CN106372780A - 一种基于微电网的电动汽车充电站区域互联系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微电网的电动汽车充电站区域互联系统及方法，采取分层架构模式建立，包含：中央控制单元：最高层级的控制单元，掌管各个区域协调调度单元的调度分配，向各个层级下达决策和分配指令；区域协调调度单元：负责将区域内数据进行整合传递至数据知识库，并传达中央控制单元的决策和指令至其它单元；微电网数据调度单元：对微电网的分布式发电系统和储能装置的运行状况进行监测，采集微电网内的电气量数据并经过软总线输送至区域协调调度单元；电动汽车充电站单元：一方面将每个区域内充电站的数据采集并上送至区域协调调度单元，另一方面进行本地电池储能单元能量管理。本发明能够更好地服务充电站，同时合理分配资源对微电网能量实现调度。

Description

一种基于微电网的电动汽车充电站区域互联系统及方法

技术领域

本发明涉及新能源及电动汽车技术领域，特别是一种基于微电网的电动汽车充电站区域互联系统及方法。

背景技术

随着大规模新能源发电技术的推进，微电网中分布式发电技术已经成为一种不可或缺的能源供给形式。电动汽车作为实现环保型能源汽车的方式之一，为其提供充足可靠的充电设施是必不可少的环节，目前针对电动汽车充电站的管理协调的研究很多，但是主要依靠电网直接通过主要的能源供给形式提供电力来源，从根本上极大程度还是进行传统能源的消耗，因此需要在此环节加入新能源发电出力来真正实现清洁能源。

目前电网运行中的能量管理系统(EMS)、SCADA系统已经运用的十分成熟，这些系统侧重的是电力网的搭建，更注重的是能量的传输和分配。在这种电力调度形式对于电动汽车充电站管理系统发展是具有指导意义的，但是目前并没有成熟的调度系统将包括微电网和传统的电力网络与电动汽车充电站能量管理平台结合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效、便捷的基于微电网的电动汽车充电站互联调度系统及方法，以合理分配资源对微电网能量实现调度。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：一种基于微电网的电动汽车充电站区域互联系统，该系统是采取分层架构模式建立的，包含以下四个单元：

1)中央控制单元：最高层级的控制单元，掌管各个区域协调调度单元的调度分配，向各个层级下达决策和分配指令的功能；

2)区域协调调度单元：负责将区域内每个微电网数据调度单元和电动汽车充电站单元的数据进行整合传递至数据知识库，并传达中央控制单元的决策和指令至微电网数据调度单元和电动汽车充电站单元；

3)微电网数据调度单元：对微电网的分布式发电系统和储能装置的运行状况进行监测，采集微电网内的电气量数据并经过软总线输送至区域协调调度单元；

4)电动汽车充电站单元：电动汽车充电站单元的功能一方面是将每个区域内充电站的数据采集并上送至区域协调调度单元，另一方面是进行本地电池储能单元能量管理。

进一步地，所述区域协调调度单元包括多个区代理中心工作站、区域管理中心、远程监控通信服务器、交换机、路由器，区域管理中心包括区代理中心主服务器和数据知识库；

区域管理中心接受中央控制单元下达的调度命令，调度命令经由路由器、交换机传递给区域管理中心，并直接下达给区域代理中心工作站，区域代理中心工作站之间通过光纤和无线形式连接；同时每个微电网数据调度单元上送的数据直接传递给区代理中心工作站，再经由交换机上送至区域管理中心的区代理中心主服务器，最后储存于数据知识库。

进一步地，所述微电网数据调度单元对整个系统进行支撑服务，具体包括数据采集模块、信号处理模块、通信模块和历史数据库，数据采集模块、信号处理模块、通信模块通过软总线接入历史数据库；

所述数据采集模块采集微电网中光伏和风机的发电单元、蓄电池储能单元的数据，所采集的数据经过信号处理模块进行处理，处理后的数据经由通信模块以及软总线传输至历史数据库。

进一步地，所述电动汽车充电站单元包括充电桩、充电桩监控模块，充电桩监控模块实时监控该区域充电站的实时运行状况，并将监控结果经由以太网传递至区域协调调度单元，同时用户通过车载电池管理系统和智能车载终端获取该区域充电站的实时运行状况，用户还能够利用APP端进行充电信息的查询、充电预约、V2G需求响应。

进一步地，所述V2G需求响应具体如下：

系统通过V2G需求响应管理发布征用电动汽车的需求，发布具体时间和地点信息，此时用户通过人机交互层的APP客户端看到征用需求，如果此时用户的电动汽车正好处于闲置状态，就通过APP接受响应需求，一旦确定响应，V2G需求响应管理平台就会发布车辆响应需求的信息。

一种基于微电网的电动汽车充电站区域互联方法，步骤如下：

步骤1，微电网数据调度单元通过数据采集模块采集微电网中光伏和风机发电单元、蓄电池储能单元的数据，所采集的数据经过信号处理模块进行信号处理，处理后的数据经由通信模块以及软总线传输至区域协调调度单元和本单元内的历史数据库；

步骤2，电动汽车充电站单元中的充电桩监控模块通过获取该区域经数据采集模块传输上来的充电站运行数据进行实时监控，并将监控结果经由以太网传递至区域协调调度单元和本单元内的数据库；

步骤3，区域协调调度单元将微电网数据调度单元和电动汽车充电站单元分别获取的数据经过以太网上送给中央控制单元，中央控制单元通过区域协调调度单元的数据处理分析结果下达决策和电能分配指令给区域协调调度单元，其中区域管理中心接收到指令后，通过交换机传送至区域代理中心工作站，区域代理中心工作站再将指令传达给相应区域的微电网数据调度单元和电动汽车充电站单元。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)依托支撑服务层将微电网系统和电动汽车充电站紧密结合，利用新能源供电，并通过充电站实现削峰填谷，真正实现降低碳排放和保证电网的安全运行；(2)区域化的设计能够更好地服务充电站，同时合理分配资源对微电网能量实现调度；(3)人机交互层级的设计体现了大数据思想，更为便捷的采集用户使用习惯等数据信息，利用该数据可以更好的完善调度算法，制定出更为合理的需求管理服务。

附图说明

图1是本发明基于微电网的电动汽车充电站区域互联系统系统的结构图。

图2是本发明微电网数据调度单元中的技术支撑层结构图。

图3是本发明中区域协调调度单元微电网和充电站互联架构图。

图4是本发明中区域协调调度单元和电动汽车充电站单元之间信息连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细的说明，但是本质发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

结合图1，本发明基于微电网的电动汽车充电站区域互联系统，该系统是采取分层架构模式建立的，包含以下四个单元：

1)中央控制单元：最高层级的控制单元，掌管各个区域协调调度单元的调度分配，向各个层级下达决策和分配指令的功能；

2)区域协调调度单元：负责将区域内每个微电网数据调度单元和电动汽车充电站单元的数据进行整合传递至数据知识库，并传达中央控制单元的决策和指令至微电网数据调度单元和电动汽车充电站单元；

3)微电网数据调度单元：对微电网的分布式发电系统和储能装置的运行状况进行监测，采集微电网内的电气量数据并经过软总线输送至区域协调调度单元；

4)电动汽车充电站单元：电动汽车充电站单元的功能一方面是将每个区域内充电站的数据采集并上送至区域协调调度单元，另一方面是进行本地电池储能单元能量管理。

结合图2，所述微电网数据调度单元对整个系统进行支撑服务，具体包括数据采集模块、信号处理模块、通信模块和历史数据库，数据采集模块、信号处理模块、通信模块通过软总线接入历史数据库；

所述数据采集模块采集微电网中光伏和风机的发电单元、蓄电池储能单元的数据，所采集的数据经过信号处理模块进行处理，处理后的数据经由通信模块以及软总线传输至历史数据库。

结合图3，所述区域协调调度单元包括多个区代理中心工作站、区域管理中心、远程监控通信服务器、交换机、路由器，区域管理中心包括区代理中心主服务器和数据知识库；

区域管理中心接受中央控制单元下达的调度命令，调度命令经由路由器、交换机传递给区域管理中心，并直接下达给区域代理中心工作站，区域代理中心工作站之间通过光纤和无线形式连接；同时每个微电网数据调度单元上送的数据直接传递给区代理中心工作站，再经由交换机上送至区域管理中心的区代理中心主服务器，最后储存于数据知识库。

结合图4，所述电动汽车充电站单元包括充电桩、充电桩监控模块，充电桩监控模块实时监控该区域充电站的实时运行状况，并将监控结果经由以太网传递至区域协调调度单元，同时用户通过车载电池管理系统和智能车载终端获取该区域充电站的实时运行状况，用户还能够利用APP端进行充电信息的查询、充电预约、V2G需求响应。

进一步地，所述V2G需求响应具体如下：

系统通过V2G需求响应管理发布征用电动汽车的需求，发布具体时间和地点信息，此时用户通过人机交互层的APP客户端看到征用需求，如果此时用户的电动汽车正好处于闲置状态，就通过APP接受响应需求，一旦确定响应，V2G需求响应管理平台就会发布车辆响应需求的信息。

本发明基于微电网的电动汽车充电站区域互联方法，步骤如下：

步骤1，微电网数据调度单元通过数据采集模块采集微电网中光伏和风机发电单元、蓄电池储能单元的数据，所采集的数据经过信号处理模块进行信号处理，处理后的数据经由通信模块以及软总线传输至区域协调调度单元和本单元内的历史数据库；

步骤2，电动汽车充电站单元中的充电桩监控模块通过获取该区域经数据采集模块传输上来的充电站运行数据进行实时监控，并将监控结果经由以太网传递至区域协调调度单元和本单元内的数据库；

步骤3，区域协调调度单元将微电网数据调度单元和电动汽车充电站单元分别获取的数据经过以太网上送给中央控制单元，中央控制单元通过区域协调调度单元的数据处理分析结果下达决策和电能分配指令给区域协调调度单元，其中区域管理中心接收到指令后，通过交换机传送至区域代理中心工作站，区域代理中心工作站再将指令传达给相应区域的微电网数据调度单元和电动汽车充电站单元。

本发明通过分层架构模式能够实现三种协调互联功能：电力网和通信网实现微电网和充电站协调互联、区域中的不同电动汽车充电站之间协调互联、闲时“储能装置”协调互联。这三种形式的协调互联不仅能够更好地发挥微电网和电动汽车的优势，亦可以通过两者的联合，分担微电网的新能源消纳问题，同时解决电动汽车充电的困难。

实施例1

结合图1，本发明中区域电动汽车充电站区域互联系统是采取分层架构模式建立的，主要包含以下四个层级单元：

1)中央控制单元：最高层级的控制单元，掌管各个区域协调调度单元的调度分配，向各个层级下达决策和分配指令的功能；

2)区域协调调度单元：负责将区域内每个微网调度单元的数据进行整合，通过调度算法结合互联结构，进行区域能量调度；

3)微电网数据调度单元：其核心就是支撑服务层，支撑服务层如图2所示，包括微电网中光伏和风机的等发电单元以及蓄电池储能单元的数据采集装置，数据传递经由的通讯模块以及软总线，能量管理模块负责对微电网的分布式发电系统和储能装置的运行状况的监测，并将采集来的数据经过软总线上送至数据库服务器，用来做数据分析，改进调度算法；其中，数据采集模块实现的是采集微电网分布式系统以及电动汽车充电站的数据；信号处理模块是对采集来的数据进行滤波的功能，将数据处理成后续装置需要的形式；通信模块实现的是数据传输的功能；历史数据库存放的是来自各个子系统上送的数据集的集合；能量管理层包含风力发电子系统、光伏发电子系统、储能子系统，主要实现的功能是对微电网的分布式发电系统和储能装置的运行状况的监测，并且该层级的数据可以通过技术支撑层的通信模块，上传数据至历史数据库，为后续的分析研究提供数据支撑，体现了能源大数据的思想。

4)电动汽车充电站单元：电动汽车充电桩的数据采集单元，V2G需求管理单元，电能监控单元，其职能主要是将每个区域内充电站的数据采集上送至区域协调调度单元，以及本地电池储能单元能量管理。人机交互层包含LabVIEW平台显示客户端、APP端，主要实现的是：运营商通过LabVIEW平台显示客户端进行交互式操作，平台可以查看每个子系统运行的实时动态，同时也可以根据该客户端实现控制决策的下达；APP端是电动汽车用户用来充电预约，查看充电站信息以及响应V2G需求管理的操作平台。

电力网的协调互联主要是实现微电网和电动汽车充电站之间能量的传送，通过微电网中的分布式电源诸如风力机和光伏发出的电能弥补电力缺额，同时电动汽车作为负荷又可以消纳新能源，平抑新能源出力的不确定性带来的波动。

结合图3，区域中的电动汽车充电站之间协调互联，区域调度层微电网和充电站互联调度由区域智能云平台接受中央控制层下达的调度命令，调度命令经由无线路由交换器传递给区域管理中心，并直接下达给区域代理工作站，工作站与工作站之间是通过光纤和无线形式连接，同时每个微电网数据单元上送的数据直传递给区域代理中心工作站，经由交换机上送至服务器，储存有用的信息，为实施调度储存数据基础。系统互联体现于：在通信网之间的协调互联的基础上，区域中每个电动汽车充电站也是通信互联的状态，中央控制层能够根据每个充电站上送的实时电量信息，结合电网当前的运行状态，作出调度判断。当前站点如果出现电量不足或者该区域过负荷状态，中央控制层下达当前站点停止充电的状态，直至恢复到安全稳定运行状态，并通过人机交互层推送当前站点附近的最优充电站点。由于可以实时获得微电网的电能信息，可以优先调度富裕的分布式能源对电力存在缺额的站点进行充电，从而实现能源的快速补充。

结合图4，区域协调调度模块与电动汽车充电站之间信息连接方式：系统利用在每个充电站布设的交直流充电站监控模块可以实时监控该区域该充电站的实时运行状况，利用管理系统和车载智能终端的连接，用户也可以实时知晓充电站的充电情况，或者利用APP端进行充电信息的查询，充电预约，V2G需求响应等。充电站监控模块采集的数据信息经由以太网传递至区域调度层。

闲时储能装置协调互联。该互联的实现的思想是：当电动汽车使用量呈现大规模状态，由于对于闲置的车辆是可以通过响应需求的号召，充当闲时储能装置的。因而本发明设计了V2G需求响应管理，具体操作如下：

步骤一：系统通过V2G需求响应管理发布征用电动汽车的需求，发布具体时间和地点信息。

步骤二：用户可以通过人机交互层的APP客户端看到征用需求，如果此时用户的电动汽车正好处于闲置状态，就可以通过APP接受响应需求。

步骤三：用户接受响应后，V2G需求响应管理平台就会发布车辆响应需求的信息。

基于此平台，可以通过系统管理调度电动汽车，为V2G技术的发展提供一个良好的平台。

综上，本发明依托支撑服务层将微电网系统和电动汽车充电站紧密结合，利用新能源供电，并通过充电站实现削峰填谷，真正实现降低碳排放和保证电网的安全运行；区域化的设计能够更好地服务充电站，同时合理分配资源对微电网能量实现调度；人机交互层级的设计体现了大数据思想，更为便捷的采集用户使用习惯等数据信息，利用该数据可以更好的完善调度算法，制定出更为合理的需求管理服务。

Claims (6)

1.一种基于微电网的电动汽车充电站区域互联系统，其特征在于，该系统是采取分层架构模式建立的，包含以下四个单元：

1)中央控制单元：最高层级的控制单元，掌管各个区域协调调度单元的调度分配，向各个层级下达决策和分配指令的功能；

2)区域协调调度单元：负责将区域内每个微电网数据调度单元和电动汽车充电站单元的数据进行整合传递至数据知识库，并传达中央控制单元的决策和指令至微电网数据调度单元和电动汽车充电站单元；

3)微电网数据调度单元：对微电网的分布式发电系统和储能装置的运行状况进行监测，采集微电网内的电气量数据并经过软总线输送至区域协调调度单元；

4)电动汽车充电站单元：电动汽车充电站单元的功能一方面是将每个区域内充电站的数据采集并上送至区域协调调度单元，另一方面是进行本地电池储能单元能量管理。

2.根据权利要求1所述的基于微电网的电动汽车充电站区域互联系统，其特征在于，所述区域协调调度单元包括多个区代理中心工作站、区域管理中心、远程监控通信服务器、交换机、路由器，区域管理中心包括区代理中心主服务器和数据知识库；

区域管理中心接受中央控制单元下达的调度命令，调度命令经由路由器、交换机传递给区域管理中心，并直接下达给区域代理中心工作站，区域代理中心工作站之间通过光纤和无线形式连接；同时每个微电网数据调度单元上送的数据直接传递给区代理中心工作站，再经由交换机上送至区域管理中心的区代理中心主服务器，最后储存于数据知识库。

3.根据权利要求1所述的基于微电网的电动汽车充电站区域互联系统，其特征在于，所述微电网数据调度单元对整个系统进行支撑服务，具体包括数据采集模块、信号处理模块、通信模块和历史数据库，数据采集模块、信号处理模块、通信模块通过软总线接入历史数据库；

所述数据采集模块采集微电网中光伏和风机的发电单元、蓄电池储能单元的数据，所采集的数据经过信号处理模块进行处理，处理后的数据经由通信模块以及软总线传输至历史数据库。

4.根据权利要求1所述的基于微电网的电动汽车充电站区域互联系统，其特征在于，所述电动汽车充电站单元包括充电桩、充电桩监控模块，充电桩监控模块实时监控该区域充电站的实时运行状况，并将监控结果经由以太网传递至区域协调调度单元，同时用户通过车载电池管理系统和智能车载终端获取该区域充电站的实时运行状况，用户还能够利用APP端进行充电信息的查询、充电预约、V2G需求响应。

5.根据权利要求4所述的基于微电网的电动汽车充电站区域互联系统，其特征在于，所述V2G需求响应具体如下：

系统通过V2G需求响应管理发布征用电动汽车的需求，发布具体时间和地点信息，此时用户通过人机交互层的APP客户端看到征用需求，如果此时用户的电动汽车正好处于闲置状态，就通过APP接受响应需求，一旦确定响应，V2G需求响应管理平台就会发布车辆响应需求的信息。

6.一种基于微电网的电动汽车充电站区域互联方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1，微电网数据调度单元通过数据采集模块采集微电网中光伏和风机发电单元、蓄电池储能单元的数据，所采集的数据经过信号处理模块进行信号处理，处理后的数据经由通信模块以及软总线传输至区域协调调度单元和本单元内的历史数据库；

步骤2，电动汽车充电站单元中的充电桩监控模块通过获取该区域经数据采集模块传输上来的充电站运行数据进行实时监控，并将监控结果经由以太网传递至区域协调调度单元和本单元内的数据库；

步骤3，区域协调调度单元将微电网数据调度单元和电动汽车充电站单元分别获取的数据经过以太网上送给中央控制单元，中央控制单元通过区域协调调度单元的数据处理分析结果下达决策和电能分配指令给区域协调调度单元，其中区域管理中心接收到指令后，通过交换机传送至区域代理中心工作站，区域代理中心工作站再将指令传达给相应区域的微电网数据调度单元和电动汽车充电站单元。