CN105186669A - 基于分布式公共直流母线的风光储充电站系统 - Google Patents

基于分布式公共直流母线的风光储充电站系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于分布式公共直流母线的风光储充电站系统，包括与直流母线连接的光伏发电单元、储能单元、充电单元，还包括与直流母线连接的风力发电单元以及交流并网单元。所述直流母线采用单直流母线或者双直流母线架构。风力发电、光伏发电、储能系统公共直流母线连接，即发即用，余电存储并网，可离网或孤岛运行，并网工况下，可以实现对电网的“削峰填谷”调节，降低输配电成本。系统既可以采用单直流母线架构又可以采用双直流母线架构，大大增加直流母线电压的调节范围，容易满足系统性能需求，使系统更易扩展，增加系统使用灵活性。

Description

基于分布式公共直流母线的风光储充电站系统
技术领域
本发明属于电动汽车充电站技术领域，具体涉及一种基于分布式公共直流母线的风光储充电站系统。
背景技术
面对石油危机和环境污染等巨大压力，电动汽车成为未来新能源汽车的主要发展方向，随着科技的进步和社会的发展，电动汽车相关技术及其充电设施建设会不断成熟，电动汽车将越来越广泛应用于人们的生活中。电动汽车充电站是电动汽车配套设施中一个非常重要的组成部分，电动汽车需要通过充分能量补给，以满足其行驶需求，因而必须从电网获取能量。目前，国内已有地区装设了带有光伏系统和储能系统的电动汽车充电站系统，但多半是基于交流母线的，光伏系统和储能系统都需要通过DC/AC逆变器转换为交流电与交流母线连接。这类充电站系统从交流电网取电，利用太阳能转化的电能作为补给，实现了电动汽车充电基本功能，但存在主线结构复杂，整体损耗高，效率低，建设成本高等问题。随着电动汽车技术的不断发展，基于直流母线的充电站系统也开始研发起来，但现有技术的这类充电站系统往往还是采用单一的光伏系统，没有互补电源，无法离网、孤岛运行。
我国有很多偏远地区，由于利用率低、建设成本高、电力输送困难等原因，常规电动车充电站网络很难延伸到这些地区，限制了电动车的使用范围，光伏、风电等资源在偏远山区又及其丰富，如何在偏远地区将太阳能和风能合理充分利用到电动汽车充电站技术中也是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明为了节约能源，提高充电站供电可靠性，实现能量的灵活调度，提出了一种基于分布式公共直流母线的风光储充电站系统。
本发明提供的基于分布式公共直流母线的风光储充电站系统包括与直流母线连接的光伏发电单元、储能单元、充电单元，在现有技术的基础上，本发明作出如下改进：所述充电站系统还包括与直流母线连接的风力发电单元以及交流并网单元。
进一步的，所述直流母线为单直流母线架构，通过DC/DC转换器并直流电网。
更进一步的，所述风力发电单元包括风力发电机和AC/DC转换器，所述交流并网单元包括LCL滤波器和双向AC/DC转换器。
进一步的，所述直流母线为双直流母线架构，两直流母线均通过DC/DC转换器并直流电网。
更进一步的，所述风力发电单元包括风力发电机和AC/DC转换器，所述交流并网单元包括LCL滤波器、双向AC/DC转换器、双向DC/DC转换器，所述双向DC/DC转换器输入端连接一条直流母线，输出端连接另一条直流母线。
进一步的，所述光伏发电单元包括太阳能光伏组合、DC/DC转换器，所述储能单元包括储能系统和双向DC/DC转换器，所述充电单元包括给直流电动车充电的充电桩以及给交流电动车充电的充电桩。
进一步的，所述储能系统选用可深度充放电、并可快速切换充放电过程的储能电池。比如：液流电池、锂电池、钠硫电池、铅酸电池等。
本发明的有益效果为：
1、风力发电、光伏发电、储能系统公共直流母线连接，即发即用，余电存储并网，并网工况下，可以实现对电网的“削峰填谷”调节，降低输配电成本。
2、采用风力发电和太阳能发电互补电源，在风力和/或太阳能充足地区均有非常大的实用价值，可以离网或孤岛运行，扩大了充电站系统的应用范围，提高系统的可靠性，且具有更高的工作效率。
3、系统采用直流母线架构，可直流并网，减少系统建设成本，避免了以往交流母线架构中充电桩的逆变损失，整体提高系统效率。
4、系统交流并网单元是可选的，且采用单模块化双桥双向转换器，减少系统硬件成本。
5、系统既可以采用单直流母线架构又可以采用双直流母线架构，大大增加直流母线电压的调节范围，容易满足系统性能需求，使系统更易扩展，增加系统使用灵活性。
6、储能系统本身具有的充放电控制保护功能并且可以完成瞬时大功率的充电、放电切换的功能，补充了风力发电和光伏发电的随机性和不稳定性，起到电力“削峰填谷”的功效，另外，储能系统还具有低电压穿越和孤岛支撑功能，增加了分布式充电站的安全性和稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例一充电站系统原理图，
图2为本发明实施例二充电站系统原理图。
附图标注：
1、直流母线，2-1、风力发电机，2-2、风力发电机，3-1、AC/DC转换器，3-2、AC/DC转换器，4-1、太阳能光伏组合，4-2、太阳能光伏组合，5-1、DC/DC转换器，5-2、DC/DC转换器，6、储能系统，7、双向DC/DC转换器，8、LCL滤波器，9、双向AC/DC转换器，10、直流母线，11-1、风力发电机，11-2、风力发电机，12-1、AC/DC转换器，12-2、AC/DC转换器，13-1、太阳能光伏组合，13-2、太阳能光伏组合，14-1、DC/DC转换器，14-2、DC/DC转换器，15、储能系统，16、双向DC/DC转换器，17、LCL滤波器，18、双向AC/DC转换器，19、双向DC/DC转换器，20、直流母线，21、DC/DC转换器，22、DC/DC转换器，
A-1、双向DC/DC转换器，A-2、双向DC/DC转换器，A-3、双向DC/DC转换器，B-1、双向DC/AC转换器，B-2、双向DC/AC转换器，B-3、双向DC/AC转换器，C-1、双向DC/DC转换器，C-2、双向DC/DC转换器，C-3、双向DC/DC转换器，D-1、双向DC/AC转换器，D-2、双向DC/AC转换器，D-3、双向DC/AC转换器。
具体实施方式
本发明提供一种基于分布式公共直流母线的风光储充电站系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例一
参照图1，本实施例以单直流母线架构的充电站为例，详述本发明的基于分布式公共直流母线的风光储充电站系统。所述充电站系统包括与直流母线1连接的风力发电单元、光伏发电单元、储能单元、交流并网单元。所述风力发电单元包括两台风力发电机(2-1、2-2)和两个AC/DC转换器(3-1、3-2)，所述两AC/DC转换器(3-1、3-2)的输入端分别连接风力发电机(2-1、2-2)，所述AC/DC转换器(3-1、3-2)的输出端均连接直流母线1。所述光伏发电单元包括两组太阳能光伏组合(4-1、4-2)和两个DC/DC转换器(5-1、5-2)，所述DC/DC转换器(5-1、5-2)的输入端分别连接太阳能光伏组合(4-1、4-2)的输入端，所述DC/DC转换器(5-1、5-2)的输出端均连接直流母线1。所述储能单元包括储能系统6和一个双向DC/DC转换器7，所述双向DC/DC转换器7的一端连接储能系统6，另一端连接直流母线1。所述交流并网单元包括一个LCL滤波器8和一个双向AC/DC转换器9，所述双向AC/DC转换器9一端连接LCL滤波器8，一端连接直流母线1，所述LCL滤波器8与交流电网连接。所述充电站系统还包括充电单元，所述充电单元包括三个给直流电动车充电的充电桩以及三个给交流电动车充电的充电桩。所述给直流电动车充电的充电桩采用双向DC/DC转换器(A-1、A-2、A-3)，其一端连接直流母线1，一端可连接直流电动车。所述给交流电动车充电的充电桩采用双向DC/AC转换器(B-1、B-2、B-3)，其一端连接直流母线1，一端可连接交流电动车。
本实施例的风力发电单元以及光伏发电单元的风力发电机(2-1、2-2)和太阳能光伏组合(4-1、4-2)的容量以及数量是可根据实际充电站建设地区负荷来决定的，不只局限于两台风力发电机和两组太阳能光伏组合，任何容量及数量的组合均在本发明的保护范围之内。
储能系统6用于储存电能，在风力发电和光伏发电量多余或者无负载的情况下将这些电能储存起来，在负载较多而发电供给能力薄弱的时候又将其储存的电能释放给直流母线1。所述储能系统6选用可深度充放电、并可快速切换充放电过程的储能电池，本实施例选用液流电池。所述储能系统6容量根据发电量及负载来选择，储能系统6本身具有的充放电控制保护功能并且可以完成瞬时大功率的充电、放电切换的功能，补充了风力发电和光伏发电的随机性和不稳定性，起到电力“削峰填谷”的功效，另外储能系统6还具有低电压穿越和孤岛支撑功能，可以应对电网极端恶劣情况。
本实施例的交流并网单元是一个可选单元，在一些交流并网困难，但风能以及太阳能充足的远郊地区不必使用。如此，本充电站系统也成为一个绿色清洁电源供电的系统，不仅节能环保，而且节约建立交流输电网络的人力物力财力。
充电单元是充电站最终服务终端，为直流电动汽车或者交流电动汽车提供充电续航服务。本实施例充电单元充电桩的数量也是根据充电站建设地区负荷量来决定。未来在一些电动汽车持有量较高的大中型城市地区，充电桩的数量会较多，而在一些小城市甚至远郊地区则无需建设那么多的充电桩设施。
本实施例系统工作运行流程：风力发电电能以及太阳能发电电能首先经过配电变电后接入直流母线1，直流母线1支配接入充电单元给电动汽车充电，形成即发即用的发电用电回路，并且余电储存在储能系统6中。当交流电网处于用电高峰，储能系统6可向交流电网送电，具体的，储能系统6发出的电能经过双向DC/DC转换器7转换后经直流母线1,并经双向AC/DC转换器9转换输送至交流电网上。当交流电网处于用电低谷，交流电网的电能也会经双向AC/DC转换器9转换输送至直流母线1，并经双向DC/DC转换器7转换储存在储能系统6中，起到“削峰填谷”的作用。当风力发电量及太阳能发电量不能满足充电单元使用时，储能系统6的电能可以通过双向DC/DC转换器7转换经直流母线1送入充电单元使用。储能系统6的电能还能通过直流母线1上连接的DC/DC转换器(图中未示出)并直流电网运行。
实施例二
本发明除了采用分布式单直流母线控制，还可以采用双直流母线控制。
参照图2，本实施例以双直流母线结构的充电站为例，详述本发明的基于分布式公共直流母线的风光储充电站系统。所述充电站系统包括与一条直流母线10连接的风力发电单元、光伏发电单元、储能单元、交流并网单元。所述风力发电单元包括两台风力发电机(11-1、11-2)和两个AC/DC转换器(12-1、12-2)，所述两AC/DC转换器(12-1、12-2)的输入端分别连接两风力发电机(11-1、11-2)，所述两AC/DC转换器(12-1、12-2)的输出端连接直流母线10。所述光伏发电单元包括两组太阳能光伏组合(13-1、13-2)和两个DC/DC转换器(14-1、14-2)，所述两DC/DC转换器(14-1、14-2)的输入端分别连接两太阳能光伏组合(13-1、13-2)的输入端，所述两DC/DC转换器(14-1、14-2)的输出端连接直流母线10。所述储能单元包括储能系统15和一个双向DC/DC转换器16，所述双向DC/DC转换器16的一端连接储能系统15，另一端连接直流母线10。所述交流并网单元包括一个LCL滤波器17、一个双向AC/DC转换器18和一个双向DC/DC转换器19，所述双向DC/DC转换器19的一端连接一条直流母线10，另一端连接另一条直流母线20，所述双向AC/DC转换器18一端连接LCL滤波器17，一端连接双向DC/DC转换器19，所述LCL滤波器17与交流电网连接。所述充电站系统还包括与另一条直流母线20连接的充电单元，所述充电单元包括三个给直流电动车充电的充电桩以及三个给交流电动车充电的充电桩。所述给直流电动车充电的充电桩采用双向DC/DC转换器(C-1、C-2、C-3)，其一端连接直流母线20，一端可连接直流电动车。所述给交流电动车充电的充电桩采用双向DC/AC转换器(D-1、D-2、D-3)，其一端连接直流母线20，一端可连接交流电动车。所述两条直流母线均通过DC/DC转换器(21、22)并直流电网。
本实施例与实施例一的不同之处就在于采用双直流母线架构，在两直流母线之间连接双向DC/DC转换器19，所述双向DC/DC转换器19由本发明充电站系统主控制器(图中未示出)直接控制，根据不同系统状态实施不同系统调配策略，协调能量流动，保持系统稳定运行，并设有离并网两种控制模式。并网情况下，风力发电单元和光伏发电单元发电量之和大于直流母线20负荷，优先给储能系统15进行充电，当储能系统15无需充电时，由双向DC/DC转换器19将直流能量逆转供给交流电网。并网情况下，风力发电单元和光伏发电单元发电量之和小于直流母线20负荷，由双向DC/DC转换器19将交流电网能量供给直流母线20。离网情况下，如果风力发电单元和光伏发电单元发电量之和小于直流母线20负荷，储能系统15会释放电能供给直流母线20。
本实施例的风力发电单元以及光伏发电单元的风力发电机(11-1、11-2)和太阳能光伏组合(13-1、13-2)的容量以及数量也是可根据实际充电站建设地区负荷来决定的，不只局限于两台风力发电机和两组太阳能光伏组合，任何容量及数量的组合均在本发明的保护范围之内。本实施例的储能系统15选用可深度充放电、并可快速切换充放电过程的锂电池，所述储能系统15容量根据发电量及负载来选择，在本实施例中也起到“削峰填谷”的作用。本实施例充电单元充电桩的数量也是根据充电站建设地区负荷量来决定。

Claims (7)

1.一种基于分布式公共直流母线的风光储充电站系统，包括与直流母线连接的光伏发电单元、储能单元、充电单元，其特征在于：还包括与直流母线连接的风力发电单元以及交流并网单元。
2.如权利要求1所述的基于分布式公共直流母线的风光储充电站系统，其特征在于：所述直流母线为单直流母线架构，通过DC/DC转换器并直流电网。
3.如权利要求2所述的基于分布式公共直流母线的风光储充电站系统，其特征在于：所述风力发电单元包括风力发电机和AC/DC转换器，所述交流并网单元包括LCL滤波器和双向AC/DC转换器。
4.如权利要求1所述的基于分布式公共直流母线的风光储充电站系统，其特征在于：所述直流母线为双直流母线架构，两直流母线均通过DC/DC转换器并直流电网。
5.如权利要求4所述的基于分布式公共直流母线的风光储充电站系统，其特征在于：所述风力发电单元包括风力发电机和AC/DC转换器，所述交流并网单元包括LCL滤波器、双向AC/DC转换器、双向DC/DC转换器，所述双向DC/DC转换器输入端连接一条直流母线，输出端连接另一条直流母线。
6.如权利要求1所述的基于分布式公共直流母线的风光储充电站系统，其特征在于：所述光伏发电单元包括太阳能光伏组合、DC/DC转换器，所述储能单元包括储能系统和双向DC/DC转换器，所述充电单元包括给直流电动车充电的充电桩以及给交流电动车充电的充电桩。
7.如权利要求6所述的基于分布式公共直流母线的风光储充电站系统，其特征在于：所述储能系统选用可深度充放电、并可快速切换充放电过程的储能电池。
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