MÉTODO Y SISTEMA INTELIGENTE DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA EN UNA RED CON MÚLTIPLES PUNTOS DE CARGA PARA VEHÍCULOS ELÉCTRICOS.

Método y sistema inteligente de distribución de energía en una red con múltiples puntos de carga para vehículos eléctricos.



Método y sistema de distribución de energía en una red de carga con múltiples puntos de carga (3), por ejemplo, para vehículos eléctricos, que realiza una planificación inteligente de los tiempos de carga de los dispositivos a partir de parámetros de carga estimados mediante reconocimiento de patrones, utilizando para ello medidas de similitud de la situación de carga actual con cargas anteriores almacenadas en un historial.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201230485.

Solicitante: INSTITUTO TECNOLOGICO DE CASTILLA Y LEON.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: VILLAR FLECHA,JOSE RAMON, SEDANO FRANCO,JAVIER, VARELA ARIAS,Jose Ramiro, LOPEZ CAMPO,Angel, HERNANDEZ ARAUZO,Alejandro, PUENTE PEINADOR,Jorge, PORTAL GARCIA,Miguel, HERRERO COSIO,Alvaro, CORCHADO RODRIGUEZ,Emilio.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G05B15/02 SECCION G — FISICA.G05 CONTROL; REGULACION.G05B SISTEMAS DE CONTROL O DE REGULACION EN GENERAL; ELEMENTOS FUNCIONALES DE TALES SISTEMAS; DISPOSITIVOS DE MONITORIZACION O ENSAYOS DE TALES SISTEMAS O ELEMENTOS (dispositivos de maniobra por presión de fluido o sistemas que funcionan por medio de fluidos en general F15B; dispositivos obturadores en sí F16K; caracterizados por particularidades mecánicas solamente G05G; elementos sensibles, ver las subclases apropiadas, p. ej. G12B, las subclases de G01, H01; elementos de corrección, ver las subclases apropiadas, p. ej. H02K). › G05B 15/00 Sistemas controlados por un computador (G05B 13/00, G05B 19/00 tienen prioridad; controladores automáticos con características particulares G05B 11/00; computadores en sí G06). › eléctricos.
  • G07F15/00 G […] › G07 DISPOSITIVOS DE CONTROL.G07F APARATOS ACCIONADOS POR MONEDAS O APARATOS SIMILARES (selección de monedas G07D 3/00; verificación de monedas G07D 5/00). › Aparatos accionados por monedas para la distribución de líquido, de gas o electricidad controlada por un contador.
  • H02J13/00 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02J CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O DISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA; SISTEMAS PARA LA ACUMULACION DE ENERGIA ELECTRICA (circuitos de alimentación de energía paralos aparatos de medida de rayos X, rayos gamma, radiaciones corpusculares o de las radiaciones cósmicas G01T 1/175; circuitos de alimentación de energía eléctrica especialmente adaptados para su uso en relojes electrónicos sin partes móviles G04G 19/00; para computadores digitales G06F 1/18; para los tubos de descargar H01J 37/248; circuitos o aparatos para la conversión de la potencia eléctrica, disposiciones para su control o regulación H02M; control de una combinación máquina motriz-generador, control interrelacionado de varios motores H02P; control de energía a alta frecuencia H03L; utilización complementaria de línea o red de energía para transmisión de información H04B). › Circuitos para proveer de indicación a distancia de las condiciones de una red, p. ej. un registro instantáneo de las condiciones de apertura o de cierre de cada seccionador de red; Circuitos para proveer el mando a distancia de medios de conmutación en una red de distribución de energía, p. ej. conexión o desconexión de consumidores de corriente por utilización de señales de impulsos codificados transmitidos por la red.
MÉTODO Y SISTEMA INTELIGENTE DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA EN UNA RED CON MÚLTIPLES PUNTOS DE CARGA PARA VEHÍCULOS ELÉCTRICOS.

Fragmento de la descripción:

MÉTODO Y SISTEMA INTELIGENTE DE DISTRIBUCiÓN DE ENERGíA EN UNA RED CON MÚLTIPLES PUNTOS DE CARGA PARA VEHíCULOS ELÉCTRICOS.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se aplica al campo de las redes de distribución de energía eléctrica y, en particular, a la distribución de dicha energía en estaciones de carga con múltiples líneas y 10 puntos de carga .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Recientemente se han desarrollado vehículos eléctricos en los que se sustituye total o parcialmente el uso de combustibles fósiles para su propulsión, como, por ejemplo, el presentado en el documento WO-2009/156780-A2. Sin embargo, el desarrollo de estos vehículos lleva asociada la necesidad de desarrollar sistemas de distribución de energía eléctrica que permitan recargar múltiples vehículos de manera eficiente . Esta necesidad se ve acentuada al aumentar la dimensión de las estaciones de carga y el número de vehículos que pueden conectarse simultáneamente a las mismas, ya que si no se implementan sistemas de control, se proporciona un servicio desigual a los usuarios en cuanto a tiempos de espera y energía suministrada.

En el estado de la técnica son conocidos distintos sistemas que permiten implementar estaciones de recarga para este tipo de vehículos. Por ejemplo, el documento US25 2008l007202-A 1 presenta un sistema de control de carga con dos niveles de control comunicados entre sí. El nivel central transmite al nivel local información sobre el estado de la red, de modo que el coste que se deriva de dicho estado se utiliza para optimizar la carga del vehículo.

En \t\O-2008l073474-A2 se describe un sistema que establece , a través de intemet, 30 conexiones individuales con cada elemento conectado a una red de distribución eléctrica con el fin de supervisar los flujos de energía y gestionar la recarga de cada uno de los elementos.

W0-2011 /097142-A2 divulga un método y sistema en el que se forman redes en anillo de área local mediante el acoplo de los cargadores de los v ehículos eléctricos a tra vés de líneas de comunicación o de redes de comunicación de energía . El inicio de la carga se implementa mediante un sistema de fichas.

Todos los métodos y sistemas descritos presentan serias limitaciones a la hora de gestionar la distribución para múltiples vehículos, ya que sólo tienen en cuenta los parámetros instantáneos de la red en el momento en el que se solicita la recarga .

Por último, en ES-2350225-A1 se soluciona parcialmente este problema al presentar un sistema en el que un controlador local se conecta físicamente con un controlador de a bordo del vehículo. El controlador local identifica así el vehículo, obtiene sus parámetros de recarga y le proporciona un programa de ca rga optimizado a las características de dicho vehículo. El sistema utiliza para dicha optimización distintos parámetros, como son: el número de solicitudes de recarga prevista~s , el consumo instantáneo del sistema de distribución, el histórico de consumos de otro:s vehículos y las limitaciones de consumo del centro de transformación. No obstante, aunque dicha optimización considera datos históricos de energía cargada por el vehículo solicitante y consumos históricos del conjunto de la estación de carga , el algoritmo de optimización es independiente de la situación particular en la que se produce la carga , por lo que se utilizan datos históricos que pueden no adecuarse a las necesidades de una determinada situación. Asimismo, no considera otros factores que pueden limitar la eficiencia de la optimización, como restricciones temporales del usuario, energía suministrada por otras líneas, o vehículos en espera en el sistema .

Existe, por lo tanto, en el estado de la técnica la necesidad de métodos y sistemas inteligentes de distribución de energía que pl~rmitan optimizar el servicio proporcionado al conjunto de usuarios de una red de recarga , c;ldaptándose de manera eficiente y automática a la situación particular de la red, a los hábitos de los usuarios y a los posibles cambios que se generen en los vehículos durante el proceso de carga .

DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN

La invención se refiere a un método y un sistema de distribución de energía en una red con múltiples puntos de carga. Realizaciones prefl~ridas del método y del sistema se definen en las reivindicaciones dependientes.

La presente invención soluciona los problemas anteriormente descritos mediante un sistema y método de distribución de energía en una red de carga, por ejemplo, de vehículos eléctricos, que almacenan información histórica de las recargas de cada vehículo y recuperan dicha información para realizar una planificación inteligente de los tiempos de carga de los vehículos conectados a la red . Dicha planificación inteligente se realiza de manera automática gracias al reconocimiento de patrones mediante medidas de similitud

entre la situación en la que se produce la carga y la información histórica.

En un primer aspecto de la invención se pmsenta un método de distribución de energía eléctrica en una red con múltiples puntos dE~ carga distribuidos en una o más líneas de carga, en el que se considera un escenario con unos determinados dispositivos en espera y

otros en carga .

De acuerdo con la presente invención, se utilizan como datos de partida los siguientes: información temporal de unos dispositivos en carga a los cuales se les está suministrando energía en el instante t de aplicación del método, incluyendo esta información temporal un tiempo real de carga de cada dispositivo en carga; información temporal de unos dispositivos en espera que se desea cargar en la red; e información temporal que define el instante t de aplicación del método, como, por ejemplo, hora y día de la semana. A partir de estos datos de partida, el método de la invenci'ón comprende los siguientes pasos para cada dispositivo en espera:

o Se recuperan datos de información temporal de una o más cargas anteriores a partir de un historial.

ii) Se comparan las cargas anteriores con el escenario de carga en el momento de aplicación del método, calculando un ratio de similitud entre cada carga anterior y el escenario actual. Se consigue así reconocer patrones y localizar de manera automática los datos históricos más representativos para realizar estimaciones sobre las necesidades de carga de cada dispositivo.

iii) Se estima al menos un parámetro de !;arga de los dispositivos en espera, utilizando para ello los datos de cargas anteriores y ponderándolos en función del ratio de similitud calculado para cada uno de ellos. Preferenternente, sólo se utilizan en este paso los casos anteriores con un mayor ratio de similitud, en particular, un número fijo de dichos casos anteriores.

También preferentemente, los parámetros de carga a estimar son la energía requerida, el tiempo de disponibilidad (es decir, el tiempo que se espera que transcurra antes de que un usuario desconecte el dispositivo de la red de carga) o ambos.

iv) Se determina el instante de inicio de c::lrga de cada dispositivo en espera a partir de los parámetros calculados y se reajusta el tiempo real de carga de los dispositivos en carga. La planificación de instantes de inicio de carua se realiza considerando los parámetros de carga estimados en el paso anterior, de manera que se consigue, automáticamente y sin requerir la intervención del usuario, optimizar el servicio proporcionado a todos los usuarios de la red, ya que se consideran durante la pl¡;¡nificación los patrones de comportamiento de "

los dispositivos conectados a la red.

Preferentemente, dicha planificación se realiza mediante algoritmos de optimización, pero también se consideran otras opciones preferentes como un sistema de colas en el que , si no se dispone de suficiente energía en el instante de aplicación del método para cargar un dispositivo, el inicio de carga del dispositivo s:e condiciona a la finalización de carga de un dispositivo que se encuentra en estado de car~) a.

También preferentemente , el paso de deterrninar el instante de inicio de carga de cada dispositivo en espera toma en consideración un desequilibrio máximo entre las distintas lineas de carga .

v) Preferentemente, a partir de la planificación realizada , se calcula un parámetro de calidad de servicio que determina si los dispositivos van a recibir la carga adecuada durante el tiempo en el que están disponibles. Si el parámetro de calidad se encuentra por debajo de un umbral y, por lo tanto, no todos los usu¡arios van a recibir un servicio adecuado, se procede a desconectar uno o más dispositivos de la red en estado de carga ,...

 


Reivindicaciones:

1. Método de distribución de energía eléctrica en una red de carga que comprende al menos una línea de carga (2) con una pluralidad de puntos de carga (3) para conexión de respectivos dispositivos; caracterizado por que, para un escenario de carga en un determinado instante t con unos datos de información temporal sobre uno o más dispositivos en carga que incluye un tiempo de carga real de cada disposifJvo en carga, y sobre uno o más dispositivos en espera, el método comprende los siguientes pasos: i) recuperar de un historial datos de información temporal de una o más cargas anteriores para dichos uno o más dispositivos en espera; ii) calcular un ratio de similitud entre dichos datos de información temporal de una o más cargas anteriores y los datos de información temporal del escenario de carga en el instante t, iii) estimar al menos un parámetro de carga a realizar de los dispositivos en espera a partir de los datos de información temporal de las caruas anteriores y de dicho ratio de similitud; y, iv) determinar un tiempo de inicio y un tiempo real de carga de cada dispositivo en espera en función de dicho al menos un parámetro de carga y reajustar el tiempo real de carga de los dispositivos en carga.

2. Método según la reivindicación 1, en el que el paso de estimar al menos un parámetro de carga solamente utiliza datos de información anterior de cargas anteriores con mayor ratio de similitud.

3. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, que además comprende:

después de finalizar la carga de un dispositivo, actualizar unos pesos de aquellas cargas anteriores del historial que han sido utilquot;izadas en la estimación de dicho al menos un parámetro de carga, actualizándose dicho peso en función de una diferencia entre al menos un parámetro real de carga y el correspondiente parámetro de carga estimado mediante dicha carga anterior.

4. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho al menos un parámetro de carga comprende una energía requerida.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho al menos un parámetro de carga comprende un tiempo dEl disponibilidad.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores. en el que el paso de determinar el instante de inicio y el tiempo real ele carga de los dispositivos en espera, así como reajustar el tiempo real de carga de los dispositivos en carga se repite cada vez que se produce uno de los siguientes eventos: un nuevo dispositivo se conecta a la red. un dispositivo en carga finaliza su carga antes de un tiempo estimado de carga, y un dispositivo en carga no finaliza su carga después del tiempo estimado de carga.

7. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende:

calcular un parámetro de calidad de servicio en función de los tiempos de instantes de inicio de carga, la energía requerida, el tiempo real de carga y los tiempos de disponibilidad de los dispositivos en espera y en carga;

si el parámetro de calidad de servicio no supera un determinado umbral, desconectar al menos un dispositivo en carga cuya carga supera un porcentaje, y repetir el paso de determinar el instante de inicio de carga y el tiempo real de carga de los dispositivos.

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que para cada dispositivo en espera el instante de inicio de carga está condicionado a la finalización de carga de un dispositivo en carga.

9. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el paso de determinar los instantes de inicio de carga comprende utilizar un algoritmo de optimización.

10. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el paso de determinar los instantes de inicio de carga de los dispositivos comprende establecer un desequilibrio máximo entre líneas de la red.

. Sistema de distribución de energía eléctrica en una red con al menos una línea de carga (2) con una pluralidad de puntos de carga (3) para conexión de respectivos dispositivos, comprendiendo el sistema:

un servidor (5) central con un historial que incluye datos de información temporal de una

o más cargas anteriores de los dispositivos; caracterizado por que el sistema además comprende medios de control (4, 8) conectados a los puntos de carga (3) y configurados para, dado un escenario de carga en un determinado instante t con unos datos de información temporal sobre uno o más dispositivos en carga que incluye un tiempo de carga real de cada dispositivo en carga, y sobre uno o más dispositivos en espera:

recuperar de dicho historial los datos de información temporal de las una o más cargas anteriores de los dispositivos en espera;

calcular un ratio de similitud entre dichos datos de información temporal de cargas anteriores y los datos de información temporal del escenario de carga en el instante t,

estimar al menos un parámetro de carga a realizar de cada dispositivo en espera a partir de los datos de información temporal de las cargas anteriores y de dicho ratio de similitud; y,

determinar un tiempo de inicio y un tiempo real de carga de cada dispositivo en espera en función de dicho al menos un parámetro de carga y reajustar el tiempo real de carga de los dispositivos en carga.

12. Sistema según la reivindicación 11, en el que los medios de control están configurados para estimar el al menos un parámetro de carga utilizando solamente para la estimación las cargas anteriores con mayor ratio de similitud.

13. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11-12, en el que los medios de control están configurados además para, después de finalizar la carga de un dispositivo, actualizar unos pesos de aquellas cargas anteriores del historial que han sido utilizadas en la estimación de dicho al menos un parámetro de carga, actualizándose dicho peso en función de una diferencia entre al menos un parámetro real de carga y el correspondiente parámetro de carga estimado mediante dicha carga anterior.

14. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que dicho al menos un parámetro de carga comprende una energía requerida.

15. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, el que dicho al menos un parámetro de carga comprende un tiempo de disponibilidad.

16. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, en el que los medios de control están configurados además para recalcular el instante de inicio y el tiempo real de carga cada vez que se produce uno de los siguientes eventos: hay un nuevo dispositivo en la red, un dispositivo en carga finaliza su carga antes de un tiempo estimado de carga, y un dispositivo en carga no finaliza su carga después del tiempo estimado de carga.

17. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 16, en el que los medios de control están configurados además para:

calcular un parámetro de calidad de servicio en función de los tiempos de instantes de inicio de carga, la energia y los tiempos reales de carga requeridos y los tiempos de disponibilidad de los dispositivos en espera y en carga;

si el parámetro de calidad de servicio no supera un determinado umbral, desconectar unos dispositivos en carga cuya carga supera un porcentaje, y repetir el paso de determinar el instante de inicio y tiempo real de carga de los dispositivos.

18. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 17, en el que los medios de control están configurados para condicionar el instante de inicio de carga de cada dispositivo en espera a la finalización de carga de un dispositivo en carga.

19. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 18, en el que los medios de control están configurados para determinar los instantes de inicio y tiempos reales de carga mediante un algoritmo de optimización.

20. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 19, en el que los medios de control están configurados para determinar los instantes de inicio y tiempos reales de carga de los dispositivos estableciendo un desequilibrio máximo entre líneas de la red.

21. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 20, en el Que los medios de control están implementados directamente en el servidor (5) central.

22. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 20, en el que los medios de control comprenden un controlador (4) independiente para cada línea de carga (2) de la red, estando dicho servidor (5) conectado a todos los controladores (4) independientes.

23. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 20, en el que los medios de

control comprenden más de un controlador (4) para cada línea de carga (2) de la red, estando dicho servidor (5) conectado a todos los controladores (4) independientes.

24. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 20, en el que los medios de control comprenden un único controlador (4) para todas las líneas de carga (2) .

25. Sistema según cualquiera de las reivindicacione.

2. 24, en el que cada controlador (4)

está configurado como maestro para una pluralidad de esclavos (8) , estando cada esclavo (8) conectado a uno o más puntos de carga (3) .


 

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