СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК B60L53/63 B60L53/66 G06Q10/02 G06Q30/02 G06Q50/06 

Группа изобретений относится к области мониторинга и распределения электрической мощности между потребителями в условии города, причем потребителями являются собственники электромобилей и помещений города.

Известен аналог способа – способ автоматической зарядки аккумуляторов электромобилей в периоды низкой нагрузки на электросеть (US10500979, 30.06.2017), в котором блок измерения тока измеряет ток в сети питания, от которой запитана зарядная станция, и передает измеренный ток на контроллеры. Когда уровень использования сети низкий, зарядные станции электромобилей активны. По мере того, как использование сети приближается к пиковому использованию, в ответ на увеличение измеряемого тока контроллеры последовательно понижают выделяемую на зарядные станции мощность на пороговые уровни.

Известен аналог устройства – система автоматической зарядки аккумуляторов электромобилей в периоды низкой нагрузки на электросеть (US10500979, 30.06.2017), в котором имеется сеть питания, блок измерения тока, который измеряет ток в сети питания, имеется зарядная станция, которая запитана от сети питания, имеются контролеры, связанные с блоком измерения тока и зарядными станциями.

Недостатком аналога способа и устройства является недостаточно эффективное распределение мощности в течение дня между потребителями из-за отсутствия функции передачи части мощности от других потребителей на зарядную станцию в зависимости от наличия спроса на нее, в том числе по более высокой цене.

Известен наиболее близкий аналог способа – способ управления потреблением электрической мощности станциями зарядки электромобилей (WO2022106802A1, 16.11.2021), принятый в качестве прототипа способа, в котором устанавливают еженедельный график предоставления мощности для зарядки электромобиля каждой зарядной станции, принадлежащей жилому помещению так, что разрешают зарядку электромобиля или запрещают зарядку электромобиля в соответствии с графиком. Осуществляют связь жилища с системой управления через интернет. При наличии значительного количества электроэнергии график включает множество интервалов, в течение которых возможна зарядка.

Известен близкий аналог устройства – система управления потреблением электрической мощности станциями зарядки электромобилей (WO2022106802A1, 16.11.2021), содержащая электросеть, устройство управления электропитанием, содержащее блоки управления, переключатели, причем устройство управления электропитанием выполнено с возможностью устанавливать еженедельный график для каждого жилого помещения, блок управления соединен с переключателями с возможностью разрешать зарядку электромобиля или запрещать зарядку электромобиля в соответствии с графиком. Каждый блок управления подключен между источником, подключенным к сети, и соответствующим одним из зарядных выходов. Имеется средство для подключения к Интернету, имеются антенны для связи блока управления с жилищем и облачной базой данных в интернет.

Недостатком прототипов способа и устройства является низкая эффективность распределения мощности по территории города в течение дня из-за отсутствия функции передачи части мощности, предоставленной собственникам жилых помещений, зарядным станциям для электромобилей в зависимости от наличия соответствующего спроса и предложения. А также этот недостаток включает отсутствие возможности перераспределения потребителей-электромобилей по территории города между зарядными станциями. У электромобилей, которые перемещаются по городу целый день, например такси, особенно в условиях холодного климата, возникает необходимость дозарядки в течение дня. С ростом количества электромобилей становится невозможным закрыть их потребность в зарядке существующими зарядными станциями ввиду недостаточной для них выделенной мощности. Необходимы мощные зарядные станции, обеспечивающие быструю зарядку более одного электромобиля. В то же время в течение дня такие помещения, как жилые дома, квартиры, снижают свое потребление электроэнергии и освобождается мощность. Предлагаемое изобретение является техническим решением, позволяющим снять данное противоречие.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в оптимизации распределения электрической мощности между потребителями: зарядными станциями для электромобилей и жилыми помещениями, с учетом определения изменяющейся во времени и пространстве потребности в электрической мощности, с перераспределением мощности от источников потребителям и перераспределением в пространстве самих потребителей мощности.

Технический результат достигается в способе управления потреблением электрической мощности, в котором тиристорными регуляторами регулируют мощность подаваемой на станции зарядки электроэнергии, причем через блок координат, выполненный с возможностью получения информации о местоположении электромобилей через систему GPS, получают информацию о количестве электромобилей, находящихся вблизи зарядной станции и осуществляющих запрос на получение мощности на зарядку, через блок информации пользователей получают информацию об уровне зарядки указанных электромобилей и информацию о свободной мощности зарядных станций, блоком управления сравнивают необходимую мощность для зарядки запрашивающих зарядку электромобилей со свободной мощностью ближайшей зарядной станции, при отсутствии запрашиваемой электромобилями мощности на зарядной станции через блок информации делают запрос собственникам находящихся вблизи зарядной станции помещений на освобождение части электрической мощности для предоставления её зарядной станции, если вычисленная блоком управления суммарная предлагаемая собственниками для выделения зарядной станции мощность меньше мощности, запрашиваемой электромобилями, то блоком управления вычисляют расстояние, которое сможет проехать электромобиль при имеющемся у него уровне заряда, и сравнивают с расстоянием до следующей зарядной станции, выделяют группу электромобилей, которая может доехать до следующей станции, далее осуществляют аналогичный алгоритм выделения мощности для этой группы электромобилей применительно к следующей станции, при отсутствии варианта размещения на зарядку всех рассматриваемых электромобилей через блок информации направляют сторонам информацию с предложением о повышении тарифа, по которому предлагают мощность зарядным станциям, при согласии сторон, тиристорными регуляторами осуществляют ограничение мощности, подаваемой в помещения, и увеличивают мощность, подаваемую на зарядную станцию.

Технический результат достигается в системе управления потреблением электрической мощности, содержащей сеть электропитания, зарядные станции, блок управления, тиристорные регуляторы, выполненные с возможностью управления величиной потребляемой из сети мощности, причем имеется блок координат, выполненный с возможностью получения информации о местоположении электромобилей через систему GPS, имеется блок информации пользователей, выполненный с возможностью обмена информацией между пользователями электромобилей и собственниками помещений, зарядные станции и вводные устройства помещений связаны с сетью через тиристорные регуляторы, блок управления связан с тиристорными регуляторами, с блоком координат, с блоком информации пользователей, причем зарядные станции имеют функцию быстрой зарядки и возможность присоединения более одного автомобиля.

На фиг. 1 изображена схема системы управления потреблением электрической мощности.

На фиг. 2 изображен алгоритм способа управления потреблением электрической мощности.

Система управления потреблением электрической мощности содержит сеть электропитания 1, как показано на фиг.1, зарядные станции 2, 3, блок управления 4, тиристорные регуляторы 5, 6 выполненные с возможностью управления величиной потребляемой из сети 1 мощности, причем имеется блок координат 7, выполненный с возможностью получения информации о местоположении электромобилей 8 через систему GPS 9, имеется блок информации пользователей 10 выполненный с возможностью обмена информацией между пользователями электромобилей 8 и собственниками помещений 11, зарядные станции 2, 3 и вводные устройства 12 электропитания помещений 11 связаны с сетью через тиристорные регуляторы 6, блок управления 4 связан с тиристорными регуляторами 5, 6, с блоком координат 7, с блоком информации пользователей 10, причем зарядные станции 2, 3 имеют функцию быстрой зарядки и возможность присоединения более одного автомобиля.

Рассмотрим пример реализации системы управления потреблением электрической мощности, предназначенной для осуществления способа управления потреблением электрической мощности. Сетью электропитания 1 является городская электрическая сеть, питающая определенный район города, содержащая распределительное устройство с напряжением 10 кВ на выходе и трансформаторные станции для большого дома, двора из нескольких домов или небольшого квартала, которое на выходе имеет напряжение 400 В, далее в электрощите здания фазы разделяют до напряжения 220 В. Зарядные станции 2, 3 выполнены в виде зарядных станций для электромобилей. Причем зарядная станция 2 имеет функцию быстрой зарядки электромобиля с мощностью зарядки одного электромобиля 22кВт, позволяющей зарядить один электромобиль за 1-2 часа. А так как возможна зарядка более одного автомобиля, то потребляемая мощность такой зарядной станции 2 соответственно выше. Это необходимо для осуществления способа, так как зарядные станции низкой мощности не способны закрыть указанную потребность, так как способны заряжать электромобили медленно в течении 10 и более часов, такой режим не подходит для такси. Или не способны заряжать множество электромобилей, что также не позволит закрыть указанную потребность. Существующая городская электрическая сеть имеет ограничение по мощности, поэтому возникает необходимость её перераспределения между потребителями, заимствуя мощность для зарядных станций у близлежащих помещений.

Блок управления 4 выполнен в виде сервера, на котором выполняется управляющая программа. Тиристорные регуляторы 5, 6 - это специальные устройства, которые выполняют регулировку и контроль мощности электрической энергии. Применение тиристорного регулятора обеспечивает поддержку необходимого значения электрического тока, которое требуется для достижения заданного уровня мощности и напряжения в оборудовании потребителя. Тиристорный регулятор выполнен на базе управляемых тиристоров типа Т143-500. Блок координат 7 в примере реализации выполнен в виде программного модуля на сервере 4, который собирает данные GPS–приемников, которые установлены на электромобилях 8. Для этого владельцы электромобилей 8 разрешают предоставление такой информации. Блок координат 7 может быть выполнен в виде отдельного сервера. Блок информации пользователей 10 в примере реализации выполнен в виде программного модуля на сервере 4. Он обеспечивает обмен информации между пользователями электромобилей 8 и собственниками помещений 11 через сеть Интернет 13. Блок информации пользователей 10 может быть выполнен в виде отдельного сервера. В качестве вводного устройства 12 электропитания может выступать электрощит помещения или же понижающая подстанция. Помещениями 11 являются отдельные частные дома, многоквартирные дома, производственные помещения, отдельные подъезды в домах, торговые помещения, отдельные квартиры. В качестве электромобилей 8 в примере реализации выступают легковые автомобили с электрическим приводом, перемещающиеся по городу, например, такси, которым приходится много перемещаться и в течение дня может потребоваться зарядка.

Рассмотрим пример реализации способа управления потреблением электрической мощности. Электромобили 8 перемещаются по городу, координаты их местоположения определяют системой GPS 9 и данную информацию передают на блок координат 7 через Интернет посредством мобильной связи. Водители электромобилей 8, которым требуется зарядка, направляют информацию о необходимости зарядки в блок управления 4 через Интернет посредством мобильной связи, туда же направляют информацию об оставшемся уровне зарядки электромобиля 8. Блок управления 4, имея информацию о координатах расположения зарядных станций 2, определяет, к какой зарядной станции ближе расположены рассматриваемые электромобили 8, которым требуется зарядка. После этого блок управления 4 сравнивает необходимую мощность для быстрой зарядки запрашивающих зарядку электромобилей 8 с свободной мощностью ближайшей к ним зарядной станции 2. При отсутствии запрашиваемой электромобилями 8 мощности на зарядной станции 2 делают запрос собственникам находящихся вблизи зарядных станций помещений 11 на освобождение части выделенной этим помещениям электрической мощности для предоставления её зарядной станции 2. Запрос делают направлением сообщения на приложение мобильного телефона или специальный интерфейс, установленный в помещении.

Если суммарная предлагаемая собственниками для выделения зарядной станции 2 мощность меньше мощности, запрашиваемой электромобилями 8, то вычисляют расстояние, которое сможет проехать электромобиль 8 при имеющемся у него уровне заряда и сравнивают с расстоянием до следующей зарядной станции 3. Указанные вычисления осуществляют в блоке управления 4. В базе блока управления 4 выделяют группу электромобилей, которая может доехать до следующей станции 3, и далее осуществляют аналогичный алгоритм выделения мощности применительно к следующей станции 3. При отсутствии варианта размещения на зарядку всех рассматриваемых электромобилей 8, повышают тариф, по которому предлагают мощность зарядным станциям 2, 3. Тариф повышают с заранее введенным в блок управления 4 шагом. Шаг получают при настройке системы. В примере реализации он равен 10 процентам от значения тарифа. Его выбирают в зависимости от производительности оборудования и скорости обмена информацией так, чтобы время получения результата было меньше промежутка времени, после которого не получившие зарядку электромобили теряют способность перемещаться своим ходом. Согласие сторон означает, что собственники помещений готовы выделить мощность за предлагаемую цену, а владельцы электромобилей 8 приобрести её. После получения такой информации блок управления 4 посылает сигнал тиристорным регуляторам 6 на ограничение выделяемой мощности, подаваемой в помещения 11, и тиристорным регуляторам 5 на увеличение мощности, подаваемой на зарядную станцию 2 (3). Алгоритм описанной процедуры представлен на фиг. 2.

Группа изобретений относится к области мониторинга и распределения электрической мощности между потребителями в условии города, причем потребителями являются собственники электромобилей и помещений города. Зарядные станции и вводные устройства сети помещений связаны между собой. При отсутствии запрашиваемой электромобилями мощности на зарядной станции делают запрос собственникам находящихся вблизи зарядной станции помещений на освобождение части электрической мощности для предоставления её зарядной станции. Обеспечивается оптимизация распределения электрической мощности между потребителями: зарядными станциями для электромобилей и жилыми помещениями, с учетом определения изменяющейся во времени и пространстве потребности в электрической мощности, с перераспределением мощности от источников потребителям и перераспределением в пространстве самих потребителей мощности. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ управления потреблением электрической мощности, в котором регулируют мощность подаваемой на станции зарядки электроэнергии, отличающийся тем, что тиристорными регуляторами регулируют мощность подаваемой на станции зарядки электроэнергии, причем через блок координат, выполненный с возможностью получения информации о местоположении электромобилей через систему GPS, получают информацию о количестве электромобилей, находящихся вблизи зарядной станции и осуществляющих запрос на получение мощности на зарядку, через блок информации пользователей получают информацию об уровне зарядки указанных электромобилей и информацию о свободной мощности зарядных станций, блоком управления сравнивают необходимую мощность для зарядки запрашивающих зарядку электромобилей со свободной мощностью ближайшей зарядной станции, при отсутствии запрашиваемой электромобилями мощности на зарядной станции через блок информации делают запрос собственникам находящихся вблизи зарядной станции помещений на освобождение части электрической мощности для предоставления её зарядной станции, если вычисленная блоком управления суммарная предлагаемая собственниками для выделения зарядной станции мощность меньше мощности, запрашиваемой электромобилями, то блоком управления вычисляют расстояние, которое сможет проехать электромобиль при имеющемся у него уровне заряда и сравнивают с расстоянием до следующей зарядной станции, выделяют группу электромобилей, которая может доехать до следующей станции, далее осуществляют аналогичный алгоритм выделения мощности для этой группы электромобилей применительно к следующей станции, при отсутствии варианта размещения на зарядку всех рассматриваемых электромобилей через блок информации направляют сторонам информацию с предложением о повышении тарифа, по которому предлагают мощность зарядным станциям, при согласии сторон тиристорными регуляторами осуществляют ограничение мощности, подаваемой в помещения, и увеличивают мощность, подаваемую на зарядную станцию.

2. Система управления потреблением электрической мощности, содержащая сеть электропитания, зарядные станции, блок управления, отличающаяся тем, что имеются тиристорные регуляторы, выполненные с возможностью управления величиной потребляемой из сети мощности, имеется блок координат, выполненный с возможностью получения информации о местоположении электромобилей через систему GPS, имеется блок информации пользователей, выполненный с возможностью обмена информацией между пользователями электромобилей и собственниками помещений, зарядные станции и вводные устройства помещений связаны с сетью через тиристорные регуляторы, блок управления связан с тиристорными регуляторами, с блоком координат, с блоком информации пользователей, причем зарядные станции имеют функцию быстрой зарядки и возможность присоединения более одного автомобиля.