CN106026148A - 一种实现充电桩高质量充电的监控装置 - Google Patents

一种实现充电桩高质量充电的监控装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现充电桩高质量充电的监控装置，通过该监控装置，在现有配电网不增容的情况下，利用储能装置实现电动汽车大功率快速充电，实现配电网和充电桩之间的缓冲，减少对配电网的短时干扰和冲击，此外控制对配电网输出到充电桩系统的电压和电流进行补偿，利用上述校正信号补偿配电网的三相电压，利用变化后电流补偿电网的三相电流，该校正信号与谐波电压大小相等、方向相反，该变化后电流与谐波电流大小相等、方向相反，从而有效消除电网输出的电压电流中的谐波，从而显著提升电网输出的电能的质量。

Description

一种实现充电桩高质量充电的监控装置
所属技术领域
本发明涉一种实现充电桩高质量充电的监控装置。
背景技术
随着全球能源危机的不断加深，石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧，节能和减排是未来汽车技术发展的主攻方向。日本丰田公司率先开发出混合动力汽车Prius，揭开了电动汽车的时代序幕。电动汽车作为新一代的交通工具，在节能减排、减少人类对传统化石能源的依赖方面具备传统汽车不可比拟的优势。2009年以来，中国政府密集出台了鼓励电动汽车及相关行业发展的政策措施，企业对电动汽车的研发和产业化投入显著增强。
由于现有电网框架容量的限制，建设一个电动汽车充电站，涉及到电网的增容、城市规划的调整等等一系列的重大问题，国家电网大改造不是小事，耗资巨大，从讨论、立项到成网，非一朝一夕能实现。目前，在现有电网不增容的情况下，现有的充电机难以实现给电动汽车大功率快速充电的功能。
由于现有的充电机在电网与电动汽车充电机之间缺少缓冲装置，当充电机给电动汽车大功率快速充电时，充电设备会对电网造成的短时的干扰和冲击。
由于充电桩采用的充电桩和所带的负载是非线性设备，因此在运行时会给电网的电能质量带来不好的影响，电网中的谐波污染越来越严重。另外由于电网发生故障造成的电压不对称、电压下降等和谐波一起严重地恶化了电能质量指标，降低了电网供电的可靠性。对于那些对电能质量要求较高的充电桩，由于电压下降、谐波等质量问题将使其充电质量下降甚至导致生产过程中断，从而造成巨大的经济损失。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种实现充电桩高质量充电的监控装置，通过该监控装置，在现有配电网不增容的情况下，利用储能装置实现电动汽车大功率快速充电，实现配电网和充电桩之间的缓冲，减少对配电网的短时干扰和冲击，此外控制对配电网输出到充电桩系统的电压和电流进行补偿，利用上述校正信号补偿配电网的三相电压，利用变化后电流补偿电网的三相电流，该校正信号与谐波电压大小相等、方向相反，该变化后电流与谐波电流大小相等、方向相反，从而有效消除电网输出的电压电流中的谐波，从而显著提升电网输出的电能的质量。
为了实现上述目的，本发明提供一种实现充电桩高质量充电的监控装置，该监控装置包括：
检测模块，用于实时检测配电网输出到充电桩系统的电压和电流；
储能装置监测与调度模块，用于实时检测储能装置的储能状态，根据检测结果，随时将储能单元在配电网与充电终端之间进行投切；
充电服务及控制模块，用于控制上述每个充电终端对电池组的充电功率，控制电能质量补偿装置进行电压和电流补偿。
优选的，所述电能质量补偿装置包括：
电压电流补偿器，连接在配电网和储能装置之间，被配置为对与其相连的三相电网的三相电压、三相电流进行补偿，其包括：
电压补偿单元，对所述三相电压进行电压补偿；
电流补偿单元，对所述三相电流进行电流补偿；
直流变换单元，连接在所述电压补偿单元的输出端和所述电流补偿单元的输入端，用于在电压补偿单元和电流补偿单元之间进行接口；
所述充电服务及控制模块包括电压电流补充控制单元，用于控制所述电压补偿单元输出的三相电压和电流补偿单元输出的三相电流，使得输入的三相电压通过所述电压补偿单元后得到目标三相电压，并使得输入的三相电流通过所述电流补偿单元后得到目标三相电流。
优选的，所述电压电流补充控制单元通过以下过程控制所述电压补偿单元输出目标三相电压：
对输入电压补偿单元的三相电压进行abc/pq变换，得到第一变化后电压，使所述第一变化后电压经过低通滤波器处理，得到第二变化后电压，使第二变化后电压经pq/abc变换，得到第三变化后电压；
将所述第二变化后电压的平方和除以3后开根号，得到与所述第二变化后电压对应的电压有效值；
基于所述电压有效值，对所述第三变化后电压进行标幺化和移相处理后与预定系数相乘，得到与所述第三变化后电压对应的校正信号；
将所述校正信号与所述输入电压补偿单元的三相电压经减法器处理，得到目标三相电压输出值。
优选的，所述电压电流补充控制单元通过以下过程控制所述电流补偿单元输出目标三相电流：
对输入电流补偿单元的三相电流进行abc/pq变换，得到第一变化后电流，使所述第一变化后电流经过低通滤波器处理，得到第二变化后电流；
基于上述得到的第二变化后电压第三变化后电压以及与所述第二变化后电压对应的电压有效值使所述第二变化后电流经过公式的处理，得到第三变化后电流；
将第三变化后电流与输入所述电流补偿单元的三相电流经减法器处理，得到目标三相电流。
优选的，所述储能装置包括第一储能飞轮和第二储能飞轮，所述第一储能飞轮和第二储能飞轮以配电网允许的最大接入功率通过输入变换器吸取电能直到充满，此时所述第一储能飞轮和第二储能飞轮处于待机状态，可以随时通过充电终端给需要进行充电的电动汽车快速充电，工作过程中，储能装置监测与调度模块会根据第一储能飞轮和第二储能飞轮的储能状态进行充放电切换，保证内部可以随时满足电动汽车的充电需求。
优选的，当第一储能飞轮或第二储能飞轮需要进行充电时，所述储能装置监测与调度模块发送指令，打开充电开关，对储能飞轮进行充电，并时时检测储能飞轮的充电状态，当储能飞轮的电量达到饱和时，储能装置监测与调度模块再次发送指令，关闭充电开关，停止对储能飞轮的充电，此时，储能飞轮处于待机状态，等待接收放电指令。
优选的，当充电终端给电动汽车充电时，所述储能装置监测与调度模块发送指令，使储能装置切离电网，利用储能飞轮大功率发电机对电动汽车的电池组进行短时快速放电，满足其对快速充电的需求。
本发明具有如下优点：(1)在现有配电网不增容的情况下，利用储能装置实现电动汽车大功率快速充电，实现配电网和充电桩之间的缓冲，减少对配电网的短时干扰和冲击；(2)对配电网输出到充电桩系统的电压和电流进行补偿，利用上述校正信号补偿配电网的三相电压，利用变化后电流补偿电网的三相电流，该校正信号与谐波电压大小相等、方向相反，该变化后电流与谐波电流大小相等、方向相反，从而有效消除电网输出的电压电流中的谐波，从而显著提升电网输出的电能的质量。
附图说明
图1示出了本发明的一种实现充电桩高质量充电的监控装置的框图；
图2示出了一种充电桩高质量充电控制方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了一种一种可提升充电质量的充电桩系统10，该充电桩系统10包括：
多个充电终端12，用于对多个电动汽车的电池组30进行充电；
电能质量补偿装置13，用于消除配电网20输出的电压、电流中的谐波，从而提升配电网20输出到充电桩系统的电能质量；
储能装置14，用于从配电网20吸收电能，并用于对充电终端12快速提供电能；
和实现充电桩高质量充电的监控装置监控装置11，用于控制充电桩的运行，该监控装置11包括：
检测模块111，用于实时检测配电网输出到充电桩系统的电压和电流；
储能装置监测与调度模块112，用于实时检测储能装置的储能状态，根据检测结果，随时将储能单元在配电网与充电终端之间进行投切；
充电服务及控制模块113，用于控制上述每个充电终端对电池组的充电功率，控制电能质量补偿装置进行电压和电流补偿。
优选的，所述电能质量补偿装置13包括：
电压电流补偿器，连接在配电网和储能装置之间，被配置为对与其相连的三相电网的三相电压、三相电流进行补偿，其包括：
电压补偿单元，对所述三相电压进行电压补偿；
电流补偿单元，对所述三相电流进行电流补偿；
直流变换单元，连接在所述电压补偿单元的输出端和所述电流补偿单元的输入端，用于在电压补偿单元和电流补偿单元之间进行接口。
优选的，所述充电服务及控制模块113包括电压电流补充控制单元，用于控制所述电压补偿单元输出的三相电压和电流补偿单元输出的三相电流，使得输入的三相电压通过所述电压补偿单元后得到目标三相电压，并使得输入的三相电流通过所述电流补偿单元后得到目标三相电流。
优选的，所述电压电流补充控制单元通过以下过程控制所述电压补偿单元输出目标三相电压：
对输入电压补偿单元的三相电压进行abc/pq变换，得到第一变化后电压，使所述第一变化后电压经过低通滤波器处理，得到第二变化后电压，使第二变化后电压经pq/abc变换，得到第三变化后电压；
将所述第二变化后电压的平方和除以3后开根号，得到与所述第二变化后电压对应的电压有效值；
基于所述电压有效值，对所述第三变化后电压进行标幺化和移相处理后与预定系数相乘，得到与所述第三变化后电压对应的校正信号；
将所述校正信号与所述输入电压补偿单元的三相电压经减法器处理，得到目标三相电压输出值。
优选的，所述电压电流补充控制单元通过以下过程控制所述电流补偿单元输出目标三相电流：
对输入电流补偿单元的三相电流进行abc/pq变换，得到第一变化后电流，使所述第一变化后电流经过低通滤波器处理，得到第二变化后电流；
基于上述得到的第二变化后电压第三变化后电压以及与所述第二变化后电压对应的电压有效值使所述第二变化后电流经过公式的处理，得到第三变化后电流；
将第三变化后电流与输入所述电流补偿单元的三相电流经减法器处理，得到目标三相电流。
优选的，所述储能装置包括第一储能飞轮和第二储能飞轮，所述第一储能飞轮和第二储能飞轮以配电网允许的最大接入功率通过输入变换器吸取电能直到充满，此时所述第一储能飞轮和第二储能飞轮处于待机状态，可以随时通过充电终端给需要进行充电的电动汽车快速充电，工作过程中，储能装置监测与调度模块会根据第一储能飞轮和第二储能飞轮的储能状态进行充放电切换，保证内部可以随时满足电动汽车的充电需求。
优选的，当第一储能飞轮或第二储能飞轮需要进行充电时，所述储能装置监测与调度模块发送指令，打开充电开关，对储能飞轮进行充电，并时时检测储能飞轮的充电状态，当储能飞轮的电量达到饱和时，储能装置监测与调度模块再次发送指令，关闭充电开关，停止对储能飞轮的充电，此时，储能飞轮处于待机状态，等待接收放电指令。
优选的，储能飞轮在储能时采用PWM可控整流，最大程度地降低设备对电网的谐波干扰和无功需求。
优选的，当充电终端给电动汽车充电时，所述储能装置监测与调度模块发送指令，使储能装置切离电网，利用储能飞轮大功率发电机对电动汽车的电池组进行短时快速放电，满足其对快速充电的需求。
优选的，所述充电终端12包括：
通信装置，用于与充电服务及控制模块以及所述充电终端进行通信；
程控电源，用于根据控制进行充电；
充电接口，与所述程控电源连接，用于连接电动汽车；
电量计量装置，用于计量充电电量。
图2示出了一种充电桩高质量充电控制方法的流程图。该控制方法包括如下步骤：
S1.储能装置从配电网中以配电网允许的最大接入功率通过输入变换器吸取电能直到充满，此时储能装置处于待机状态，可以随时给需要进行充电的电动汽车快速充电；
S2.当充电桩给电动汽车充电时，使储能装置切离电网，利用储能飞轮大功率发电机对电动汽车的电池组进行短时快速放电，满足其对快速充电的需求；
S3.充电桩运行期间，实时检测配电网输出的电压和电流；
S4.根据检测到的电压和电流大小，实时进行电压和电流补偿，消除配电网输出的电压、电流中的谐波，从而提升输入到充电桩系统的电能质量。
优选的，在步骤S4中，控制电压补偿单元输出的三相电压和电流补偿单元输出的三相电流，使得输入的三相电压通过所述电压补偿单元后得到目标三相电压，并使得输入的三相电流通过所述电流补偿单元后得到目标三相电流。
优选的，通过以下过程控制所述电压补偿单元输出目标三相电压：
对输入电压补偿单元的三相电压进行abc/pq变换，得到第一变化后电压，使所述第一变化后电压经过低通滤波器处理，得到第二变化后电压，使第二变化后电压经pq/abc变换，得到第三变化后电压；
将所述第二变化后电压的平方和除以3后开根号，得到与所述第二变化后电压对应的电压有效值；
基于所述电压有效值，对所述第三变化后电压进行标幺化和移相处理后与预定系数相乘，得到与所述第三变化后电压对应的校正信号；
将所述校正信号与所述输入电压补偿单元的三相电压经减法器处理，得到目标三相电压输出值。
优选的，通过以下过程控制所述电流补偿单元输出目标三相电流：
对输入电流补偿单元的三相电流进行abc/pq变换，得到第一变化后电流，使所述第一变化后电流经过低通滤波器处理，得到第二变化后电流；
基于上述得到的第二变化后电压第三变化后电压以及与所述第二变化后电压对应的电压有效值使所述第二变化后电流经过公式的处理，得到第三变化后电流；
将第三变化后电流与输入所述电流补偿单元的三相电流经减法器处理，得到目标三相电流。
优选的，在步骤S1中，在正常状态下，储能装置监测与调度模块实时检测储能装置的储能状态，根据检测结果，随时将储能装置在配电网与充电终端之间进行投切。
优选的，所述储能装置包括第一储能飞轮和第二储能飞轮，当第一储能飞轮或第二储能飞轮需要进行充电时，该系统发送指令，打开充电开关，对储能飞轮进行充电，并时时检测储能飞轮的充电状态，当储能飞轮的电量达到饱和时，系统再次发送指令，关闭充电开关，停止对储能飞轮的充电。此时，储能飞轮处于待机状态，等待接收放电指令。
优选的，在步骤S2中，储能飞轮在放电过程中，飞轮降速带动发电机发电，经过DC/DC变换模块，然后通过充电终端对电动汽车的电池组快速充电。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种实现充电桩高质量充电的监控装置，该监控装置包括：
检测模块，用于实时检测配电网输出到充电桩系统的电压和电流；
储能装置监测与调度模块，用于实时检测储能装置的储能状态，根据检测结果，随时将储能单元在配电网与充电终端之间进行投切；
充电服务及控制模块，用于控制每个充电终端对电池组的充电功率，控制电能质量补偿装置进行电压和电流补偿。
2.如权利要求1所述的监控装置，其特征在于，所述电能质量补偿装置包括：
电压电流补偿器，连接在配电网和储能装置之间，被配置为对与其相连的三相电网的三相电压、三相电流进行补偿，其包括：
电压补偿单元，对所述三相电压进行电压补偿；
电流补偿单元，对所述三相电流进行电流补偿；
直流变换单元，连接在所述电压补偿单元的输出端和所述电流补偿单元的输入端，用于在电压补偿单元和电流补偿单元之间进行接口；
所述充电服务及控制模块包括电压电流补充控制单元，用于控制所述电压补偿单元输出的三相电压和电流补偿单元输出的三相电流，使得输入的三相电压通过所述电压补偿单元后得到目标三相电压，并使得输入的三相电流通过所述电流补偿单元后得到目标三相电流。
3.如权利要求2所述的监控装置，其特征在于，所述电压电流补充控制单元通过以下过程控制所述电压补偿单元输出目标三相电压：
对输入电压补偿单元的三相电压进行abc/pq变换，得到第一变化后电压，使所述第一变化后电压经过低通滤波器处理，得到第二变化后电压，使第二变化后电压经pq/abc变换，得到第三变化后电压；
将所述第二变化后电压的平方和除以3后开根号，得到与所述第二变化后电压对应的电压有效值；
基于所述电压有效值，对所述第三变化后电压进行标幺化和移相处理后与预定系数相乘，得到与所述第三变化后电压对应的校正信号；
将所述校正信号与所述输入电压补偿单元的三相电压经减法器处理，得到目标三相电压输出值。
4.如权利要求3所述的监控装置，其特征在于，所述电压电流补充控制单元通过以下过程控制所述电流补偿单元输出目标三相电流：
对输入电流补偿单元的三相电流进行abc/pq变换，得到第一变化后电流，使所述第一变化后电流经过低通滤波器处理，得到第二变化后电流；
基于上述得到的第二变化后电压第三变化后电压以及与所述第二变化后电压对应的电压有效值使所述第二变化后电流经过公式的处理，得到第三变化后电流；
将第三变化后电流与输入所述电流补偿单元的三相电流经减法器处理，得到目标三相电流。
5.如权利要求4所述的监控装置，其特征在于，所述储能装置包括第一储能飞轮和第二储能飞轮，所述第一储能飞轮和第二储能飞轮以配电网允许的最大接入功率通过输入变换器吸取电能直到充满，此时所述第一储能飞轮和第二储能飞轮处于待机状态，可以随时通过充电终端给需要进行充电的电动汽车快速充电，工作过程中，储能装置监测与调度模块会根据第一储能飞轮和第二储能飞轮的储能状态进行充放电切换，保证内部可以随时满足电动汽车的充电需求。
6.如权利要求5所述的监控装置，其特征在于，当第一储能飞轮或第二储能飞轮需要进行充电时，所述储能装置监测与调度模块发送指令，打开充电开关，对储能飞轮进行充电，并时时检测储能飞轮的充电状态，当储能飞轮的电量达到饱和时，储能装置监测与调度模块再次发送指令，关闭充电开关，停止对储能飞轮的充电，此时，储能飞轮处于待机状态，等待接收放电指令。
7.如权利要求6所述的监控装置，其特征在于，当充电终端给电动汽车充电时，所述储能装置监测与调度模块发送指令，使储能装置切离电网，利用储能飞轮大功率发电机对电动汽车的电池组进行短时快速放电，满足其对快速充电的需求。
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Application publication date: 20161012

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