CN105684261B

CN105684261B - 用于电动汽车充电站的控制系统及其方法

Info

Publication number: CN105684261B
Application number: CN201480031980.XA
Authority: CN
Inventors: 黄杏; 于蓉蓉; 陈瑶; 赫克托·塞拉亚德拉帕拉
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2019-03-15
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: CA2911907A1; JP6408022B2; JP2017500843A; CN105684261A; EP3213388A4; US20160167539A1; US10137796B2; CA2911907C; WO2016065616A1; EP3213388A1

Abstract

提供了一种用于电动汽车充电站(EVCS)的控制系统，该控制系统包括：中央控制器，被配置为从电网接收辅助服务命令并周期地分配辅助服务命令至一个或多个本地控制器；以及一个或多个本地控制器，被配置为基于分配的辅助服务命令实时控制多个电动汽车供电装置。还提供了一种控制电动汽车充电站(EVCS)的方法。

Description

用于电动汽车充电站的控制系统及其方法

技术领域

本公开的实施例大体涉及电动汽车充电站。更特别的，本公开的实施例涉及用于电动汽车充电站(EVCS)的控制系统，以及用于控制电动汽车站充电系统的方法。

背景技术

面对紧迫的环境压力和能源的短缺，已经做出了许多努力使人们的生活方式转变为更加环保并更少地依赖于资源。在这种情况下，电动汽车(EV)目前在许多国家被认为是新兴的战略性产业。预见到大量的EV部署，将出现对EVCS安装的巨大需求。

已知EV充电在没有适当控制时会显著地影响电网的性能。电动汽车辅助服务(AS)支持从电动汽车到电网的电力传输，该电网具有控制区域和这些控制区域内传输工具的责任，以维持互联的传输系统的可靠操作。然而，如果EVCS除了仅仅吸取功率对EV充电，还可以对电网提供特定类型的辅助服务，其不仅可以减轻对电网的不良影响，还可以增强电网运行的稳定性，并减轻对电网容量扩大的压力。电动汽车辅助服务提供的功率可以是双向的，也就是说，功率可以从电动汽车流向电网，并且一些时候功率也可以从电网流向电动汽车。当EVCS没有提供辅助服务时，由EVCS吸收的功率通过电动汽车要求的需求确定，该过程属于被动响应且在EVCS中不存在主动调节。此外，当EVCS提供辅助服务时，由EVCS吸收的功率应同时考虑电动汽车的需求和电网的调度要求，在这种情况下，EVCS具有主动调节功能以提供电力系统的稳定性。换句话说，当EVCS从电网吸收功率时，其可以考虑到电网的需求而吸收比EV所需要的更多或者更少的功率；并且当EVCS馈入功率至电网时，其还可以根据电网需求调节功率。通过合理地设计控制算法以及在硬件中实现，辅助服务准备是技术上可行的。

发明内容

为了解决前述的和其它潜在的问题，本公开的实施例提出了用于电动汽车站充电系统的控制系统和用于控制电动汽车站充电系统的方法。

在一个方面，本公开的实施例提供了用于电动汽车充电站(EVCS)的控制系统。控制系统包括：中央控制器，被配置为从电网接收辅助服务命令并周期地分配辅助服务命令至一个或多个本地控制器；以及一个或多个本地控制器，被配置为基于分配的辅助服务命令实时控制多个电动汽车供电设备。

在一些实施例中，中央控制器被进一步被配置为评估在每个电动汽车中的电池用于充电所需能量和用于辅助服务的可用容量。

在一些实施例中，中央控制器被进一步被配置为根据每个电动汽车中的电池用于充电所需能量和所评估的用于辅助服务的可用容量分配辅助服务命令至多个电动汽车供电设备。

在一些实施例中，用于辅助服务的可用的容量包括在每个电动汽车中可用的电池能量和每个电动汽车供电设备可用的功率。

在一些实施例中，中央控制器被进一步被配置为将辅助服务周期划分为辅助服务提供时间和对每个电动汽车供电设备的电池充电时间。

在一些实施例中，辅助服务周期是灵活配置的。

在一些实施例中，在每个辅助服务周期中的辅助服务提供时间和电池充电时间的序列是灵活配置的。

在一些实施例中，电池充电时间在辅助服务周期的结束处或者辅助服务周期的起始处或者在辅助服务周期的任意部分。

在一些实施例中，中央控制器被进一步被配置为在辅助服务提供时间中辅助服务指令为零的区间中通过调节电动汽车的电池能量为辅助服务做准备。

在一些实施例中，中央控制器被进一步被配置为在每个辅助服务周期中设置用于电池充电的固定时间。

在一些实施例中，固定时间是客户决定的最终能量需求、电池的充电状态(SOC)、电动汽车供电设备的最大功率容量、以及用于在一个辅助服务期间的辅助服务的时间长度的数理统计的函数。

在一些实施例中，中央控制器被配置为通过基于操作条件和电池类型考虑电池容量以降额操作模式操作电动汽车供电设备。

在一些实施例中，操作条件包括温度和电池的寿命。

在一些实施例中，中央控制器被配置为利用能量存储系统(ESS)使用有功和无功功率的闭环控制，以改善在公共耦合点(PCC)被功率波动影响的供电质量。

在一些实施例中，中央控制器位于变电站中，或者位于多个电动汽车供电设备的主电动汽车供电设备中，或者位于控制室中或控制平台上。

在一些实施例中，一个或多个本地控制器将客户的需求作为输入，并且其中客户的需求包括下述的至少一项：参与辅助服务的意愿、停留在EVCS的期望时间、以及当客户离开时电动汽车的电池中的能量存储的期望值。

在一些实施例中，中央控制器被配置为采用不同的通信协议与一个或多个本地控制器进行通信。

在一些实施例中，电动汽车供电设备包括单向电动汽车供电设备和双向电动汽车供电设备。

在另一个方面，本公开的实施例提供了用于控制电动汽车充电站(EVCS)的方法。该方法包括：从电网接收辅助服务命令；周期地分配辅助服务命令至一个或多个较低级别的控制器；以及基于分配的辅助服务命令实时地控制多个电动汽车供电设备。

在一些实施例中，方法进一步包括评估在每个电动汽车中的电池用于充电所需能量和用于辅助服务的可用容量。

在一些实施例中，周期地分配辅助服务命令至一个或多个更低级别的控制器进一步包括根据每个电动汽车中的电池用于充电所需能量和所评估的用于辅助服务的可用容量分配辅助服务命令至多个电动汽车供电设备。

在一些实施例中，用于辅助服务可用的容量包括在每个电动汽车中可用的电池能量和每个电动汽车供电设备可用的功率。

在一些实施例中，方法进一步包括：将辅助服务周期划分为辅助服务提供时间和用于每个电动汽车供电设备的电池充电时间。

在一些实施例中，辅助服务周期是灵活配置的。

在一些实施例中，方法进一步包括：在辅助服务提供时间中辅助服务指令为零的区间，通过调节电动汽车的电池能量为辅助服务做准备。

在一些实施例中，方法进一步包括：在每个辅助服务周期中设置用于电池充电的固定时间。

在一些实施例中，固定时间是客户的最终能量需求、电池的充电状态(SOC)、电动汽车供电设备的最大功率容量、以及用于在一个辅助服务期间的辅助服务的时间长度的数理统计的函数。

在一些实施例中，方法进一步包括：通过基于操作条件和电池类型考虑电池容量，以降额操作模式操作电动汽车供电设备。

在一些实施例中，操作条件包括温度和电池的寿命。

在一些实施例中，方法进一步包括：利用能量存储系统(ESS)使用闭环控制，以改善在公共耦合点(PCC)处被功率波动影响的供电质量。

在一些实施例中，方法进一步包括：将客户的需求作为输入，其中客户的需求包括下述的至少一项：参与辅助服务的意愿、停留在EVCS的期望时间、以及当客户离开时电动汽车的电池中期望的能量存储值。

在一些实施例中，方法进一步包括：采用不同的通信协议控制多个电动汽车供电设备。

当结合附图阅读时，还可以从具体示例性实施例的下述描述中理解本公开的实施例的其它特征和优点，其以示例的方式示出了本公开的原理。

附图说明

通过参考附图，本公开的实施例将以示例的方式表现，并且其优点将在下面更详细地说明，其中：

图1示出了参与辅助服务的EVCS(或EV集中器)的架构；

图2示出了电动汽车控制系统的结构图；

图3示出了根据本公开的一个实施例的中央控制器；

图4示出了提供辅助服务的一个AS周期的原理图；

图5示出了在一个AS周期中的两个模式限定；

图6示出了根据本公开的一个实施例当多个电动汽车供电设备随机出现时的多个电动汽车供电设备的AS周期；

图7示出了根据本公开的一个实施例当多个电动汽车供电设备周期出现时的多个电动汽车供电设备的AS周期；

图8示出了根据本公开的另一个实施例的多个电动汽车供电设备的AS周期；以及

图9示出了根据本公开的一个实施例用于控制EVCS的方法的流程图；

图10示出了根据本公开的另一个实施例用于控制EVCS的方法的流程图。

所有的附图是原理性的，并不是成比例的，并且一般仅仅示出了为了说明本公开所必需的部分，而省略了或者仅仅建议了其它部分。

具体实施方式

在下文中，将通过参考说明性实施例描述本公开的原理和精神。应当理解的是，所给出的所有这些实施例仅仅用于使本领域技术人员能够更好地理解并进一步实施本公开，但不用于限制本公开的范围。例如，作为一个实施例的一部分所示出或者描述的特征可以和另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。为了清楚的目的，在本说明中没有描述实际实施方式的所有特征。当然可以理解的是，在任何这种实际的实施例的研发中，应当作出许多具体实现方式的决定以达成开发者的具体目标，诸如遵从相关系统和相关业务的约束，其随着实现方式改变。此外，可以理解的是，这种研发工作可以是复杂且耗时的，但仍然是具有本公开益处的本领域技术人员的常规工作。

现将参考附图描述所公开的主题。各种结构、系统和设备是原理性地在附图中描述的，仅仅用于解释的目的，使得本领域技术人员所熟知的细节不会模糊该说明。然而，附图被包含以描述和说明所公开的主题的说明性示例。本文所使用的词汇和短语应被理解为并解释为具有与相关领域中技术人员对这些词汇和短语的理解一致的意思。没有特殊限定的术语或短语，即不同于本领域技术人员所理解的普通和习惯意思的限定，意在由本文的术语或短语的一致用法表示。在某种程度上，术语或者短语意在具有特殊的意义，即除了技术人员所理解的意义，诸如特殊限定将在说明书中以直接并明确地提供该术语或者短语的特殊限定的明确的方式清楚说明。

图1示出了参与辅助服务的EVCS(或EV代理商)的架构，并且特别是不同控制器之间的通信关系和控制级别。如图1所示，层1的控制系统可以从ISO/TSO(独立系统操作员/传输系统操作员)接收辅助服务要求以及用于辅助服务的投标。进一步地，层1的控制系统可以发送EVCS(或者EV代理商，其中代理商是管理多个电动汽车的企业实体)的操作参考至层2的控制系统并获得EVCS的操作状态。层2的控制系统可以控制多个电动汽车供电设备103₁、103_i……103_n，其可以用于对EV充电并提供辅助服务，并接收多个电动汽车供电设备的操作状态。本主题主要涉及层2的控制系统，因此为了避免混淆，本文省略了层1的控制系统。

图2示出了用于电动汽车充电站的控制系统200的结构。控制系统200可以实时响应来自电网的AS命令提供辅助服务。EVCS控制系统200可以是基于站或者代理商的，并且可以在每个辅助服务周期内管理辅助服务命令，其中辅助服务命令限定了应该传输到连接的电网的电功率的量或者应该从连接的电网接收的电功率的量。如图2所示，EVCS 200包括将在下面参考图3讨论的中央控制器201和多个本地控制器202₁……202_n(统称为“本地控制器202”)。在EVCS中存在多个EV供电设备，其分别对应于几个本地控制器202₁……202_n。每个EV供电设备可以设置有电池管理系统(BMS)。

中央控制器201被配置为从电网接收辅助服务命令并周期地分配辅助服务命令至一个或多个本地控制器202₁……202_n。辅助服务命令将在每个辅助服务周期更新。由电网或者EVCS和电网之间的契约限定周期。在一些实施例中，辅助服务周期是1个小时。

一个或多个本地控制器202₁……202_n被配置为基于分配的辅助服务命令实时控制多个电动汽车供电设备。其中电动汽车供电设备用于对相应的电动汽车充电。

在一些实施例中，中央控制器被配置为采用不同的通信协议与一个或多个本地控制器通信。

在一些实施例中，中央控制器201可以位于变电站中。当EVCS是小型的，具有相对少量的供电设备时，中央控制器201可以位于一个主EV供电设备中以简化系统架构。在另一个实施例中，当EVCS是大型的具有许多供电设备时，中央控制器201可以位于一个控制室或者控制平台中。这样，当主EV供电设备故障时，系统不会关闭，因此系统可以更稳定。

本地控制器202₁……202_n在实现辅助服务命令时，满足了EV电池充电要求。此外，本地控制器202₁……202_n将客户需求作为输入。例如，客户需求可以包括参与AS的意愿，停留在充电站的期望时间，和/或当客户离开时电动汽车中的能量存储的期望值。

在一个实施例中，中央控制器被进一步配置为评估每个电动汽车中的电池用于充电所需能量和用于辅助服务的可用容量，以及根据每个电动汽车中的电池用于充电所需能量和估计的用于辅助服务的可用容量分配辅助服务命令至多个电动汽车充电设备。此外，用于辅助服务可用的容量包括在每个电动汽车中可用的电池能量和每个电动汽车供电设备可用的功率。

在一个电动汽车中所需的电池能量由电池可用的容量限制，中央控制器应当判断是否能够提供由电动汽车拥有者(即，客户)设置的一个电动汽车中所需的电池能量，并给予所需的电池能量一个数值限制操作。进一步地，当EV电池不能存储所需的能量时，中央控制器可以输出一个错误信号。在这种情况下，客户应当减少所需的电池交换能量直到其符合电池可用容量。

进一步地，基于在一个电动汽车中所需的电池能量，中央控制器3011可以确定电动汽车供电设备是否能够提供所需的功率。在一些情况下，如果电动汽车所需的功率超过了电动汽车供电设备的容量，中央控制器将输出错误信号并且电动汽车的拥有者应当减少所需的能量或者增加其停留在EVCS的时间。

每个电动汽车供电设备具有两个目标。目标一在于在实时响应中提供AS功率；以及目标二在于保证根据客户要求的能量存储。问题是，这两个目标是相互冲突的，电动汽车供电设备很难同时实现这两个目标。因此，在一些实施例中，中央控制器201被配置为将辅助服务周期划分为辅助服务提供时间和用于每个电动汽车供电设备的电池充电时间。在辅助服务提供时间内，电动汽车供电设备工作在AS服务器模式，而在电池充电时间内，电动汽车供电设备工作在电池充电器模式，如图5所示。

辅助服务包括用于系统上调和下调的辅助服务。在上调的过程中，EVCS减少了吸收的功率，使得电网的频率减小，并且在下调的过程中，EVCS增加了吸收的功率，使得电网的频率增加。图5示出了作为一个示例的下调的过程。中央控制器201被配置为在辅助服务命令为零的区间内，通过在EV电池中存储更多/更少的能量(在上调的过程中存储更多的能量，且在下调的过程中存储更少的能量)为AS做准备。AS周期在一个系统中可以是固定的，诸如1个小时。可替换地，该周期可以根据不同的电网协议改变。

在本公开的一些实施例中，电动汽车供电设备可以是单向的或者双向的。因此，本地控制器202包括用于单向的EV供电设备的一个或多个控制器以及用于双向的EV供电设备的一个或多个控制器。在一个实施例中，如图2所示，本地控制器202_i是用于双向EV供电设备的控制器，以及本地控制器202_j是用于单向EV供电设备的控制器。

在本公开的一个实施例中，EVCS可以进一步包括几个能量存储系统(ESS)，并且每一个还设置有BMS。ESS用于存储电力并在需要时提供用于辅助服务的功率。ESS可以是蓄能器、电池或者其它合适的设备。

根据实施例，其中EVCS包括ESS，EVCS控制系统200进一步包括用于ESS的控制器。在一个实施例中，中央控制器201利用ESS使用有功和无功功率的闭环控制，以提高在公共耦合点(PCC)被功率波动影响的电源质量，其中PCC表示多于一个负载连接至其的电网点。用于ESS的控制器可以位于中央控制器201中或者是本地控制器202中的一个。在一个实施例中，图2所示的本地控制器202_k是用于ESS的控制器。

图3示出了根据本公开的一个实施例的中央控制器201。中央控制器201包括上层控制器3011以及一个或多个下层控制器3012。上层控制器3011和下层控制器3012可以是中央控制器201的模块。

在中央控制器201中，上层控制器3011被配置为从电网接收辅助服务命令并分配辅助服务命令至一个或多个下层控制器。一个或多个下层控制器3012被配置为与本地控制器202进行通信。在一些实施例中，每个下层控制器3012对应于一个或多个本地控制器。

上层控制器3011还具有以下功能，其包括评估每个电动汽车中的电池用于充电所需能量以及用于辅助服务的可用容量，并根据每个电动汽车中的电池用于充电所需能量以及用于辅助服务的估计的可用容量分配辅助服务命令至多个电动汽车供电设备3012。

进一步地，下层控制器3012被配置为将辅助服务周期划分为针对每个电动汽车供电设备的辅助服务提供时间和电池充电时间。在一些实施例中，一个或多个下层控制器3012进一步被配置为在辅助服务提供时间中辅助服务命令为零的区间内，通过在电动汽车的电池中存储更多/更少的能量为辅助服务做准备。在一些情况下，一个或多个下层控制器进一步被配置为在每个辅助服务期间设置用于电池充电的固定时间。固定时间是客户的最终能量需求、电池的充电状态(SOC)、电动汽车供电设备的最大功率容量、以及用于在一个辅助服务期间的辅助服务的时间长度的数理统计的函数。

图4示出了具有辅助服务命令的一个AS周期的原理图。在图中，P_{avg_ac}是没有辅助服务命令时，用于在AC侧对一个电动汽车的电池充电/放电的平均功率。P_{avg_ac}等于一个电动汽车所需的电池能量除以电动汽车停留在EVCS的时间长度的结果。通常，时间长度在充电过程之前通过电动汽车的拥有者输入至控制系统200。进一步地，S₄₁和S₄₂的面积原理性地表示在时间区间t₄₁和t₄₂内辅助服务命令所需的能量，其可以表示正向功率(图4所示)或者负向功率。

图5示出了在一个AS周期中的两个模式定义。从图5中可以看出，辅助服务周期被划分为辅助服务提供时间和用于电动汽车供电设备的电池充电时间。在辅助服务提供时间内，电动汽车供电设备工作在AS服务器模式，而在电池充电时间内，电动汽车供电设备工作在电池充电器模式。

在图5中，P_{as_max}表示辅助服务功率的最大值。通常，当EVCS与连接的电网达成一致时，它们将指定用于调节的辅助服务功率的最大值。并且存在两个方向，一个是增大(即，功率从EVCS传输到电网)，另一个是减小(即，功率从电网传输到EVCS)。因此，P_{as_max}是预定的，其分别表示用于上调和下调的辅助服务功率的最大值。

在一个实施例中，电池充电时间t_{as_max}是固定的并由电网预设。在另一个实施例中，t_{as_max}是客户的最终能量需求、电池的充电状态(SOC)、电动汽车供电设备的最大功率容量、以及用于在一个辅助服务内辅助服务的时间长度的数理统计的函数，其中SOC表示电池充电容量和额定容量之间的比率，其是百分率。然而，对于每个电动汽车，t_{as_max}在一个充电过程中是固定的。

在AS服务器模式中，EV供电设备作为AS服务器工作以跟随辅助服务命令。辅助服务命令根据电网需求变化，其应由电动汽车供电设备实时跟随。在一些情况下，将增大方向作为一个示例，AS服务器模式可以被划分为两个部分。

当辅助服务命令(P_{as_ac})为零时，电动汽车供电设备通过为接下来的辅助服务需求充电更少的能量(如区域S₅₁、S₅₃、S₅₅表示)为AS做准备。当辅助服务命令(P_{as_ac})不为零时，电动汽车供电设备将实时跟随辅助服务命令，由区域S₅₂和S₅₄所示。

在一个实施例中，控制系统200进一步被配置为检测SOC的反馈值，并输出信号以在SOC≥1或SOC≤0时，表示电池的SOC达到或者超出范围。

如果在整个AS周期保持使用AS服务器模式，电动汽车供电设备可以在实时响应中提供AS功率，但是不能保证客户所需的能量存储，因为辅助服务使用了太多的能量。将AS上调作为一个示例，为了实现上述两个目标，电动汽车供电设备将在每个AS周期的最后时间(t_{as_max})内变为电池充电器模式。控制系统200将使用电池充电能量闭环控制以提供客户所需的能量。

然而，当温度在不同季节变化很大时，电池容量在大范围内变化，例如，基于温度的铅酸蓄电池。基于这种情况，中央控制器201被配置为以降额操作模式操作电动汽车供电设备。例如，当环境温度小于10℃时，电动汽车供电设备的操作功率容量P_CAP等于电动汽车供电设备的标称容量的20％，当环境温度大于10℃且小于20℃时，P_CAP等于电动汽车供电设备的标称容量的40％，并且当环境温度大于20℃时，P_CAP等于电动汽车供电设备的标称容量。采用这种降额操作，我们可以保护电动汽车的电池并延长其寿命。

图6-8示出了根据本公开的实施例的多个电动汽车供电设备的AS周期。在一些实施例中，辅助服务周期是灵活配置的。

从图6-8可以看出，期望的时间通常包括几个AS周期和一个AS周期的一小部分。在这些情况中，AS周期划分用于将一个电动汽车停留时间分配为多个AS周期，其有助于实现一个周期EVCS控制策略的周期使用，而不管客户可能停留多少个AS周期。

如图6所示，我们可以将客户的停留时间划分成多个完整的AS周期，并留下剩余时间作为非完整的AS周期。时间周期划分策略在EV客户到达时将时间作为其自身的时间参考。当电动汽车随机到达EVCS中，用于多个电动汽车供电设备的电池充电器(BC)模式的分配可以如图6所示。可以看到用于多个电动汽车供电设备的电池充电器(BC)模式随机分配，因此，该策略可以保证在任何时刻都有电动汽车参与辅助服务。该策略适用于随机到达的电动汽车。

另一方面，如果电动汽车规律到达至EVCS而没有随机特性，图6中的算法不能保证在任何时刻电动汽车都参与辅助服务。在这种情况下，我们可以限定第一AS周期的时间长度作为不是完整AS周期的随机值，如图7所示。在这种情况下，多个电动汽车供电设备的BC模式将不会同时出现。

图6和7中的两个时间周期划分策略可以通过在每个AS周期的最后时刻使用BC保证客户所需的能量存储。但是如果客户允许能量存储的限制错误，BC模式还可以被设计在一个AS周期的前段或者中间段，而不是一个AS周期的末段，如图8所示。

在一个实施例中，电动汽车供电设备可以是单向的或者双向的。用于单向电动汽车供电设备的控制系统的原理与用于双向电动汽车供电设备相同。本文档的描述主要涉及用于双向电动汽车供电设备的控制系统。用于单向电动汽车供电设备的控制系统和用于双向电动汽车供电设备的控制系统之间不存在差别。但是，控制系统应当注意单向功率方向的硬件限制，并将功率范围设置从[-P_{ac_max}，P_{ac_max}]变为[0，P_{ac_max}]。

由于站内存在几个具有不同容量的充电器，因此，EVCS级的总容量是那些单独的容量的总和。进一步地，根据电网的AS规则(上调或下调，上调以及下调)，用于计算EVCS的AS容量(P_{as_up_CAP_EVCS}、P_{as_down_CAP_EVCS})的公式是不同的。其中上调或者下调表示所有电动汽车供电设备工作用于上调或者下调，但是，上调以及下调表示一些电动汽车供电设备工作用于上调，一些用于下调。当AS规则是上调(公式1)或者下调(公式2)时，EVCS的辅助服务容量可以由下式确定：

其中，n是EVSE的总数，P_{as_up_CAP_i}是用于上调第i个电动汽车供电设备的辅助服务容量。P_{as_down_CAP_i}是用于下调第i个电动汽车供电设备的辅助服务容量。

当AS规则是上调以及下调时，EVCS的辅助服务容量由下式确定：

其中，a是用于上调的电动汽车供电设备的数量，b是用于下调的电动汽车供电设备的数量，以及n是电动汽车供电设备的总数，n≥a+b。P_{as_up_CAP_i}是用于上调第i个电动汽车供电设备的辅助服务容量，以及P_{as_down_CAP_i}是用于下调第i个电动汽车供电设备的辅助服务容量。

基于EVCS的辅助服务容量，控制系统200可以将PCC处的AS功率参考实时分配到电动汽车供电设备中。

例如，当辅助服务规则是上调以及下调时，一些电动汽车供电设备用于上调，一些用于下调。对于工作用于上调的电动汽车供电设备，通过下面的公式执行它们的实时分配。

P_{as_down_max_i}＝0

其中i＝1,2,…a，P_{as_up_max_i}是上调第i个电动汽车供电设备所需的最大辅助服务容量，P_{as_up_CAP_i}是上调第i个电动汽车供电设备可用的辅助服务容量，P_{as_up_max_PCC}是在PCC处上调所需的最大辅助服务，以及是上调EVCS可用的整个辅助服务容量。P_{as_down_max_i}＝0表示仅仅需要第i个电动汽车供电设备用于上调。

对于工作用于下调的电动汽车供电设备，它们的实时分配为：

P_{as_up_max_j}＝0

其中j＝1,2,…b，P_{as_down_max_j}是下调第j个电动汽车供电设备所需的最大辅助服务容量，P_{as_down_CAP_j}是下调第j个电动汽车供电设备可用的辅助服务容量，P_{as_down_max_PCC}是在PCC处下调所需的最大辅助服务，以及P_{as_up_CAP_EVCS}是下调EVCS可用的整个辅助服务容量。P_{as_up_max_j}＝0表示仅仅需要第j个电动汽车供电设备用于下调。

用于所有电动汽车供电设备的辅助服务命令(P_{as_PCC})的实时分配如下式所示：

其中P_{as_ac_i}是来自电网的AC侧的第i个电动汽车供电设备所需的辅助服务功率，以及P_{as_PCC}是辅助服务命令实时所需的功率。

在一些实施例中，由于电动汽车供电设备工作在“电池充电器”模式时不能提供辅助服务，并且EV客户可以不跟随它们的辅助服务命令而随机离开EVCS，能量存储系统(ESS)可以加入EVCS，并且控制系统200相应地具有用于ESS的控制器。

例如，ESS用于控制PCC点的功率流，当电动汽车供电设备未能提供足够的AS功率时通过使用功率闭环控制以克服功率损耗。有功功率控制环路的功率参考P_{ref_ESS}是实时从电网接收的在PCC处的辅助服务命令。如果在EVCS中存在多个ESS，功率参考可以根据下式分配：

其中P_{ref_i}是第i个ESS的有功功率参考，P_{ref_ESS}是控制环路的有功功率参考，P_{CAP_ESS_i}是第i个ESS的有功功率容量，Q_{ref_i}是第i个ESS的无功功率参考，Q_{ref_ESS}是控制环路的无功功率参考，Q_{CAP_ESS_i}是第i个ESS的无功功率的容量，以及n是ESS的总数。

图9示出了根据本公开的一个实施例用于控制EVCS的方法900的流程图。该方法可以通过相应的控制器实现。

在步骤901，方法900执行从电网接收辅助服务命令。辅助服务命令将在每个辅助服务周期更新。其中辅助服务命令限定了应当传输到连接的电网的电力量或者应当从连接的电网接收的电力量。在一些实施例中，步骤901可以通过EVCS控制系统中的中央控制器执行。

在步骤902，方法900接着周期地分配辅助服务命令至一个或多个下层控制器。在一些情况下，方法900应当评估每个电动汽车中所需的电池能量和用于辅助服务的可用容量。以及步骤902可以进一步包括根据每个电动汽车中所需的功率值和估计的用于辅助服务的可用容量分配辅助服务命令至多个电动汽车供电设备。进一步地，用于辅助服务可用的容量包括在每个电动汽车中可用的电池能量和每个电动汽车供电设备可用的功率。在一些实施例中，步骤902还可以通过EVCS控制系统中的中央控制器执行。

在步骤903，方法900基于分配的辅助服务命令控制多个电动汽车供电设备。有时候，方法900应当执行客户的需求作为输入，以及客户的需求包括参与AS的意愿，停留在充电站的期望时间，以及当客户离开时电动汽车中的期望的能量存储值。当执行步骤903时，将辅助服务周期划分成辅助服务提供时间和在一些时候用于电动汽车供电设备所需的电池充电时间。

在步骤1001，评估在每个电动汽车中的电池用于充电所需能量和用于辅助服务的可用容量。然后方法前进到步骤1002，辅助服务命令根据每个电动汽车中的电池用于充电所需能量和评估的用于辅助服务的可用容量被分配到多个电动汽车供电设备。其中，用于辅助服务可用的容量包括在每个电动汽车中可用的电池能量和每个电动汽车供电设备可用的功率。步骤1001和1002可以均由中央控制器的上层控制器执行。

在步骤1003，辅助服务周期被划分为辅助服务提供时间和用于电动汽车供电设备的电池充电时间。步骤1003可以通过中央控制器的下层控制器执行。

在一个实施例中，方法进一步包括：在辅助服务提供时间中辅助服务指令为零的区间，通过调节电动汽车的电池能量为辅助服务做准备。

在一个实施例中，方法进一步包括：在每个辅助服务周期中设置用于电池充电的固定时间。

在一个实施例中，其中用于电池充电的固定时间是电动汽车的拥有者的最终能量需求、电池的充电状态(SOC)、电动汽车供电设备的最大功率容量、以及用于在一个辅助服务期间的辅助服务的时间长度的数理统计的函数。

在一个实施例中，方法进一步包括通过使用EV供电设备降额操作考虑在不同季节依赖于温度的电池容量。

在一个实施例中，方法进一步包括：采用不同的通信协议控制多个电动汽车供电设备。

在一个实施例中，方法进一步包括：利用能量存储系统(ESS)使用有功和无功功率的闭环控制，以提高在公共耦合点(PCC)被功率波动影响的供电质量。

在一个实施例中，电动汽车供电设备包括单向电动汽车供电设备和双向电动汽车供电设备。

还应当理解，所给出的上述实施例用于描述而不是限制本公开，并且可以理解的是，如本领域技术人员容易理解的，可以采用修正和改变而不偏离本公开的精神和范围。这种修正和改变被认为是在本公开的范围和所附权利要求内的。本公开的保护范围通过所附权利要求限定。此外，权利要求中的任何标号不应当被解释为限制权利要求。动词“包括”及其变形的使用不排除除了权利要求中所述的那些以外的元件或者步骤的存在。在一个元件或者步骤之前的不定冠词“一”或者“一个”不排除多个这种元件或者步骤的存在。

Claims

1.一种用于电动汽车充电站EVCS的控制系统，包括：

中央控制器，被配置为从电网接收辅助服务命令，并周期地将所述辅助服务命令分配给一个或多个本地控制器；以及

所述一个或多个本地控制器，被配置为基于所分配的辅助服务命令实时控制多个电动汽车供电设备；

其中：

所述中央控制器进一步被配置为针对每个电动汽车供电设备，将辅助服务周期划分为辅助服务提供时间和电池充电时间；

其中所述中央控制器被进一步配置为在每个辅助服务周期中设置用于电池充电的固定时间，其中，所述固定时间是客户的最终能量需求、电池的充电状态(SOC)、所述电动汽车供电设备的最大功率容量、以及在一个辅助服务期间中用于所述辅助服务的时间长度的数理统计的函数。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述中央控制器被进一步配置为评估在每个电动汽车中的电池用于充电的所需能量和用于辅助服务的可用容量。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其中，所述中央控制器被进一步配置为根据每个电动汽车中的电池用于充电的所需能量和所评估的用于辅助服务的可用容量，分配所述辅助服务命令给所述多个电动汽车供电设备。

4.根据权利要求2或3所述的控制系统，其中，所述用于辅助服务的可用容量包括在每个电动汽车中的电池的可用能量和每个电动汽车供电设备的可用功率。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述辅助服务周期是灵活配置的。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其中，在每个辅助服务周期中的所述辅助服务提供时间和所述电池充电时间的序列是灵活配置的。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其中，所述电池充电时间是在所述辅助服务周期的结束后，或者在所述辅助服务周期的起始前，或者在所述辅助服务周期中的任意部分。

8.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述中央控制器被进一步配置为在所述辅助服务提供时间中所述辅助服务指令为零时的间隔期间，通过调节所述电动汽车的所述电池中的能量为辅助服务做准备。

9.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述中央控制器被配置为通过基于操作条件和电池类型考虑电池容量，以降额操作模式操作所述电动汽车供电设备。

10.根据权利要求9所述的控制系统，其中，所述操作条件包括温度和电池的寿命。

11.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述中央控制器被配置为利用能量存储系统(ESS)使用有功功率和无功功率的闭环控制，以改善在公共耦合点(PCC)处被功率波动影响的供电质量。

12.根据权利要求1或2所述的控制系统，其中，所述中央控制器位于变电站中，或者位于多个电动汽车供电设备的主电动汽车供电设备中，或者位于控制室中或控制平台上。

13.根据权利要求1或2所述的控制系统，其中，所述一个或多个本地控制器将客户的需求作为输入，并且其中所述客户的需求包括下述中的至少一项：参与辅助服务的意愿、停留在EVCS的期望时间、以及当客户离开时所述电动汽车的电池中能量存储的期望值。

14.根据权利要求1或2所述的控制系统，其中，所述中央控制器被配置为采用不同的通信协议与所述一个或多个本地控制器通信。

15.根据权利要求1或2所述的控制系统，其中，所述电动汽车供电设备包括单向电动汽车供电设备和双向电动汽车供电设备。

16.一种用于控制电动汽车充电站EVCS的方法，包括：

从电网接收辅助服务命令；

周期地分配所述辅助服务命令给一个或多个下层控制器；以及

基于所分配的辅助服务命令实时地控制多个电动汽车供电设备；以及

针对每个电动汽车供电设备，将辅助服务周期划分为辅助服务提供时间和电池充电时间；

所述方法进一步包括：在每个辅助服务周期中设置用于电池充电的固定时间，其中，所述固定时间是客户的最终能量需求、电池的充电状态(SOC)、所述电动汽车供电设备的最大功率容量、以及在一个辅助服务期间中用于所述辅助服务的时间长度的数理统计的函数。

17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括评估在每个电动汽车中的电池用于充电的所需能量和用于辅助服务的可用容量。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，周期地分配所述辅助服务命令给所述一个或多个下层控制器进一步包括根据每个电动汽车中的电池用于充电所需能量和所评估的用于辅助服务的可用容量，分配所述辅助服务命令给多个电动汽车供电设备。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，所述用于辅助服务的可用容量包括所述在每个电动汽车中的电池的可用能量和每个电动汽车供电设备的可用功率。

20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述辅助服务周期是灵活配置的。

21.根据权利要求16所述的方法，其中，在每个辅助服务周期中的所述辅助服务提供时间和所述电池充电时间的序列是灵活配置的。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述电池充电时间在所述辅助服务周期的结束后，或者所述辅助服务周期的起始前，或者在所述辅助服务周期中的任意部分。

23.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：在所述辅助服务提供时间中所述辅助服务指令为零时的间隔期间，通过调节所述电动汽车的电池中的能量为辅助服务做准备。

24.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：通过基于操作条件和电池类型考虑电池容量，以降额操作模式操作所述电动汽车供电设备。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述操作条件包括温度和电池的寿命。

26.根据权利要求16或17所述的方法，进一步包括：利用能量存储系统(ESS)使用闭环控制，以改善在公共耦合点(PCC)处由功率波动影响的供电质量。

27.根据权利要求16或17所述的方法，进一步包括：

将客户的需求作为输入，其中所述客户的需求包括下述中的至少一项：参与辅助服务的意愿、停留在EVCS的期望时间、以及当客户离开时电动汽车的电池中能量存储的期望值。

28.根据权利要求16或17所述的方法，进一步包括：采用不同的通信协议控制所述多个电动汽车供电设备。

29.根据权利要求16或17所述的方法，其中，所述电动汽车供电设备包括单向电动汽车供电设备和双向电动汽车供电设备。