CN108321864B - 多端互补输入输出能量协调分配的充电系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多端互补输入输出能量协调分配的充电系统及控制方法。通过连接公共直流母线的多端输入能量，多个充电单元的输出功率按车辆需求自适应动态分配，当车辆充电时，能量协调控制单元根据充电负荷控制单元上传的充电需求功率及变压器的用电负荷状态，对AC/DC整流单元的输出功率进行控制，对DC/DC充电单元的输出功率进行控制，对储能单元的电能流向及功率进行控制，对光伏单元的输出功率进行控制，从而完成在充电过程中的充电负荷与整流负荷、分布式能量(储能、光伏)协同调控功能，提高了充电网络的稳定性及充电效率。

Description

多端互补输入输出能量协调分配的充电系统及控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车充电领域，具体是指多端互补输入输出能量协调分配充电系统及控制方法。
背景技术
电动汽车的动力来自于动力电池，而动力电池的充电速度慢、续航里程短一直是制约电动汽车大范围推广的关键因素。目前已有将太阳能、风能等新能源与经AC/DC整流单元的配电网的电能结合成为一个多能量的电动汽车充电系统进行研究，但在充电过程中对多能量如何进行协调控制并没有一个方法，如何将多个充电单元的输出功率按车辆需求自适应动态分配，以及充电过程中多能量如何可以更好的协同调控方法急需解决。
发明内容
本发明的目的在于提供多端互补输入输出能量协调分配的充电系统及控制方法，以提高充电网络的稳定性及充电效率。
多端互补输入输出能量协调分配的充电系统，包括公共直流母线，公共直流母线连接AC/DC整流单元、光伏单元、储能单元、DC/DC充电单元，AC/DC整流单元连接配电网，DC/DC充电单元连接用于给电动汽车供电的充电终端。
多端互补输入输出能量协调分配的充电控制方法的步骤如下：
1)采集AC/DC整流单元输出最大功率Pz和光伏单元的放电功率PG；计算电动汽车充电需求总功率Pc；
2)当Pz>Pc,且储能单元的状态为可充电可放电或者亏电时，计算储能单元自身的充电需求功率PD；所述PD为储能单元实际功率与满电状态的差额功率；
若PD<PG，光伏单元为储能单元充电；
若PD>PG，增加AC/DC整流单元的输出功率值为PD-PG，且PD-PG≤Pz，由所述光伏单元和所述AC/DC整流单元的输出功率共同为储能单元充电。
多端互补输入输出能量协调分配的充电控制方法的步骤如下：
1)采集AC/DC整流单元输出最大功率Pz和储能单元的最大允许放电功率PF，计算电动汽车充电需求总功率Pc和母线需补充功率PB＝Pc-Pz；
2)当Pz<Pc,且储能单元的状态为满电或者可充电可放电时，AC/DC整流单元输出功率值按照需求总功率Pz输出；
若PF>PB，储能单元对公共直流母线放电；
若PF<PB，储能单元和光伏单元共同对公共直流母线放电。
本发明的有益效果：本发明所提出的充电方法是基于公共直流母线拓扑，多个充电单元的输出功率按车辆需求自适应动态分配，并具备充电负荷与整流负荷、分布式能源(储能、光伏)协同调控功能，提高了充电网络的稳定性及充电效率。
附图说明
图1是充电系统的电气监控图；
图2是充电状态1示意图；
图3是充电状态2示意图；
图4是放电状态示意图。
具体实施方式
本发明提供的一种多端互补输入输出能量协调分配的充电系统，所述充电系统基于公共直流母线拓扑，功率部分包含变换分为AC/DC整流单元、DC/DC充电单元、光伏单元、储能单元；AC/DC整流单元将交流电能变化为直流电能，并将电能输送至公共直流母线，也可将公共直流母线上的直流电能转化为交流电给配电网；DC/DC充电单元将直流母线的上的直流电能调压后输送至电动汽车；光伏单元将光能变换为直流电能输送至公共直流母线；储能单元可将公共直流母线上的直流电能调压后输送至储能电池，也可将储能电池的直流电能调压后输送至公共直流母线；监控部分包含能量协调控制单元，整流负荷控制单元，充电负荷控制单元，光伏负荷控制单元，储能负荷控制单元。
AC/DC整流单元可四象限运行，储能单元采用双向DC/DC充电单元及电池组构成，光伏单元由DC/DC放电单元及光伏组件构成。
所述多端互补输入输出能量协调分配的充电思想：
首先，能量协调控制单元对比电动汽车充电需求总功率Pc与AC/DC整流单元输出最大功率Pz的大小关系；
其次，根据储能单元的状态以及储能单元的充电需求功率PD、光伏单元的状态以及光伏单元的功率PG，通过所述能量协调控制单元具体控制选择AC/DC整流单元、光伏单元或储能单元进行能量的协调分配输出功率至公共直流母线，以满足电动汽车充电需求总功率Pc；
最后，通过与公共直流母线输出端连接的DC/DC充电单元给多个充电终端的电动汽车充电。
根据储能单元的状态：满电、可充电可放电和亏电和光伏单元的放电状态，其多端互补输入输出能量协调分配功率包括两种方案：
方案一：
当DC/DC充电单元对电动汽车进行充电时，计算充电需求总功率Pc，采集AC/DC整流单元输出最大功率为Pz，能量协调控制单元对比判断Pc与Pz，当Pz＞Pc，储能负荷控制单元将储能单元状态(1：满电，2：可充电可放电，3：亏电)上送至能量协调控制单元。
①能量协调控制单元接收到储能单元状态为1时，AC/DC整流单元按照充电需求总功率Pc输出；
②能量协调控制单元接收到储能单元状态为2时，AC/DC整流单元首先满足充电需求功率Pc，再通过储能负荷控制单元对储能单元下发储能单元充电功率需求的命令，并将储能单元自身的充电需求功率PD上传至能量协调控制单元；
③能量协调控制单元接收到储能单元状态为3时，AC/DC整流单元首先满足充电需求功率Pc，再通过储能负荷控制单元对储能单元下发储能单元充电功率需求的命令，并将储能单元自身的充电需求功率PD上传至能量协调控制单元。
进一步的，能量协调控制单元接收到储能单元状态为2或3时，能量协调控制单元接收光伏负荷控制单元状态(1：停止，2：放电)并采集其功率PG，光伏单元处于对公共直流母线为放电状态，能量协调控制单元对比PD、PG，
如果PD＞PG，能量协调控制单元根据PD-PG功率值，增加AC/DC整流单元的输出功率值P1且P1≤Pz，由光伏单元和AC/DC整流单元的输出功率共同为储能单元充电；
如果PD＜PG，能量协调控制单元通过光伏负荷控制单元对光伏单元下发充电功率需求的命令，然后由光伏单元为储能单元充电，如图2。
方案二：
当DC/DC充电单元对电动汽车进行充电时，计算充电需求总功率Pc，采集AC/DC整流单元输出最大功率为Pz，能量协调控制单元对比判断Pc与Pz，当Pz＜Pc，储能负荷控制单元将储能单元状态(1：满电，2：可充电可放电，3：亏电)上送至能量协调控制单元。
①能量协调控制单元接收到储能单元状态为1时，AC/DC整流单元按照最大输出功率Pz输出，通过储能负荷控制单元对储能单元下发放电功率需求；
②能量协调控制单元接收到储能单元状态为2时，AC/DC整流单元按照最大输出功率Pz输出，通过储能负荷控制单元对储能单元下发放电功率需求；
③能量协调控制单元接收到储能单元状态为3时，AC/DC整流单元按照最大输出功率Pz输出，再通过储能负控制单元对储能单元下发禁止放电指令。
进一步的，能量协调控制单元接收到储能单元状态为1或2时，储能单元的最大允许放电功率PF上传至能量协调控制单元，能量协调控制单元接收光伏负荷控制单元状态(1：停止，2：放电)并采集其功率PG，光伏单元处于对公共直流母线放电状态，能量协调控制单元对比PC－PZ＝PB(母线需补充功率)与PF的功率值。
如果PF＞PB，能量协调控制单元对储能负荷控制单元下发母线需补充功率值PB，由储能单元对公共直流母线充电，满足DC/DC充电单元对电动汽车的充电需求。
如果PF＜PB，能量协调控制单元仍对储能负荷控制单元下发母线需补充功率值PF，由储能单元对公共直流母线放电，同时，能量协调控制单元对光伏负荷控制单元下发母线功率需补充功率值PB－PF，由光伏单元对公共直流母线充电，满足DC/DC充电单元对电动汽车的充电需求，如图3。
另外，在无车辆充电需求时，能量协调控制单元采集光伏负荷控制单元放电功率PG，如果PG＞0，能量协调控制单元对整流负荷控制单元下发放电指令，或者能量协调控制单元采集储能负荷控制单元状态为满电时，能量协调控制单元对储能负荷控制单元下发放电指令，然后通过AC/DC整流单元，将直流电能变换为交流电能送至配电网，如图4。
以上给出了本发明具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种多端互补输入输出能量协调分配的充电控制方法，其特征在于，
基于的充电系统，包括公共直流母线，所述公共直流母线连接AC/DC整流单元、光伏单元、储能单元、DC/DC充电单元，所述AC/DC整流单元连接配电网，所述DC/DC充电单元连接用于给电动汽车供电的充电终端；
具体控制方法为：
1)采集AC/DC整流单元输出最大功率Pz和光伏单元的放电功率PG，计算电动汽车充电需求总功率Pc；
2)当Pz>Pc,且储能单元的状态为可充电可放电或者亏电时，AC/DC整流单元首先按照电动汽车充电需求总功率Pc输出，然后计算储能单元自身的充电需求功率PD；所述PD为储能单元实际功率与满电状态的差额功率；
若PD<PG，光伏单元为储能单元充电；
若PD>PG，增加AC/DC整流单元的输出功率值为PD-PG，且PD-PG≤Pz，由所述光伏单元和所述AC/DC整流单元的输出功率共同为储能单元充电。
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