CN108899933A - 光储系统在电动汽车快充站的模块化系统及部署方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光储系统在电动汽车快充站的模块化系统及部署方法，通过模块化的设计和相应的优化部署，本发明能够实现储能系统在电动汽车快充站的模块化合理部署，可满足规模化电动汽车集中快充需求，同时，能够最大限度减少对原有配电系统的影响与冲击，可最大化利用光伏发电，全面提升电动汽车用户及快充站运营商的服务体验。
Description
技术领域
本发明涉及一种光储系统在电动汽车快充站的模块化系统及部署方法。
背景技术
目前，伴随动力电池技术的不断创新与提升，电动汽车大功率快速充电的需求日益增长，光伏发电成本与电池储能成本持续降低，如何满足规模化电动汽车的大功率集中充电需求，又可实现分布式电源的最大化消纳，且不对配电网造成不利影响与冲击，成为电动汽车用户与充电设施运营商关注的重要现实问题，这也是电动汽车光储式快充站工程部署的研究热点。
目前光储系统在电动汽车快充站部署过程中依然存在诸多问题，主要包括：
(1)大量的电动汽车同时进行集中大功率快速充电时，会对原有的配电系统造成影响(如：变压器或线路过载)，尤其是对老城区及农村配电网的影响尤为突出；
(2)光伏发电产生的电能不能全部有效消纳，造成资源浪费；
(3)光伏系统、储能系统目前采用集中式部署，光储系统的可扩展性极差，不利于清洁能源发电的持续增长。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种光储系统在电动汽车快充站的模块化系统及部署方法，本发明能够实现储能系统在电动汽车快充站的模块化合理部署，可满足规模化电动汽车集中快充需求，同时，能够最大限度减少对原有配电系统的影响与冲击，可最大化利用光伏发电，全面提升电动汽车用户及快充站运营商的服务体验。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种光储系统在电动汽车快充站的模块化系统，包括：
电动汽车快充设备模块，被配置为若干个，且所有电动汽车快充设备模块的充电功率之和不小于电动汽车快充站设定的总功率；
可扩展的光伏系统模块，被配置为安装在在电动汽车充电桩遮阳棚顶部、快充站配电室顶部或其他站内具备条件的建筑顶部，利用安装区域的土地资源，将太阳能转换为光伏能量；
储能系统模块，被配置为根据电动汽车快速充电及太阳能光伏发电的动态变化，扩展储能系统模块的个数，实现动态调整储能总体容量，使得形成的储能系统能够缓冲两者对配电系统的影响与冲击，同时最大限度消纳光伏发电；
配电系统模块，被配置为与所述可扩展的光伏系统模块以及储能系统模块连接，且与各个电动汽车快充设备模块形成能量消耗端；
能量管理系统模块，被配置为实时监测电动汽车快充站内可扩展的光伏系统、储能系统、各个电动汽车快充设备模块及配电系统模块之间的能量，对其进行负载均衡控制、并网与离网运行控制以及优化调度，以保证电动汽车快充站的运行。
所述电动汽车快充设备模块、可扩展的光伏系统模块、储能系统模块、配电系统模块和能量管理系统模块都配置有能量传输接口和数据通信接口模块，各模块之间通过能量传输接口和数据通信接口模块分别进行能量传输和数据传输。
进一步的，模块化部署的具体实现方式为：以各个模块之间的耦合度最低为原则，分别部署各个模块。
基于上述模块化系统的部署方法，包括以下步骤：
定量计算光伏面板可部署面积，根据电动汽车快充站的负荷功率以及单个充电桩的充电功率，确定充电桩的数量；
根据光伏发电功率和电动汽车快充负荷功率，模块化部署储能系统的动力电池；
将能量管理系统作为单独模块进行部署，全面监控站内设备运行状态。
进一步的，定量计算电动汽车快充站内的遮阳棚面积、配电室屋顶面积、适合部署光伏面板的地面面积，将其相加得到光伏面板可部署总面积。
结合各个可部署区域的长宽大小，选择合适的光伏面板的尺寸，使得各个区域可部署面积得到充分利用，形成最优部署。
进一步的，根据单个电动汽车快充设备模块的充电功率p，定量计算电动汽车快充站N个充电桩的总功率PN。PN＝p*N，部署各个电动汽车快充设备模块，具体部署采用等间距且水平平行的布设方式。
进一步的，根据光伏发电功率和电动汽车快充负荷功率，模块化部署储能系统的动力电池；统一各个动力电池模块的容量Cbattery，电动汽车快充站储能系统的总容量CESS＝Cbattery*M，其中M为动力电池模块总数量；在部署储能电池架时，预留一定数量的冗余空位，以方便后期储能系统扩容。
进一步的，电动汽车快充站内的光伏发电系统、储能系统、电动汽车快充桩及配电网各个模块之间需要进行能量与信息管理，实现快充站内各个模块设备的全面监视、控制及高效管理，具体的实现由能量管理系统负责，具体实现过程为：首先完成实时数据采集、监视，其次通过优化调度方法(具体优化调度方法如上所述)，完成光储系统、电动汽车充电系统、配电系统的负荷控制，同时降低了各个模块之间的耦合度。
进一步的，本发明实现的优化调度方法为：(1)统计光伏发电平均日发电量，结合天气预报信息，预测光伏发电功率曲线；(2)统计电动汽车快充系统的日充电量及日充电负荷功率曲线；(3)以最大化消纳光伏发电与满足电动汽车快充为目标，动态调整储能系统的充放电策略，使得快充站从配电网获取的电量最低，并完成光伏发电余量的上网；(4)根据快充站各个模块的扩展与运行，持续迭代上述(1-3)步骤，实现优化调度目标。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明中的光储系统在电动汽车快充站的模块化部署方法，提高了电动汽车快充站中光伏系统、储能系统及快充系统的可扩展性，有利于电动汽车光储式快充站的日常运维与升级改造；
(2)本发明中的模块化部署方法，有效降低了电动汽车大功率快充对配电网的不利影响；
(3)本发明中的模块化部署方法，提升了光伏发电的消纳水平，促进了电动汽车健康高速发展与规模化普及。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的模块化部署方法模块分解与连接示意图；
图2为本发明的模块化部署方法步骤图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术所介绍的，目前光储系统在电动汽车快充站部署过程中依然存在诸多问题，主要包括：(1)大量的电动汽车同时进行集中大功率快速充电时，会对原有的配电系统造成影响(如：变压器或线路过载)，尤其是对老城区及农村配电网的影响尤为突出；(2)光伏发电产生的电能不能全部有效消纳，造成资源浪费；(3)光伏系统、储能系统目前采用集中式部署，光储系统的可扩展性极差，不利于清洁能源发电的持续增长。为了解决如上的技术问题，本申请提出一种光储系统在电动汽车快充站的模块化部署方法，首先定量计算电动汽车快充站内光伏面板最大可部署面积，对光伏面板进行模块化部署，得出光伏发电功率；然后，定量计算电动汽车快充负荷功率，根据光伏功率与电动汽车快充负荷功率，对储能系统的容量进行合理规划与部署，模块化部署储能系统的动力电池，方便后续日常维护与扩展，同时降低电动汽车大功率快充负荷对配电网的不利影响，实现光储系统及电动汽车充电负荷与电网的良性互动同时，有效提升电动汽车用户快充服务体验。
如图1所示，光储系统在电动汽车快充站的模块化系统，包括的各个模块如下：
电动汽车快充设备模块，被配置为满足一定数量电动汽车快充需求的模块化快速充电设备，根据不断变化的充电业务需要，可以动态扩展，通过能量传输接口、数据通信接口与其它模块实现交互；
可扩展的光伏系统模块，被配置为灵活扩展的模块化光伏发电系统，在电动汽车充电桩遮阳棚顶部、快充站配电室顶部及其他站内具备条件的建筑顶部模块化部署太阳能光伏面板，充分高效利用电动汽车快充站区域的土地资源，各个光伏面板采用模块化工程部署，可灵活扩展，通过能量传输接口、数据通信接口与其它模块实现交互；
可扩展的储能系统模块，被配置为根据电动汽车快速充电及太阳能光伏发电的动态变化，模块化部署储能系统的储能电池，动态调整储能总体容量，使得储能系统有效缓冲两者对配电系统的影响与冲击，同时最大限度消纳光伏发电，通过能量传输接口、数据通信接口与其它模块实现交互；
配电系统模块，被配置为根据电动汽车快速充电及太阳能光伏发电的动态变化，使得储能系统有效缓冲两者对配电系统的影响与冲击，同时最大限度消纳光伏发电，通过能量传输接口、数据通信接口与其它模块实现交互；
能量管理系统模块，被配置为负责电动汽车快充站内光伏系统、储能系统、电动汽车快充系统及配电系统之间的能量管理，具体功能包括：实时监测、负载均衡控制、并网与离网运行控制、优化调度等。
能量传输接口、数据通信接口模块，被配置为电动汽车快充站内的光伏系统、储能系统、电动汽车快充设备及配电系统交互能量与信息的统一接口。
模块化部署的具体实现方式为：采用附图1模块分解与连接示意图，以各个模块之间的耦合度最低为原则，分别部署各个模块。
如图2所示，包括以下步骤：
(1)定量计算光伏面板可部署面积，模块化部署光伏面板
定量计算电动汽车快充站内的遮阳棚面积Slouver、配电室屋顶面积Sroof、适合部署光伏面板的地面面积Sground。
光伏面板可部署总面积S＝Slouver+Sroof+Sground。
(2)定量计算电动汽车快充负荷功率，模块化部署充电桩
根据单个电动汽车快充桩的充电功率p，定量计算电动汽车快充站N个充电桩的总功率PN。PN＝p*N。模块化部署各个充电桩。
(3)模块化部署储能系统的动力电池
根据光伏发电功率和电动汽车快充负荷功率，模块化部署储能系统的动力电池。统一各个动力电池模块的容量Cbattery，电动汽车快充站储能系统的总容量CESS＝Cbattery*M，其中M为动力电池模块总数量。同时在部署储能电池架时，预留一定数量的冗余空位，以方便后期储能系统扩容。
(4)能量管理系统作为单独模块进行部署，全面监控站内设备运行状态
电动汽车快充站内的光伏发电系统、储能系统、电动汽车快充桩及配电网各个模块之间需要进行能量与信息管理，实现快充站内各个模块设备的全面监视、控制及高效管理。能量管理系统的模块化部署，降低了整个系统的耦合程度，易于整体系统的日常维护与后期扩展。
进一步的，本实施例中实现的优化调度方法为：(1)统计光伏发电平均日发电量，结合天气预报信息，预测光伏发电功率曲线；(2)统计电动汽车快充系统的日充电量及日充电负荷功率曲线；(3)以最大化消纳光伏发电与满足电动汽车快充为目标，动态调整储能系统的充放电策略，使得快充站从配电网获取的电量最低，并完成光伏发电余量的上网；(4)根据快充站各个模块的扩展与运行，持续迭代上述(1-3)步骤，实现优化调度目标。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种光储系统在电动汽车快充站的模块化系统，其特征是，包括：
电动汽车快充设备模块，被配置为若干个，且所有电动汽车快充设备模块的充电功率之和不小于电动汽车快充站设定的总功率；
可扩展的光伏系统模块，被配置为安装在在电动汽车充电桩遮阳棚顶部、快充站配电室顶部或其他站内具备条件的建筑顶部，利用安装区域的土地资源，将太阳能转换为光伏能量；
储能系统模块，被配置为根据电动汽车快速充电及太阳能光伏发电的动态变化，扩展储能系统模块的个数，实现动态调整储能总体容量，使得形成的储能系统能够缓冲两者对配电系统的影响与冲击，同时最大限度消纳光伏发电；
配电系统模块，被配置为与所述可扩展的光伏系统模块以及储能系统模块连接，且与各个电动汽车快充设备模块形成能量消耗端；
能量管理系统模块，被配置为实时监测电动汽车快充站内可扩展的光伏系统、储能系统、各个电动汽车快充设备模块及配电系统模块之间的能量，对其进行负载均衡控制、并网与离网运行控制以及优化调度，以保证电动汽车快充站的运行。
2.如权利要求1所述的一种光储系统在电动汽车快充站的模块化系统，其特征是，所述电动汽车快充设备模块、可扩展的光伏系统模块、储能系统模块、配电系统模块和能量管理系统模块都配置有能量传输接口和数据通信接口模块，各模块之间通过能量传输接口和数据通信接口模块分别进行能量传输和数据传输。
3.如权利要求1所述的一种光储系统在电动汽车快充站的模块化系统，其特征是，以各个模块之间的耦合度最低为原则，在电动汽车快充站内分别部署各个模块。
4.基于如权利要求1-3中任一项所述的模块化系统的部署方法，其特征是：包括以下步骤：
定量计算光伏面板可部署面积，根据电动汽车快充站的负荷功率以及单个充电桩的充电功率，确定充电桩的数量；
根据光伏发电功率和电动汽车快充负荷功率，模块化部署储能系统的动力电池；
将能量管理系统作为单独模块进行部署，全面监控站内设备运行状态。
5.如权利要求4所述的部署方法，其特征是：定量计算电动汽车快充站内的遮阳棚面积、配电室屋顶面积、适合部署光伏面板的地面面积，将其相加得到光伏面板可部署总面积；结合各个可部署区域的长宽大小，选择合适的光伏面板的尺寸，使得各个区域可部署面积得到充分利用，形成最优部署。
6.如权利要求4所述的部署方法，其特征是：根据单个电动汽车快充设备模块的充电功率p，定量计算电动汽车快充站N个充电桩的总功率PN，PN＝p*N，采用各个电动汽车快充设备模块等间距且水平平行的布设方式。
7.如权利要求4所述的部署方法，其特征是：根据光伏发电功率和电动汽车快充负荷功率，模块化部署储能系统的动力电池；统一各个动力电池模块的容量Cbattery，电动汽车快充站储能系统的总容量CESS＝Cbattery*M，其中M为动力电池模块总数量。
8.如权利要求7所述的部署方法，其特征是：在部署储能电池架时，预留一定数量的冗余空位。
9.如权利要求4所述的部署方法，其特征是：能量管理系统被配置为实时数据采集、监视，通过优化调度方法，完成光储系统、电动汽车充电系统、配电系统的负荷控制，同时降低各个模块之间的耦合度。
10.如权利要求9所述的部署方法，其特征是：优化调度方法具体包括：
(1)统计光伏发电平均日发电量，结合天气预报信息，预测光伏发电功率曲线；
(2)统计电动汽车快充系统的日充电量及日充电负荷功率曲线；
(3)以最大化消纳光伏发电与满足电动汽车快充为目标，动态调整储能系统的充放电策略，使得快充站从配电网获取的电量最低，并完成光伏发电余量的上网；
(4)根据快充站各个模块的扩展与运行，持续迭代上述(1-3)步骤，实现优化调度目标。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 253043 No. 41 Dongfeng East Road, Decheng District, Shandong, Dezhou Applicant after: Dezhou Power Supply Company of State Grid Shandong Province Electric Power Company Applicant after: National Network Intelligent Technology Co., Ltd. Address before: 253043 No. 41 Dongfeng East Road, Decheng District, Shandong, Dezhou Applicant before: Dezhou Power Supply Company of State Grid Shandong Province Electric Power Company Applicant before: Shandong Luneng Intelligent Technology Co., Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20210207 Address after: 253043 No.41 Dongfeng East Road, Decheng District, Dezhou City, Shandong Province Applicant after: DEZHOU POWER SUPPLY COMPANY OF STATE GRID SHANDONG ELECTRIC POWER Co. Applicant after: Shandong Luneng Software Technology Co.,Ltd. intelligent electrical branch Address before: 253043 No.41 Dongfeng East Road, Decheng District, Dezhou City, Shandong Province Applicant before: DEZHOU POWER SUPPLY COMPANY OF STATE GRID SHANDONG ELECTRIC POWER Co. Applicant before: National Network Intelligent Technology Co.,Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181127 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |