CN105576809A - 一种基于风光柴储微网的双向充电桩系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于风光柴储微网的双向充电桩系统，包括光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池储能系统、柴油发电机、升/降压变压器、居民负荷、充电桩系统、并网开关和大电网。其中充电桩系统包括电动汽车充电桩、电池管理系统、集中器和控制服务中心，电动汽车充电桩由操作显示部分、控制柜部分和蓄电池柜部分组成，其蓄电池柜由多组二次蓄电池组成；控制服务中心根据居民负荷的历史数据和用户在APP上预约的信息，提前对负荷情况进行预测，及时调整微网的控制策略以最优状态满足负荷需求。该系统既可以通过风光柴储微网或（和）大电网供电，也可以将电动汽车的电能反向送到电网上，减少电网故障损失。该系统提高了能源利用率，经济环保。

Description

一种基于风光柴储微网的双向充电桩系统
技术领域
本发明属于电学领域，尤其涉及电动汽车充电桩系统设计，具体涉及一种基于风光柴储微网的双向充电桩系统。
背景技术
近年来，我国都在倡导低碳生活，而汽车的碳排放量比较大，因此我国的汽车行业也面临着向低碳、环保方面的转型问题。我国人口众多，人口密度较大，平时生活的范围不是很大，在很大程度上电动汽车可以代替传统汽车，因此，不仅电动汽车的市场及生产规模会逐渐发展壮大，充电设施也会随之而完善。随着智能电网的快速发展，电动汽车及其配套的充电设施也要向智能化发展。
现有的充电设施分布不是很广泛，对于居住在小区楼层高的用户给电动汽车充电比较麻烦，而且现有的充电设仍是传统的充电方式，不能很好的利用多余的电能或者节约能源，这些都会成为阻碍电动汽车市场发展、影响我国推行低碳生活的进度的不利因素，因此，如何更好的引导广大市民使用电动车代替传统汽车，加入低碳行列是值得解决的问题。
发明内容
本发明为了提高广大市民节能减排意识，更好的引导他们使用电动汽车，同时有效利用各种能源，提供一种基于风光储柴微网的双向充电桩系统。
本发明提供的一种基于风光柴储微网的双向充电桩系统包括光伏发电系统、风力发电系统、柴油发电机、蓄电池储能系统、并网开关、升/降压变压器、充电桩系统、居民负荷、大电网和交流母线。
所述的光伏发电系统包括多组光伏阵列和与所述光伏阵列相连的转换器。光伏阵列的数量和功率根据小区居民用电负荷情况进行选择。
所述的风力发电系统包括多组风力发电机和与所述风力发电机相连的转换器。风力发电机的数量和功率根据小区居民用电负荷情况进行选择。
所述的柴油发电机是作为微网独立运行时的可靠性应急供电单元。柴油发电机的数量和功率根据小区居民用电负荷情况进行选择。
所述的蓄电池储能系统包括多组蓄电池和与所述蓄电池相连的双向转换器。蓄电池组的型号和数量根据小区居民用电负荷和光伏、风机出力情况进行选择。
所述的并网开关连接大电网与风光柴储微电网，控制风光柴储微电网的并网/离网运行状态。
所述的充电桩系统包括电动汽车充电桩、电池管理系统、集中器、控制服务中心。所述的电动汽车充电桩与风光柴储微电网的交流母线经升/降压变压器相连，为电动汽车提供交/直流充电。充电桩安置小区地下停车库内，高度为1.2~1.5m，采用具有防潮防锈功能的不锈钢制成，同时配备有消防灭火器。所述的充电桩由操作显示部分、控制柜部分和蓄电池柜部分组成。操作显示部分包括人机交互界面的触摸屏、磁卡感应区、票据打印机、摄像头、扬声器、交/直流输出插头。
所述的控制柜部分包括电源模块、微处理器、通讯模块、读写器、无线收发模块、计量电表。
所述的蓄电池柜包括多组二次蓄电池和与所述二次蓄电池相连的双向转换器。
所述的电池管理系统实时与充电桩控制器进行信息交互，监测蓄电池组的充放电状态、蓄电池组的电压、电流、温度以及是否均衡充放电，避免出现蓄电池过充、过放等对电池不利的现象。
所述的集中器与充电桩通过CAN总线相连，通过GPRS通信与控制服务中心进行实时交互通信。
所述的控制服务中心根据居民负荷的历史数据和用户在APP上预约的信息，提前对负荷情况进行预测，及时调整微网的控制策略以最优状态满足负荷需求。同时根据电池管理系统传来的信息，监测充电桩的运行状态，发出正确指令。
所述的大电网是小区附近范围内的配电网，若小区在火电厂发电的范围内，也可以是发电厂的电网，将发电厂多余的电量吸收。
系统供电方式是：（1）优先选择光伏和风机发出的电能，其发出的电能给小区居民负荷和充电桩供电，当其发出的电能有剩余则先给蓄电池储能系统进行充电，当蓄电池储能系统充满电后还有多余的电能，则给充电桩的蓄电池柜进行充电。（2）风光柴储微电网产生的电能不足以向居民负荷和充电桩同时供电时，当充电桩蓄电池柜中的二次蓄电池有电能，则该蓄电池柜先行放电给电动汽车充电；当充电桩蓄电池柜的二次蓄电池没有电能，则闭合并网开关，使微网并网运行，大电网给充电桩和居民负荷补充电能。（3）大电网发生故障且风光柴储微电网独立运行时不能满足居民负荷和充电桩充电时，则将车库充满电的电动汽车与充电桩相连，将电动汽车里的电能提取出来先供居民负荷用电。
具体的实施方法是：小区的居民可以在物业公司购买充电用的磁卡，也可以在手机上安装小区电动汽车充电桩APP，注册成为会员。同时小区的居民需要在电动汽车上安装电子标签，以便充电桩系统识别车主信息。当电动汽车需要充电时，车主先通过安装在手机上的小区电动汽车充电桩APP进行充电预约，预约成功后将车开向充电桩，充电桩通过接收电动汽车上发出的无线射频读出该电动汽车的位置，通过扬声器对车主进行停车就位指导，使电动汽车能停在充电有效区域内，然后车主下车在充电桩触摸屏上选择充电时间、充电方式。将输出插头与电动汽车连接好后开始充电，同时充电桩系统向车主手机APP发送开始充电的时间，充电完成后充电桩自动断电，由车主或者车库管理员将已经充完电的电动汽车开出或开到指定停车区域，并向车主手机APP发送最终停车地点，以便车主将车提走。充完电后，车主可以选择在手机APP上进行转账付款也可以在现场刷购买的磁卡进行付款，付款完成后可以打印收据。特殊的是，为了更好的调节峰谷差，利用高峰和低谷时电价的不同，如果在用电低谷的时候对电动汽车充电，当充电桩读出要充电的电动汽车的电子标签，识别车主的交通信息，如没有违反交通规则等不良记录，则可以免费进行充电，每天仅有一次机会。
本发明的有益效果为：（1）使用风力发电和光伏发电，对于风能和太阳能资源丰富但比较偏僻的地方具有实用价值；（2）采用柴油发电机作为应急供电单元，提高微网独立运行时的可靠性；（3）储能蓄电池组可以抑制风力发电和光伏发电的出力波动，吸收发出的多余电量，进行削峰填谷，提高系统的安全性和可靠性；（4）并网运行时的大电网可以选择发电厂的电网，有效利用发电厂发出的多余电能；（5）控制服务中心可以采集居民负荷历史数据和总结电动车充放电规律，及时调整微网的控制策略，最大化利用发出的电能；（6）充电桩附带由废旧二次电池组成的蓄电池柜，不仅可以废物利用，而且可以储存多余电能参与电网调节；（7）在外部大电网故障时，电动汽车可以反过来给负荷供电，减轻电网压力，满足供电需求；（8）充电系统允许识别车主信息，在用电低谷时，可以给没有不良记录的车主提供一次免费充电的机会，该举措不仅可以调节峰谷差，还可以引导用户遵纪守法，提高用户素质，引导更多的人使用电动汽车；（9）下载手机APP、安装电子标签等措施可以带动相关产业的发展，提供一些就业、创业机会。（10）可以全程手机APP进行充电操作，顺应当今时代潮流，充电过程更加便捷。
附图说明
图1是本发明的一种基于风光柴储微网的双向充电桩系统电网结构示意图；
图2是本发明的一种基于风光柴储微网的双向充电桩系统中充电桩的结构示意图；
其中，附图标注：1、光伏发电系统，1-1、光伏阵列，1-2、转换器，2、风力发电系统，2-1、风力发电机组，2-2、转换器，3、蓄电池储能系统，3-1、蓄电池组，3-2、DC-DC双向转换器，4、柴油发电机，5、升/降压变压器，6、小区居民负荷，7、充电桩系统，8、并网开关，9、大电网，10、交流母线，11、交流母线，7-1、摄像头，7-2、触摸屏，7-3、磁卡感应区，7-4、扬声器，7-5、收据打印机，7-6、直流充电插头，7-7、交流充电插头，7-8、控制柜，7-9、蓄电池柜。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的一种基于风光储微网的双向充电桩系统包括光伏发电系统1、风力发电系统2、蓄电池储能系统3、柴油发电机4、升/降压变压器5、居民负荷6、充电桩系统7、并网开关8、大电网9、交流母线10和交流母线11。
所述的光伏发电系统1包括多组光伏阵列1-1和与所述光伏阵列相连的DC-DC转换器1-2。光伏阵列1-1的数量和功率根据小区居民用电负荷情况进行选择。
所述的风力发电系统2包括多组风力发电机2-1和与所述风力发电机相连的转换器2-2。风力发电机2-1的数量和功率根据小区居民用电负荷情况进行选择。
所述的蓄电池储能系统3包括多组蓄电池3-1和与所述蓄电池相连的DC-DC双向转换器3-2。蓄电池组3-1的型号和数量根据小区居民用电负荷和光伏、风机出力情况进行选择。
所述的柴油发电机4是作为微网独立运行时的可靠性应急供电单元。柴油发电机4的数量和功率根据小区居民用电负荷情况进行选择。
所述的并网开关8连接大电网9与风光柴储微电网，控制风光柴储微电网的并网/离网运行状态。
所述的充电桩系统7包括电动汽车充电桩、电池管理系统、集中器、控制服务中心。所述的电动汽车充电桩与风光柴储微电网的交流母线10经升/降压变压器5相连，为电动汽车提供交/直流充电。充电桩安置在小区地下停车库内，高度为1.2~1.5m，采用具有防潮防锈功能的不锈钢制成，同时配备有消防灭火器。所述的充电桩由操作显示部分、控制柜部分和蓄电池柜部分组成。操作显示部分包括摄像头7-1、人机交互界面的触摸屏7-2、磁卡感应区7-3、扬声器7-4、票据打印机7-5、直流输出插头7-6、交流输出插头7-7。
所述的控制柜部分7-8包括电源模块、微处理器、通讯模块、读写器、无线收发模块、计量电表。
所述的蓄电池柜7-9包括多组二次蓄电池和与所述蓄电池相连的双向转换器。
所述的电池管理系统实时与充电桩控制器进行信息交互，监测电池组的充放电状态、电池组的电压、电流、温度以及是否均衡充放电，避免出现电池过充、过放等对电池不利的现象。
所述的集中器与充电桩通过CAN总线相连，通过GPRS通信与控制服务中心进行实时交互通信。
所述的控制服务中心根据居民负荷的历史数据和用户在APP上预约的信息，提前对负荷情况进行预测，及时调整微网的控制策略以最优状态满足负荷需求。同时根据电池管理系统传来的信息，监测充电桩的运行状态，发出正确指令。
所述的大电网9是小区附近范围内的配电网，若小区在火电厂发电的范围内，也可以是发电厂的电网，将发电厂多余的电量吸收。
系统供电方式是：（1）优先选择光伏发电系统1和风力发电系统2发出的电能，其发出的电能给小区居民负荷6和充电桩系统7供电，当其发出的电能有剩余则先给蓄电池储能系统3进行充电，当蓄电池储能系统3充满电后还有多余的电能，则给充电桩系统7的蓄电池柜7-9进行充电。（2）风光柴储微电网产生的电能不足以向居民负荷6和充电桩系统7同时供电时，当充电桩蓄电池柜7-9中的二次蓄电池有电能，则该蓄电池柜先行放电给电动汽车充电；当充电桩蓄电池柜7-9的二次蓄电池没有电能，则闭合并网开关8，使微网并网运行，大电网9给充电桩系统7和小区居民负荷6补充电能。（3）大电网9发生故障且风光柴储微电网独立运行时不能满足小区居民负荷6和充电桩系统7充电时，则将车库充满电的电动汽车与充电桩相连，将电动汽车里的电能提取出来先供小区居民负荷6用电。
具体实施方法是：小区的居民可以在物业公司购买充电用的磁卡，也可以在手机上安装小区电动汽车充电桩APP，注册成为会员。同时小区的居民需要在电动汽车上安装电子标签，以便充电桩系统识别车主信息。当电动汽车需要充电时，车主先通过安装在手机上的小区电动汽车充电桩APP向控制服务中心进行充电预约，预约成功后将车开向充电桩，充电桩通过接收电动汽车上发出的无线射频读出该电动汽车的位置，通过扬声器对车主进行充电就位指导，使电动汽车能停在充电有效区域内，然后车主下车在充电桩触摸屏上选择充电时间、充电方式。将输出插头与电动汽车连接好后开始充电，同时充电桩系统向车主手机APP发送开始充电的时间，充电完成后充电桩自动断电，由车主或者车库管理员将已经充完电的电动汽车开出或开到指定停车区域，并向车主手机APP发送最终停车地点，以便车主将车提走。充完电后，车主可以选择在手机APP上进行转账付款也可以在现场刷购买的磁卡进行付款，付款完成后可以打印收据。特殊的是，为了更好的调节峰谷差，利用高峰和低谷时电价的不同，如果在用电低谷的时候对电动汽车充电，当充电桩读出要充电的电动汽车的电子标签，识别车主的交通信息，如没有违反交通规则等不良记录，则可以免费进行充电，每天仅有一次机会。

Claims (3)

1.一种基于风光柴储微网的双向充电桩系统包括光伏发电系统1、风力发电系统2、蓄电池储能系统3、柴油发电机4、升/降压变压器5、居民负荷6、充电桩系统7、并网开关8、大电网9、交流母线10和交流母线11。
2.根据权利要求1中所述的一种基于风光柴储微网的双向充电桩系统，其特征在于，所述的充电桩系统7包括电动汽车充电桩、电池管理系统、集中器、控制服务中心；所述的充电桩安置在小区地下停车库内，高度为1.2~1.5m，采用不锈钢制成，同时配备有消防灭火器，所述的充电桩由操作显示部分、控制柜部分和蓄电池柜部分组成；所述的操作显示部分包括摄像头7-1、触摸屏7-2、磁卡感应区7-3、扬声器7-4、票据打印机7-5、直流输出插头7-6、交流输出插头7-7，所述的蓄电池柜7-9包括多组二次蓄电池和与所述二次蓄电池相连的双向转换器；所述的控制服务中心根据居民负荷的历史数据和用户在APP上预约的信息，提前对负荷情况进行预测，及时调整微网的控制策略以最优状态满足负荷需求，同时根据电池管理系统传来的信息，监测充电桩的运行状态，发出正确指令。
3.根据权利要求1中所述的一种基于风光柴储微网的双向充电桩系统，其特征在于，该系统具体供电方式为：（1）优先选择光伏发电系统1和风力发电系统2发出的电能，其发出的电能给小区居民负荷6和充电桩系统7供电，当其发出的电能有剩余则先给蓄电池储能系统3进行充电，当蓄电池储能系统3充满电后还有多余的电能，则给充电桩系统7的蓄电池柜7-9进行充电；（2）风光柴储微电网产生的电能不足以向居民负荷6和充电桩系统7同时供电时，当充电桩蓄电池柜7-9中的二次蓄电池有电能，则该蓄电池柜先行放电给电动汽车充电，当充电桩蓄电池柜7-9的二次蓄电池没有电能，则闭合并网开关8，使微网并网运行，大电网9给充电桩系统7和小区居民负荷6补充电能；（3）大电网9发生故障且风光柴储微电网独立运行时不能满足小区居民负荷6和充电桩系统7充电时，则将车库充满电的电动汽车与充电桩相连，将电动汽车里的电能提取出来先供小区居民负荷6用电。
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