CN108394298A - 高速公路分布式光-储-充交直流混联微网自助充电站 - Google Patents

高速公路分布式光-储-充交直流混联微网自助充电站 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高速公路分布式光‑储‑充交直流混联微网自助充电站，充电站分别设置在所述高速公路的两侧，充电站主要包括发电侧和负荷侧；发电侧包括再生能源发电系统、储能电站以及直流母线，再生能源发电系统的输出端通过具有最大功率跟踪的DC‑DC变换器接入到直流母线中，储能电站通过双向DC‑DC变换器和直流母线相连接；负荷侧包括双模式交直流充电桩以及交流母线，直流母线通过DC‑AC变换器和交流母线相连接；高速公路两侧相对的充电站的直流母线之间通过能量互济线相连接。本发明搭建光‑储‑充分布式交直流混联微电网，提供了新能源汽车在城际间或高速公路长途通行接力充电，解决新能源汽车储能电池能量密度低、依赖电网建设、“开不远”等应用难题。

Description

高速公路分布式光-储-充交直流混联微网自助充电站
技术领域
本发明涉及充电站，具体涉及一种高速公路分布式光-储-充交直流混联微网自助充电 站。
背景技术
新能源汽车产业方兴未艾。目前我国的新能源汽车保有量正在以每年30％的速度递增， 相关的产业也在逐渐壮大，发展迅速。
一方面，新能源汽车的发展瓶颈主要依赖于储能电池技术的高比能、长寿命、高(效充 放电)性能、低成本化的产业解决方案；另一方面，新能源汽车的普及应用推广又受制于充 电桩、新能源汽车运维增值服务云平台等基础设施建设滞后的影响。前者需要储能新材料、 新工艺等技术的继续突破，后者需要相关产业政策推动、新技术集成等的创新应用。
目前，我国的新能源汽车由于储能动力电池比能量低、寿命短、充电站少等因素限制， 主要在大中城市及近郊区域运行。由于续航里程短、充电站建设困难等因素，完成制约了新 能源汽车的大规模普及应用，目前主要是城市公交、部分大巴、以及家庭代步轿车形式在使 用。当新能源汽车离开大中城市就变得无能为力。当前，充电站的建设主要是在电网覆盖且 公路沿线有电力线路的地方才能建设，基本集中在大中城市或近郊建设。
现有典型相关专利技术中，专利文献CN201520795046公开了光储充一体化停车棚,集光 伏发电、电池储能、智能充电器于一体的停车棚，但未考虑到高速路沿线的具体应用场合， 必须要在有电网的地方才能安装，如高速路加油站，高速路加油站一般距离都很远，制约了 电动汽车的续航。
专利文献CN201510632403公开了基于分布式公共直流母线的风光储充电站系统,采用单 直流母线的架构将光伏、风力发电接入，作为储能电站为电动汽车充电，但所公开技术内容 简单描述了充电站直流组网，不能直接应用于高速公路充电站方案中。
专利文献CN201611006478公开了一种基于独立微网的电动汽车充电站供电系统，系统包 括交/直流母线、微网管理系统，提供柴油机、光伏、风机接入，但没有涉及高速公路应用场 景的系统拓扑优化及高速公路沿线分布式应用，特别是沿线对称布置充电站的互联能量互济 方案。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高速公路分布式光-储-充交直流 混联微网自助充电站，以解决当前新能源汽车只能在城市及近郊使用而“走不远”、“无电桩” 的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
高速公路分布式光-储-充交直流混联微网自助充电站，所述充电站分别设置在所述高速 公路的两侧，所述充电站包括发电侧和负荷侧；所述发电侧包括再生能源发电系统、储能电 站以及直流母线，再生能源发电系统的输出端通过具有最大功率跟踪的DC-DC变换器接入到 直流母线中，储能电站和直流母线相连接；所述负荷侧包括双模式(交/直流)充电桩以及交流 母线，直流母线通过DC-AC变换器和交流母线相连接，其中一部分的双模式(交/直流)充电桩 的输入端和直流母线相连接，另一部分的双模式(交/直)充电桩的输入端和交流母线相连接； 高速公路两侧相对的充电站的直流母线之间通过能量互济线相连接。
所述再生能源发电系统为光伏阵列，光伏阵列安装于高速公路两侧3-5米的权属范围内。
所述储能电站主要由具有BMS的电池组以及双向DC-DC变换器组成，具有BMS的电池组 通过双向DC-DC变换器和直流母线相连接。
所述充电站还包括监控管理平台，所述监控管理平台分别和具有最大功率跟踪的DC-DC 变换器、具有BMS的电池组以及双模式(交/直流)充电桩相连接，用以分别监视光伏阵列的发 电输出情况、具有BMS的电池组的工作状态以及双模式(交/直流)充电桩的工作状态。
所述双模式(交/直流)充电桩成圆弧形布置在高速公路的两侧。
所述的高速公路分布式光-储-充交直流混联微网自助充电站还包括监控终端，所述监控 管理平台将其所监视获得监控数据上传至云端，云端平台同时提供充电站维护和车主充电服 务两方面实时数据信息，即：监控终端通过云端实时获得监控数据(电站设备运行状态数据)， 也为车主提供充电站服务信息数据(如：充电站位置、可用充电桩数量、电站电能量情况等)。
所述的直流母线为750V以上的直流母线。
所述光伏阵列采用地面安装或光伏停车棚的安装方式。
所述能量互济线采用架空或者地埋的方式安装。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
1、完全规避了对传统电网的依赖，采用分散小型化的光伏-储能-充电电动汽车自助充 电站的接力设置，对当前储能动力电池比能量低、寿命短、续航里程(200-300公里)有限 等技术瓶颈问题提供了很好的解决方案，也为光伏新能源的应用开辟了更大的应用市场是新 能源发电系统与电动汽车的直接耦合，也是真正意义上的直接新能源电力驱动汽车。
2、光伏-储能构成的直流微电网，在负荷侧通过采用交直流混合微电网拓扑优化配置， 满足多模式(交流和直流充电)充电桩的需要、实现充电站系统的高效经济运行。系统为独 立型交直流混合微电网，通过高速公路两侧对称布置的充电站建设与互济直流母线的联接， 实现对称充电站因双向充电车流的不均、高效互济可靠运行。该系统拓扑无需大电网接入， 省去了高昂的配电网建设成本。
3、该充电站可实现无人值守、智能化运行及云端自助充电服务。一般可供10台车充电 的充电站安装占地面积在500㎡左右，安装实施工程比传统加油站要小得多，节省了相关成 本，便于高速公路沿线建设、通过沿线接力完全解决新能源汽车。
附图说明
图1为本发明实施例高速公路分布式光-储-充交直流混联微网自助充电站的一种应用示 意图；
图2为本发明实施例高速公路分布式光-储-充交直流混联微网自助充电站的电气连接 图；
图3为本发明实施例高速公路分布式光-储-充交直流混联微网自助充电站的另一种应用 示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
如图1所示，本实施例提供的高速公路分布式光-储-充交直流混联微网自助充电站沿公 路直线排布，建设地点选择在高速公路两边没有树木遮阴的地方，公路两边相对对称地各自 安装一个充电站，如图2所示，该充电站包括发电侧和负荷侧；其中，发电侧主要包括光伏 阵列1、具有BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，电池管理系统)的电池组2以及直流母线。 利用现有的高速公路网，在其沿线上安装光伏阵列1，每20公里或更短的距离在高速公路两 侧3-5米的权属范围内安装光伏阵列1，光伏阵列1可采取地面安装或光伏停车棚的安装方 式，光伏阵列1的输出端通过通过具有最大功率跟踪(MPPT)功能的DC-DC变换器接入到直 流母线中，以构建成750V以上或更高电压(如10kV)直流母线的中小型直流微电网系统， 而该具有BMS的电池组通过双向DC-DC变换器与750V或更高电压等级的直流母线连接，通过 双向隔离DC-DC变换器建立稳定的直流母线电压，该母线与发电侧DC母线并接。双向DC-DC 变换器为多模块并联结构，适合于宽输入电池电压范围，如此，光伏阵列所产生的一部分电 量可通过双向DC-DC变换器存储于具有BMS的电池组中，而当光伏阵列所产生的电量不能满 足负荷侧的用电需求时，具有BMS的电池组即可向直流母线中输送电量，以实现能量的最大 化利用。
而该负荷侧主要包括双模式(交/直流)充电桩3以及交流母线，直流母线通过DC-AC变 换器和交流母线相连接，以实现直流交流的转换，其中一部分的双模式(交/直流)充电桩的 输入端和直流母线相连接，另一部分的双模式交/直流充电桩的输入端和交流母线相连接，以 满足交直充电桩及其他负荷的需要。也就是说，负荷侧(充电桩及其他负荷)采用交直流混 合的方式，具有运行监控、人机交互、发电预测、负荷预测、储能电站SOC实时测量等，可 实现优化配置。
而充电站的建设，可以根据充电桩的配置数量和每日可提供的电能大小(可充新能源车 的数量)来规划自助充电站的安装容量。如：一个自助充电站(8个桩)，每台桩每日可提供 10台车的充电量(10x50kWh＝500kWh),一个有8个桩的自助充电站每日可充电车数为80台， 总的用电量为8x10x50kWh＝4000kWh,每日发电量在4000kWh，则按照广东南部地区的太阳辐 照量，安装太阳能光伏组件应在1.5-2MW左右(考虑非最佳方位角修正)，站地面积约2万平 米，如果在公路沿线两侧安装(宽带3米)计算，长度为6666米，两侧安装3333米左右， 即使在公路两侧有绿化树木的道路两侧安装，每20公里长距离安装一个自助充电站，选择一 个只有3000米长的最佳采光安装路段是比较容易的。没有树木遮阴的地方，选择更自由，发 电效果也较好。有桥梁的路段可以选择性避开实施。
另外，为了更为均匀充分地利用两个充电站的电量，如图1或3所示，高速公路两侧相 对的充电站的直流母线之间通过能量互济线4相连接，能量互济线4采用地埋的方式，两边 的连接点为：连接点A和连接点B，可以实现双向行驶充电车辆用能不均、两个储能电站的 能量互济，即可以实现充电站的扩容，例如：在出城高峰期，某一方向的车流量较大，而另 一方向的车流量很小，通过两侧的充电站的并联，可以缓解单一方向的充电站压力、实现储 能电站的能量互济。
作为本实施例的一种优选，如图3所示，上述的双模式(交/直流)充电桩成圆弧形布置在 高速公路的两侧，以有效节省安装空间。
作为本实施例的另一种优选，上述的充电站还包括监控管理平台以及监控终端，该监控 管理平台分别和具有最大功率跟踪的DC-DC变换器、具有BMS的电池组以及双模式(交/直流) 充电桩相连接，用以分别监测光伏阵列的发电状态、具有BMS的电池组的工作状态以及双模 式(交/直流)充电桩的工作状态(充电，待机，充满，异常)等信息，从而了解充电站的运行 情况，而监控管理平台所监控获得的相关数据信息则可以上传至自助充电站云端平台，充电 站相关工作人员或新能源汽车车主则可以通过监控终端(比如手机APP)实时了解相关的数 据信息，以实现随时随地的知道充电站的运行状况。也就是说，光伏、储能、充电机、监控 管理构成了独立交直流混合微电网的架构，整个系统接受监控管理平台监控调度，实现无人 值守全自动运行，同时具备远程云端监控与云端提供车主充电服务功能。
需要说明的是，还可以采用风力发电等其他再生能源发电系统的方式来组合或替代光伏 阵列发电。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技 术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本 发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.高速公路分布式光-储-充交直流混联微网自助充电站，其特征在于，所述充电站分别设置在所述高速公路的两侧，所述充电站主要包括发电侧和负荷侧；所述发电侧包括再生能源发电系统、储能电站以及直流母线，再生能源发电系统的输出端通过具有最大功率跟踪的DC-DC变换器接入到直流母线中，储能电站和直流母线相连接；所述负荷侧包括双模式交直流充电桩以及交流母线，直流母线通过DC-AC变换器和交流母线相连接，其中一部分的双模式交直流充电桩的输入端和直流母线相连接，另一部分的双模式交直流充电桩的输入端和交流母线直接连接；高速公路两侧相对的充电站的直流母线之间通过能量互济线相连接。
2.如权利要求1所述的高速公路分布式光-储-充交直流混联微网自助充电站，其特征在于，所述再生能源发电系统为光伏阵列，光伏阵列安装于高速公路两侧3-5米的权属范围内。
3.如权利要求1或2所述的高速公路分布式光-储-充交直流混联微网自助充电站，其特征在于，所述储能电站主要由具有BMS的电池组以及双向DC-DC变换器组成，具有BMS的电池组通过双向隔离DC-DC变换器和直流母线相连接。
4.如权利要求3所述的高速公路分布式光-储-充交直流混联微网自助充电站，其特征在于，所述充电站还包括监控管理平台，所述监控管理平台分别和具有最大功率跟踪的DC-DC变换器、具有BMS的电池组以及双模式交直流充电桩相连接，用以分别监视光伏阵列的发电输出情况、具有BMS的电池组的工作状态以及双模式交直流充电桩的工作状态。
5.如权利要求1所述的高速公路分布式光-储-充交直流混联微网自助充电站，其特征在于，所述双模式交直流充电桩成圆弧形布置在高速公路的两侧。
6.如权利要求3所述的高速公路分布式光-储-充交直流混联微网自助充电站，其特征在于，还包括监控终端，所述监控管理平台将其所监视获得监控数据上传至自助充电站云端平台，监控终端通过云端实时获得监控数据；同时，云端平台还提供车主实时充电服务信息。
7.如权利要求3所述的高速公路分布式光-储-充交直流混联微网自助充电站，其特征在于，所述的直流母线为750V以上的直流母线。
8.如权利要求2所述的高速公路分布式光-储-充交直流混联微网自助充电站，其特征在于，所述光伏阵列采用地面安装或光伏停车棚的安装方式。
9.高速公路分布式光-储-充交直流混联微网自助充电站，其特征在于，所述能量互济线采用架空或者地埋的方式安装。
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