CN106786688B - 一种用于大规模电动汽车充电站的储能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大规模电动汽车充电站的储能控制系统，包括：储能控制单元和复合储能单元，其中，所述储能控制单元包括：数字信号处理模块、通讯模块、并网开关控制模块和充放电控制模块；所述数字信号处理模块分别与所述通讯模块、所述并网开关控制模块和所述充放电控制模块相连接；所述复合储能单元与所述充放电控制模块相连接；复合储能单元包括超导磁储能模块和蓄电池储能模块；本发明提供的系统，利用通讯模块实时检测复合储能单元和电动汽车充电站的功率变化情况，利用复合储能单元降低电动汽车充电站接入对配电网的影响，因此，可以有效地降低当大规模电动汽车通过电动汽车充电站接入配电网时对配电网产生的影响。

Description

一种用于大规模电动汽车充电站的储能控制系统

技术领域

本发明涉及储能系统控制技术领域，特别涉及一种用于大规模电动汽车充电站的储能控制系统。

背景技术

电动汽车作为替代传统汽油汽车的新一代交通工具，对于减小化石能源消耗和温室气体排放具有重要意义。为了实现电动汽车的运行，需为其提供电能补给，因此，建设大规模电动汽车充电站作为电能补给中的基础环节，对于未来电动汽车的发展有着重要意义。

然而大规模电动汽车充电站接入配电网，将给电力系统带来许多不利影响：若大规模电动汽车充电站的充电高峰期与配电网负荷高峰期相接近时，将会对配电网的供电质量造成影响；充电高峰期时，大规模电动汽车充电站的充电功率变化率，将严重影响配电网的频率稳定性。因此，为降低这些不利影响，以保证配电网的稳定性，使用储能控制系统十分重要。

因此，随着电动汽车的大力推广，在电力系统的建设规划中，必须考虑到大规模电动汽车接入充电站时，对配电网造成影响的问题。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种用于大规模电动汽车充电站的储能控制系统，以解决当大规模电动汽车充电站接入配电网时，对配电网频率造成影响的问题。

根据本发明的实施例，提供了一种用于大规模电动汽车充电站的储能控制系统，包括：储能控制单元和复合储能单元，其中，

所述储能控制单元包括：数字信号处理模块、通讯模块、并网开关控制模块和充放电控制模块；

所述通讯模块与所述数字信号处理模块相连接，所述通讯模块用于实时检测所述复合储能单元、外接的电动汽车充电站和配电网的运行状态，并将检测到的数字信号发送至所述数字信号处理模块；

所述数字信号处理模块，用于接收所述数字信号，判断所述系统的运行状态，并发送控制信号；

所述并网开关控制模块，所述并网开关控制模块与所述数字信号处理模块相连接，用于接收所述控制信号，控制并网开关的工作状态；

所述充放电控制模块，所述充放电控制模块与所述数字信号处理模块相连接，用于接收所述控制信号，控制所述充电站的充放电功率；

所述复合储能单元，所述复合储能单元与所述充放电控制模块相连接，用于为所述系统提供电能。

优选地，所述储能控制单元还包括：逆变器控制模块；所述逆变器控制模块与所述数字信号处理模块相连接，用于接收所述控制信号，控制逆变器的运行状态。

优选地，所述储能控制单元还包括：斩波器控制模块；所述斩波器控制模块与所述数字信号处理模块相连接，用于接收所述控制信号，控制斩波器的运行状态。

优选地，所述复合储能单元包括超导磁储能模块和蓄电池储能模块，所述超导磁储能模块用于为所述系统提供电能，所述蓄电池储能模块用于为所述超导磁储能模块充电。

优选地，所述系统还包括：电源模块；所述电源模块与所述数字信号处理模块相连接，用于为所述复合储能单元提供电能。

优选地，所述系统还包括：存储模块；所述存储模块与所述数字信号处理模块相连接，用于存储所述数字信号处理模块接收到的所述数字信号。

优选地，所述系统还包括：时钟模块；所述时钟模块与所述数字信号处理模块相连接，用于控制所述数字信号处理模块的工作状态。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供了一种用于大规模电动汽车充电站的储能控制系统，包括：储能控制单元和复合储能单元，其中，所述储能控制单元包括：数字信号处理模块、通讯模块、并网开关控制模块和充放电控制模块；所述数字信号处理模块分别与所述通讯模块、所述并网开关控制模块、所述充放电控制模块相连接；所述复合储能单元与所述充放电控制模块相连接；复合储能单元包括超导磁储能模块和蓄电池储能模块；本发明提供的系统，由通讯模块实时检测复合储能单元、电动汽车充电站和配电网的运行状态，将检测到的数字信号发送至数字信号处理模块，由数字信号处理模块对接收到的数字信号进行处理，以判断系统是否正常运行；当大规模电动汽车接入配电网，系统出现异常情况时，若电动汽车充电站的充电功率变化率超过安全阈值，则数字信号处理模块发送控制信号，充放电控制模块接收到控制信号后控制复合储能单元中的超导磁储能模块进行放电，以降低大规模电动汽车接入时对配电网造成的影响；若电动汽车充电站的充电功率变化率在允许的范围内，则充放电控制模块控制蓄电池储能模块释放大量电能以减少配电网的负荷率；并网开关控制模块接收到控制信号后控制并网开关的开启，以将大规模电动汽车与配电网断开连接关系，如此便不会对配电网继续产生影响。因此，本发明提供的系统，利用通讯模块实时检测复合储能单元和电动汽车充电站的功率变化情况，利用复合储能单元降低电动汽车充电站接入对配电网的影响，可以有效地降低当大规模电动汽车通过电动汽车充电站接入配电网时对配电网产生的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的用于大规模电动汽车充电站的储能控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的用于大规模电动汽车充电站的储能控制系统的应用场景的结构示意图；

图3为大规模电动汽车接入配电网对配电网系统频率产生影响的波形图；

图4为使用本发明实施例提供的用于大规模电动汽车充电站的储能控制系统后大规模电动汽车接入配电网对配电网系统频率产生影响的波形图。

附图说明：

其中，1-超导磁储能模块，2-蓄电池储能模块，3-通讯模块，4-数字信号处理模块，5-并网开关控制模块，6-逆变器控制模块，7-斩波器控制模块，8-充放电控制模块，9-电源模块，10-存储模块，11-时钟模块，12-电动汽车充电站，13-并网开关，14-配电网，15-逆变器，16-斩波器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种用于大规模电动汽车充电站的储能控制系统，包括：储能控制单元和复合储能单元，其中，

所述储能控制单元包括：数字信号处理模块4、通讯模块3、并网开关控制模块5和充放电控制模块8；

所述通讯模块3与所述数字信号处理模块4相连接，所述通讯模块3用于实时检测所述复合储能单元、外接的电动汽车充电站12和配电网14的运行状态，并将检测到的数字信号发送至所述数字信号处理模块4；

所述数字信号处理模块4，用于接收所述数字信号，判断所述系统的运行状态，并发送控制信号；

所述并网开关控制模块5，所述并网开关控制模块5与所述数字信号处理模块4相连接，用于接收所述控制信号，控制并网开关的工作状态；

所述充放电控制模块8，所述充放电控制模块8与所述数字信号处理模块4相连接，用于接收所述控制信号，控制所述充电站的充放电功率；

所述复合储能单元，所述复合储能单元与所述充放电控制模块8相连接，用于为所述系统提供电能。

具体地，在实际应用中，本发明实施例提供的系统应用于大规模电动汽车接入配电网14的电动汽车充电站12的情况，因此，本发明实施例提供的系统需外接在设有电动汽车充电站12的配电网系统中，用于控制配电网系统的频率的稳定性。

该配电网系统包括：配电网14、并网开关13和电动汽车充电站12；电动汽车充电站12通过并网开关13与配电网14相连接。

本发明实施例提供的系统中，通讯模块3的输出端与数字信号处理模块4的输入端相连接，通讯模块3的输入端分别与复合储能单元的输出端、配电网14和电动汽车充电站12相连接；数字信号处理模块4的输出端分别与并网开关控制模块5的输入端和充放电控制模块8的输入端相连接，并网开关控制模块5与配电网系统中的并网开关13相连接；充放电控制模块8与复合储能单元相连接。

其中，复合储能单元用于为该系统提供电能，包括超导磁储能模块1和蓄电池储能模块2；超导磁储能模块1利用超导磁体将电磁能直接储存起来，需要时再将电磁能返回配电网14或其他负载，其在通过直流电流时没有焦耳损耗。超导导体可传输的平均电流密度比一般常规导体要高1～2个数量级。因此，超导磁储能模块1具有响应速度快、储能密度高等优点，能够降低大规模电动汽车接入电动汽车充电站12，使用电达到高峰期时出现的充电功率发生变化的影响。

蓄电池储能模块2，作为现阶段技术最成熟、应用最广泛的储能系统。相对其他储能方式而言，其具有储能量大、成本低等优点，因此该蓄电池储能模块2能够在配电网14负荷高峰期与电动汽车充电站12充电高峰期时向电动汽车充电站12提供能量，以降低配电网14负荷率过大而造成的影响。

通讯模块3用于实时检测复合储能单元、电动汽车充电站12和配电网14的运行状态，即检测配电网14和电动汽车充电站12是否处于用电高峰期，实时检测电动汽车充电站12的功率变化情况，并将检测到的数字信号发送至数字信号处理模块4；数字信号处理模块4作为主控制芯片，实时接收通讯模块3发送的数字信号，并判断该系统是否正常运行，若系统出现异常运行情况，即配电网14和电动汽车充电站12均处于用电高峰期时，将该数字信号转换成控制信号，发送至并网开关控制模块5和充放电控制模块8，以使并网开关控制模块5和充放电控制模块8进行相应的工作。

数字信号处理模块4可为DSP芯片，可选用TMS320F2812型号或TMS320F2912型号的芯片，还可为其他型号的芯片，本发明实施例不做具体限定。

该并网开关控制模块5作为控制器，接收数字信号处理模块4的控制信号，用于驱动并网开关13的工作状态；当大规模电动汽车通过电动汽车充电站12接入配电网系统时，使得配电网14的供电质量和频率受到影响，当这种影响已经不能通过复合储能单元消除时，则通过并网开关13将其从配电网14中切除，如此便不会对配电网14造成影响。

充放电控制模块8作为控制器，还与电动汽车充电站12相连接；该充放电控制模块8接收数字信号处理模块4的控制信号，用于控制复合储能模块和电动汽车充电站12的充放电过程；当通讯模块3检测到电动汽车充电站12的充电功率变化率超过安全阈值时，则充放电控制模块8控制复合储能单元的超导磁储能模块1快速释放电能，以降低电动汽车充电站12的充电功率变化率过大对配电网14造成的影响；若电动汽车充电站12的充电功率变化率在允许的范围内，则由通讯模块3检测配电网14与电动汽车充电站12的运行状态，即二者是否均处于用电高峰期；若二者均处于用电高峰期时，则充放电控制模块8控制复合储能单元中的蓄电池储能模块2释放大量电能以减少配电网14的负荷率，从而降低大规模电动汽车通过电动汽车充电站12接入配电网14时，对配电网14造成的影响。

本发明实施例提供的一种用于大规模电动汽车充电站的储能控制系统，其工作过程为：如图2所示，实际应用时，将该系统与配电网系统相连接，电动汽车充电站12分别与通讯模块3、充放电控制模块8和复合储能单元相连接；并网开关13与并网开关控制模块5相连接；配电网14与通讯模块3相连接。

在系统运行时，由通讯模块3实时检测复合储能单元、电动汽车充电站12和配电网14的运行状态，即是否处于用电高峰期；通讯模块3将检测到的数字信号发送至数字信号处理模块4，由数字信号处理模块4对接收到的数字信号进行处理，以判断系统是否正常运行。

当大规模电动汽车通过电动汽车充电站12接入配电网14时，可能出现配电网14供电不稳定、频率降低的情况，此时，由数字信号处理模块4向充放电控制模块8发送控制信号，并由充放电控制模块8驱动复合储能单元中的超导磁储能模块1进行放电，以抵消大规模电动汽车接入配电网14时造成的频率降低等影响；而当超导磁储能模块1进行深度放电，导致其电量不足时，由充放电控制模块8控制蓄电池储能模块2传输电能至超导磁储能模块1，也便其长期放电。

当大规模电动汽车通过电动汽车充电站12接入配电网14需要充电时，由电动汽车充电站12为其提供电能；当电动汽车充电站12的充电功率变化率超过安全阈值时，通讯模块3实时检测到功率的变化并向充放电控制模块8发送控制信号，由充放电控制模块8控制复合储能单元的超导磁储能模块1快速释放电能，以降低电动汽车充电站12的充电功率变化率过大对配电网14造成的影响；若电动汽车充电站12的充电功率变化率在允许的范围内，则由通讯模块3检测配电网14与电动汽车充电站12的运行状态，即二者是否均处于用电高峰期；若二者均处于用电高峰期时，则充放电控制模块8控制复合储能单元中的蓄电池储能模块2释放大量电能以减少配电网14的负荷率，从而降低大规模电动汽车通过电动汽车充电站12接入配电网14时，对配电网14造成的影响。

当大规模电动汽车通过电动汽车充电站12接入配电网14时对配电网14造成的影响，已经无法通过复合储能单元来消除时，则由通讯模块3将实时检测到的异常情况转换成控制信号发送至并网开关控制模块5，由并网开关控制模块5控制并网开关13开启，使得电动汽车充电站12与配电网14断开连接关系，将电动汽车充电站12从配电网14中切除，电动汽车充电站12不再为大规模电动汽车提供电能，如此便不会对配电网14继续产生影响。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供了一种用于大规模电动汽车充电站的储能控制系统，包括：储能控制单元和复合储能单元，其中，所述储能控制单元包括：数字信号处理模块4、通讯模块3、并网开关控制模块5和充放电控制模块8；所述数字信号处理模块4分别与所述通讯模块3、所述并网开关控制模块5、所述充放电控制模块8相连接；所述复合储能单元与所述充放电控制模块相连接；复合储能单元包括超导磁储能模块1和蓄电池储能模块2；本发明提供的系统，由通讯模块3实时检测复合储能单元、电动汽车充电站12和配电网14的运行状态，将检测到的数字信号发送至数字信号处理模块4，由数字信号处理模块4对接收到的数字信号进行处理，以判断系统是否正常运行；当大规模电动汽车接入配电网14，系统出现异常情况时，若电动汽车充电站12的充电功率变化率超过安全阈值，则数字信号处理模块4发送控制信号，充放电控制模块8接收到控制信号后控制复合储能单元中的超导磁储能模块1进行放电，以降低大规模电动汽车接入时对配电网14造成的影响；若电动汽车充电站12的充电功率变化率在允许的范围内，则充放电控制模块8控制蓄电池储能模块2释放大量电能以减少配电网14的负荷率；并网开关控制模块5接收到控制信号后控制并网开关13的开启，以将大规模电动汽车与配电网14断开连接关系，如此便不会对配电网14继续产生影响。因此，本发明提供的系统，利用通讯模块3实时检测复合储能单元和电动汽车充电站12的功率变化情况，利用复合储能单元降低电动汽车充电站接入对配电网的影响，因此，可以有效地降低当大规模电动汽车通过电动汽车充电站12接入配电网14时对配电网14产生的影响。

为了更好地说明本发明提供的储能控制系统在降低电动汽车充电站12接入对电网影响产生的有益效果，下面以一具体实例进行说明。

搭建容量为800kW的区域配电网，其中电动汽车充电站12总功率为180kW。以配电网中未设置本发明的储能控制系统为参照，当大规模电动汽车通过电动汽车充电站12接入配电网14时，对配电网系统的频率产生影响的波形图如图3所示，由图可知，电动汽车充电站12的充电功率变化率在3s时达到最大值，该配电网系统的频率也发生跌落现象，最低降到了49.8Hz，这是电力系统所不允许的。我国电力系统的额定频率为50Hz，频率偏差范围一般为-0.2Hz～0.2Hz之间，也即在49.8Hz～50.2Hz内为正常运行范围，因此当频率降低至49.8Hz时为不满足正常运行状况。

当配电网系统中设置有本发明的储能控制系统时，如图4所示，为加有本发明储能控制系统后大规模电动汽车充电站12接入对配电网系统频率影响的波形图，由图可知，电动汽车充电站12的充电功率变化同样在3s时达到最大值，储能控制系统在检测到充电功率变化值超过安全阈值后，向超导磁储能模块1发送指令，复合储能单元快速响应，以降低配电网系统的频率波动。频率最低值为49.9Hz，在电力系统正常运行的范围内。由此可见，本发明提供的储能控制系统能有效地降低电动汽车充电站12接入对配电网频率稳定性的影响。

优选地，本发明提供的系统中，所述储能控制单元还包括逆变器控制模块6和斩波器控制模块7，所述逆变器控制模块6与所述数字信号处理模块4相连接，用于接收所述控制信号，控制逆变器15的运行状态；所述斩波器控制模块7与所述数字信号处理模块4相连接，用于接收所述控制信号，控制斩波器16的运行状态。

当本发明提供的储能控制系统与配电网系统相连接时，还设置有一系列的逆变器15和斩波器16，逆变器15用于将直流电转换成特定形式的交流电；斩波器16用于将直流电转换为特定形式的直流电，例如，将复合储能单元的输出直流转换为并网用指定直流。

因此，为保证逆变器15和斩波器16的正常运行，由逆变器控制模块6控制逆变器15的运行状态，由斩波器控制模块7控制斩波器16的运行状态。

优选地，本发明提供的系统中，所述系统还包括电源模块9、存储模块10和时钟模块11，所述电源模块9与所述数字信号处理模块4相连接，用于为所述复合储能单元提供电能；所述存储模块10与所述数字信号处理模块4相连接，用于存储所述数字信号处理模块4接收到的所述数字信号；所述时钟模块11与所述数字信号处理模块4相连接，用于控制所述数字信号处理模块4的工作状态。

电源模块9、存储模块10、时钟模块11均作为数字信号处理模块4正常运行的必备模块；当通讯模块3将检测到的数字信号发送至数字信号处理模块4进行处理时，该数字信号和经处理后的结果均通过存储模块10进行记录保存；数字信号处理模块4的自身用电由电源模块9提供，以免由配电网供电而浪费配电网中的用电量；时钟模块11用来保证数字信号处理模块4的正常运行，使其能够实时接收由通讯模块3发送的数字信号。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供了一种用于大规模电动汽车充电站的储能控制系统，包括：储能控制单元和复合储能单元，其中，所述储能控制单元包括：数字信号处理模块4、通讯模块3、并网开关控制模块5和充放电控制模块8；所述数字信号处理模块4分别与所述通讯模块3、所述并网开关控制模块5、所述充放电控制模块8相连接；所述复合储能单元与所述充放电控制模块相连接；复合储能单元包括超导磁储能模块1和蓄电池储能模块2；本发明提供的系统，由通讯模块3实时检测复合储能单元、电动汽车充电站12和配电网14的运行状态，将检测到的数字信号发送至数字信号处理模块4，由数字信号处理模块4对接收到的数字信号进行处理，以判断系统是否正常运行；当大规模电动汽车接入配电网14，系统出现异常情况时，若电动汽车充电站12的充电功率变化率超过安全阈值，则数字信号处理模块4发送控制信号，充放电控制模块8接收到控制信号后控制复合储能单元中的超导磁储能模块1进行放电，以降低大规模电动汽车接入时对配电网14造成的影响；若电动汽车充电站12的充电功率变化率在允许的范围内，则充放电控制模块8控制蓄电池储能模块2释放大量电能以减少配电网14的负荷率；并网开关控制模块5接收到控制信号后控制并网开关13的开启，以将大规模电动汽车与配电网14断开连接关系，如此便不会对配电网14继续产生影响。因此，本发明提供的系统，利用通讯模块3实时检测复合储能单元和电动汽车充电站12的功率变化情况，利用复合储能单元降低电动汽车充电站接入对配电网的影响，可以有效地降低当大规模电动汽车通过电动汽车充电站12接入配电网14时对配电网14产生的影响。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (5)

1.一种用于大规模电动汽车充电站的储能控制系统，其特征在于，包括：储能控制单元和复合储能单元，其中，

所述储能控制单元包括：数字信号处理模块、通讯模块、并网开关控制模块和充放电控制模块；

所述通讯模块与所述数字信号处理模块相连接，所述通讯模块用于实时检测所述复合储能单元、外接的电动汽车充电站和配电网的运行状态，并将检测到的数字信号发送至所述数字信号处理模块；所述运行状态包括功率变化情况和用电峰谷期；

所述数字信号处理模块，用于接收所述数字信号，判断所述系统的运行状态，在所述系统的运行状态为用电高峰期或功率变化较大时，并发送控制信号；

所述并网开关控制模块，所述并网开关控制模块与所述数字信号处理模块相连接，用于接收所述控制信号，控制并网开关的工作状态；

所述充放电控制模块，所述充放电控制模块与所述数字信号处理模块相连接，用于接收所述控制信号，控制所述充电站的充放电功率；其中，

所述充放电控制模块与电动汽车充电站连接；当所述通讯模块检测到电动汽车充电站的充电功率变化率超过安全阈值时，则所述充放电控制模块控制复合储能单元快速释放电能；当所述通讯模块检测到所述电动汽车充电站的充电功率变化率在安全阈值内，且所述通讯模块检测配电网与电动汽车充电站的运行状态均处于用电高峰期时，则所述充放电控制模块控制复合储能单元释放大量电能以减少配电网的负荷率；

所述复合储能单元，所述复合储能单元与所述充放电控制模块相连接，用于为所述系统提供电能；其中，

所述储能控制单元还包括：逆变器控制模块；所述逆变器控制模块与所述数字信号处理模块相连接，用于接收所述控制信号，控制逆变器的运行状态；

所述储能控制单元还包括：斩波器控制模块；所述斩波器控制模块与所述数字信号处理模块相连接，用于接收所述控制信号，控制斩波器的运行状态。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述复合储能单元包括超导磁储能模块和蓄电池储能模块，所述超导磁储能模块用于为所述系统提供电能，所述蓄电池储能模块用于为所述超导磁储能模块充电。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：电源模块；所述电源模块与所述数字信号处理模块相连接，用于为所述复合储能单元提供电能。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：存储模块；所述存储模块与所述数字信号处理模块相连接，用于存储所述数字信号处理模块接收到的所述数字信号。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：时钟模块；所述时钟模块与所述数字信号处理模块相连接，用于控制所述数字信号处理模块的工作状态。