as fall within the spirit and scope of the appended claims. The generic principles defined herein may therefore be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Therefore, the present invention is not intended to be limited to the embodiments disclosed herein, but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.
Niniejsze rozwiązanie według wynalazku oferuje zatem przy użyciu wyżej wymienionych środków technicznych, jak wskazano na Figurach od FIG. 1 do FIG. 3, stację ładowania pojazdów elektrycznych oraz autonomiczny system i sposób dostosowywania działania stacji ładowania pojazdów elektrycznych do warunków panujących w sieci energetycznej, w szczególności ze szczególnym uwzględnieniem charakterystyki sieci oświetleniowej, z wykorzystaniem zaprojektowanych elementów oraz układów przeznaczonych do monitorowania, sterowania i predykcji.The present solution according to the invention therefore offers, using the above-mentioned technical means, as indicated in Figures from FIG. 1 to FIG. 3, an electric vehicle charging station and an autonomous system and method for adapting the operation of an electric vehicle charging station to the conditions prevailing in the power grid, in particular with particular regard to the characteristics of the lighting network, using designed elements and systems intended for monitoring, control and prediction.
ZASTOSOWANIE WYNALAZKUAPPLICATION OF THE INVENTION
Przedmiotowe rozwiązanie według wynalazku znajdzie zastosowanie w szeroko rozumianej branży elektromobilnej, w szczególności będzie mogło zostać wykorzystane w infrastrukturze ładowania pojazdów elektrycznych. Wynalazek znajdzie również zastosowanie w sieciach energetycznych, w szczególności ze szczególnym uwzględnieniem charakterystyki sieci oświetleniowej, w których występuje ryzyko przeciążenia lub obniżenia parametrów jakościowych sieci przez zainstalowane w niej urządzeń/odbiorników o różnych charakterystykach poboru mocy, w tym stacji ładowania.The present invention will find applications in the broadly understood electromobility industry, particularly in electric vehicle charging infrastructure. The invention will also find applications in power grids, particularly in lighting networks, where there is a risk of overloading or degradation of network quality parameters due to devices/receivers with varying power consumption characteristics, including charging stations.
Przykładowym obszarem, w którym wynalazek może zostać zastosowany jest zatem istniejąca już infrastruktura energetyczna w szczególności infrastruktura oświetleniowa, w której włączanie opraw oświetleniowych, oraz operacje związane z redukcją poziomu świecenia powodują okresowe zmiany w poborze prądu oraz pojawienie się mocy biernej.An example of an area in which the invention can be applied is the existing energy infrastructure, in particular the lighting infrastructure, in which switching on lighting fixtures and operations related to reducing the light level cause periodic changes in power consumption and the appearance of reactive power.
WYKAZ OZNACZEŃ ODSYŁAJĄCYCHLIST OF REFERENCE NOTATIONS
100 autonomiczny system100 autonomous system
200 autonomiczny sposób200 autonomous way
CS stacja ładowaniaCS charging station
EV pojazd elektrycznyEV electric vehicle
COA wspólny obszar pracyCOA shared work area
ACS autonomiczny układ sterujący moduł komunikacyjny moduł sterowania ładowaniem moduł bazy danych moduł predykcji układ ładowania pojazduACS autonomous control system communication module charging control module database module prediction module vehicle charging system
CMS centralny układ zarządzaniaCMS central management system
NC obwód sieciowyNC network circuit
NA analizator sieciowyNA network analyzer
PP punkt zasilaniaPP power point
LC sterownik oświetleniowyLC lighting controller
EC sterownik zewnętrznyEC external controller
MACS nadrzędny autonomiczny układ sterującyMACS Master Autonomous Control System
SACS podrzędny autonomiczny układ sterującySACS slave autonomous control system
CPC znana charakterystyka poboru mocyCPC known power consumption characteristics
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL440997A PL248511B1 (en) | 2022-04-22 | 2022-04-22 | Electric vehicle charging station and autonomous system and method for adapting the operation of electric vehicle charging stations to the conditions prevailing in the power grid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL440997A PL248511B1 (en) | 2022-04-22 | 2022-04-22 | Electric vehicle charging station and autonomous system and method for adapting the operation of electric vehicle charging stations to the conditions prevailing in the power grid |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL440997A1 PL440997A1 (en) | 2023-10-23 |
| PL248511B1 true PL248511B1 (en) | 2025-12-22 |
Family
ID=88469712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL440997A PL248511B1 (en) | 2022-04-22 | 2022-04-22 | Electric vehicle charging station and autonomous system and method for adapting the operation of electric vehicle charging stations to the conditions prevailing in the power grid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL248511B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4461586A3 (en) | 2024-09-05 | 2025-03-26 | Ekoenergetyka - Polska Spolka Akcyjna | Input low-pass passive filter and filtering method |
-
2022
- 2022-04-22 PL PL440997A patent/PL248511B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL440997A1 (en) | 2023-10-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2020243397B2 (en) | Converter with power management system for household users to manage power between different loads including their electric vehicle | |
| US9024471B2 (en) | System and method for an intelligent power controller | |
| KR102889106B1 (en) | Decentralized control and grid stability for energy storage device charging | |
| JP5107345B2 (en) | Modular energy control system | |
| JP5660863B2 (en) | Control apparatus and control method | |
| WO2013065419A1 (en) | Charging control device, cell management device, charging control method, and recording medium | |
| KR102450203B1 (en) | Variable power control system for electric vehicle charging | |
| KR20130075052A (en) | Grid-connected control and monitoring system for street light | |
| Rajapandiyan et al. | Energy management in distribution system due to the integration of renewable energy powered EV charging infrastructures | |
| KR102546150B1 (en) | Electric vehicle charging control device considering the public housing power system | |
| KR102537928B1 (en) | Power management device for apartment houses using conservation voltage reduction and charging scheduling | |
| PL248511B1 (en) | Electric vehicle charging station and autonomous system and method for adapting the operation of electric vehicle charging stations to the conditions prevailing in the power grid | |
| Bruno et al. | A microgrid architecture for integrating EV charging system and public street lighting | |
| WO2023187551A1 (en) | A mobile off-grid power system and method thereof | |
| AU2026200416B2 (en) | Converter with power management system for household users to manage power between different loads including their electric vehicle | |
| CA3141685C (en) | Converter with power management system for household users to manage power between different loads including their electric vehicle | |
| KR102798524B1 (en) | Small energy storage system with electric vehicle charging function and control method for the same | |
| Wargers et al. | European Distribution System Operators for Smart Grids | |
| US20240174115A1 (en) | System and method for controlled charging of multiple electrical vehicles on a single distribution transformer | |
| Agsten et al. | On the optimization of the load of electric vehicles | |
| Sarker et al. | Smart meter assisted electric energy management schemes for power distribution and residential customer usage | |
| Žitnik et al. | Power management for private and semi-private EV charging |