CN111313476A - 一种v2g短时应急充电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种V2G短时应急充电系统及方法，包括等量定额储能装置、具有多个充电桩的充电站和调控中心，所述等量定额储能装置和充电站均与电网连接；等量定额储能装置包括多个储能单元和控制单元，所有储能单元均与控制单元进行信息交互；等量定额储能装置与充电站连接，各储能单元能够接收并存储来自充电站车辆的电能，并能够向所述电网放电；调控中心对等量定额储能装置、充电站、充电对象和电网之间的能量流动进行调控，保证整个V2G短时应急充电系统的充电需求“荷”为固定值或/和发电量“源”为固定值。

Description

一种V2G短时应急充电系统及方法

技术领域

本公开属于充电技术领域，具体涉及一种V2G短时应急充电系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

V2G(Vehicle to Grid)指以智能电网技术为支撑，电动汽车与电网之间通过双向通信，将处于停驶状态的电动汽车作为可移动的分布式储能单元，实现能量在电动汽车与电网之间双向流动(充、放电)。在电动汽车电池电量不足时，可作为电网的负荷从电网获取电能(以下,简称G2V能量流)；在电动汽车电池电量充足且满足用户行驶需求时，电动汽车可作为电网的储能设备或备用电源将剩余可控电能反向输送到电网中(以下,简称V2G能量流)，实现电动汽车与电网互动，提供相关调峰调频、黑启动等辅助服务。

需求侧的电动汽车大规模接入配电网，由于其充电时间地点的高度随机性，会对配电网网损，电能质量，可靠性，稳定性等方面产生影响。据发明人了解，传统电网的只有供给侧管理，通过开关发电机组控制发电量，实现对用户需求的跟随。大规模电动汽车接入充电或放电，其用电量瞬息万变，呈现出接近于圆滑的曲线变化，而电网中数量有限的发电厂，无论是机组入列还是解列，都呈现出阶梯状变化，所以电网为适应大规模汽车接入调度难度相当大。再加上V2G技术是双向能量流动，数学模型复杂程度翻倍，实现起来难度翻倍，因此，现有的充电站(桩)无V2G功能，仅能充电，大规模随机充电的电动汽车会对电网造成冲击，在用电高峰和低谷时，加剧电网的调度难度，冲击电网，严重的会引起失步振荡，且电动汽车的能量流动直接和电网相连，传统方式无法控制。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种V2G短时应急充电系统及方法，本公开可以保证当整个V2G充电系统连接至电网时，为恒定的用电量(荷)或者恒定的发电量(源)，保证充电的安全性、稳定性，保证电网的平稳性，减少冲击。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种V2G短时应急充电系统，包括等量定额储能装置、具有多个充电桩的充电站、调控中心，所述等量定额储能装置和充电站均与电网连接；

所述等量定额储能装置包括多个储能单元、控制单元，所有储能单元均与控制单元进行信息交互；

所述等量定额储能装置与充电站连接，各储能单元能够接收并存储来自充电站车辆的电能，并能够向所述电网放电；

所述调控中心对等量定额储能装置、充电站、充电对象和电网之间的能量流动进行调控，保证整个V2G短时应急充电系统的充电需求“荷”为固定值或/和发电量“源”为固定值。其中“荷”状态代表等量定额储能装置从电网充电，“源”状态代表等量定额储能装置向电网放电。

具体的，作为一种或多种实施方式，当所述储能单元电量之和少于等于第一设定阈值，且充电站的充电桩投入充电的数量大于第一设定值时，等量定额储能装置处于“荷”状态，正在充电的储能单元与新加入的充电对象等电量对换，充电对象通过充电桩进行充电，直到充电完成，保证充电需求为恒定值。

具体的，作为一种或多种实施方式，当所述储能单元电量之和大于等于第二设定阈值，且充电站的充电桩投入充电数量小于第一设定值，且充电对象的电荷数量高于预设值时，正在放电的储能单元与充电对象等电量对换，由储能单元向电网放电切换至充电对象向电网放电，保证发电量为恒定值。

作为进一步的限定，当所述储能单元电量之和在第一设定阈值和第二设定阈值之间，根据电网的用电情况，所述调控中心对电能流动进行配置。

具体的，当电网处于用电高峰时，整个充电站被配置为源状态，当电网处于用电低谷时，充电站被置成荷状态。

作为进一步的限定，所述等量定额储能装置还连接有新能源发电系统；

所述新能源发电系统能够对等量定额储能装置进行充放电，所述等量定额储能装置起缓冲作用。

所述新能源发电系统包括但不限于风电、光伏发电。

作为进一步的限定，所述储能单元包括但不限于锂电池、铅酸电池、超级电容。

定额储能装置内的储存单元串联，充电对象等量替换时，把充电对象切入串联。

本公开中的等量，是指至少其中一个储能单元与充电对象(如电动汽车)的电量等额/相同值的对换。

本公开中的定额，是指整个充电站对于电网是一个固定电量的荷或源(如果能量流在电网和充电站之间有流动)。定额指功率固定，电压、电流均为固定值。

作为一种实施方案，推荐第一设定阈值为30％，第二设定阈值为80％，第一设定值为50％。

当然，上述设定阈值、设定值可以根据具体电网大小、负荷多少、充电站规模以及储能单元容量进行适应性的调整。

充电对象包括但不限于电动汽车。

一种等量定额V2G短时应急充电方法，在电网和充电端之间增设储能装置，电网、充电端和储能装置之间两两连接，利用储能装置作为电网和充电对象之间的缓冲，保证整个V2G短时应急充电系统的充电需求“荷”为固定值或/和发电量“源”为固定值。

作为进一步的限定，当储能装置的电量少于等于第一设定阈值，且充电端的负荷大于第一设定值时，等量定额储能装置处于“荷”状态，正在充电的储能单元与新加入的充电对象等电量对换，充电对象通过充电桩进行充电，直到充电完成，保证充电需求为恒定值。

作为进一步的限定，当储能装置电量大于等于第二设定阈值，且充电端的负荷小于第一设定值，且充电对象的电荷数量高于预设值时，等量定额储能装置处于“源”状态，正在放电的储能单元与充电对象等电量对换，由储能单元向电网放电切换至充电对象向电网放电，保证发电量为恒定值。

一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种等量定额V2G短时应急充电方法。

一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种等量定额V2G短时应急充电方法。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开创新性提出了V2G短时应急充电方法，研制了相关系统，实现了根据等量定额装置和充放电对象的源荷状态对整个储能电站的智能配置，提高了整个充电站或区域的充电能力。

本公开构建了电网充电双向能量流动模型，设计了多阈值等量定额充电需求平衡方法，解决了电动汽车充电时对区域电网的影响问题，实现了就地智能电力调度，增强了电网的安全稳定和平衡性。

本公开中通过增设等量定额储能装置，实现了就地智能电力调度，减少了与电网的耦合度，降低了风险，增加稳定性，健壮性。

等量定额储能装置的定额大小，即可以最多可替换多少汽车电池容量，与充电站所在地的电动汽车车流量和电网常见的发电机组容量有关，需要大数据车联网的支持，建设初期宜安装少量，后期扩容，具有一定的灵活性。

等量定额储能装置的等量大小，即等量储能单元的大小，市面上各式各样的电动汽车电池容量相关，选择常见容量即可。可以使用梯次回收利用的锂电池，制造本系统中的等量定额电池储能装置，成本降低；随着生产锂电成本的逐年下降和电动汽车旧锂电池梯次回收利用，本公开的经济性会逐渐突显。

本公开可以保证当整个充电站连接至电网时，为恒定的用电量(荷)或者恒定的发电量(源)，电网对其调度，数学模型简单，避开了复杂的描述大规模随机充放电的数学模型，易实现。

恒定的“源”，相当于虚拟的一个发电机组，恒定的“荷”利于使用电网原有的供电侧管理，可以充分利用现有的技术、现有设备，减少电网装机投资成本。

将风光电储能引入并与所述储能装置连接，使得储能装置的利用率进一步提高，功能叠加，成本进一步降低，经济上具有可行性。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是现有V2G快速充电站概念模型；

图2是本公开的V2G系统模型图；

图3是本公开的V2G系统工作原理图；

图4是本公开的V2G系统控制过程流程图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开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公开的示例性实施方式。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。

正如背景技术中所述的，新能源电动汽车产业高速发展，锂电池的产量也急剧增长，锂电池成本呈逐年下降之势。而同时已经大量布局的风电、光伏发电等可再生能源产业，因为随机性，波动强烈一直饱受并网问题困扰，无法并入电网。而电池储能可以滤除这种波动性，实现新能源发电的平滑输出，能有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化，使大规模风电及光伏发电方便可靠地并入常规电网。而大量的电动汽车电池恰恰是最好的移动分布式储能单元。但目前大量已建成的、在建的充电桩(站)几乎没有实现V2G功能的案例。

如图1所示，传统的V2G系统架构里每来一个电动汽车，电动汽车都会直接连接至配电网，配电网再连接至高压输电线路，也就是电动汽车的G2V能量流和V2G能量流，随时随机的在电网上变动，当数以千万计的电动汽车接入电网时，电网调度几乎是无法控制的。G2V能量流对于电网来说是荷(负荷)，V2G能量流是源(发电源)。

由于充电站中的充电汽车充电时间地点的高度随机性，数量也不确定，对于是电网来说，电动汽车是源，是荷，如果是源，源的量多大，如果是荷，荷的用量又是多大，难以定量，难以控制。电网调度控制中心又如何控制充电站中的电动汽车充放电，是接近无法解决的难题。目前，并无统一合适的描述这种大规模随机充放电的数学模型，也就无法对充放电汽车无法控制。

本公开在电网和大规模来充电的电动汽车之间增加了一个等量定额的储存装置，实现缓冲，使电动汽车充放电的充电站，对于电网来说是一个恒定的源或荷。避免了建立描述大规模随机充放电的难以量化的数学模型，使控制层部分与电网脱离，减轻了电网调度中心的负担，转成本地就地智能控制。

首先在此进行名词解释：

本公开的V2G短时应急充电系统实质上就是一种特殊的充电站。表述为V2G系统包括充电站，就是整个V2G系统的用电量或发电量为恒定值。

等量定额的储存装置，为锂电池和相关电子电气装置构成。所谓等量，是指储能装置中的储能单元与一辆电动汽车的电量相等对换。所谓定额，是指整个充电站V2G系统对于电网是一个固定电量的荷或源(如果能量流在电网和充电站之间有流动)。

锂电池和相关电子电气装置均为现有技术，在此不再赘述。

本实施例提供的V2G系统包括等量定额的储能装置、电网调度控制中心、电网和充电站，其中等量定额的储能装置与电网和充电站两两连接，电网调度控制中心能够调控储能装置、电网和充电站。

在一些实施例中，如图2所示，整个V2G系统还包括发电机组、新能源发电系统和等量定额的储能装置，发电机组为电网供电，电网为负荷提供电能。

如图3所示，等量定额储能装置包括多个储能单元和控制单元，且所有储能单元均与控制单元进行信息交互。电网调度中心是信息流控制中心，且原有电网就存在。与本V2G系统交互需要新添加通信功能而已。储能装置与电网连接。

等量定额储能装置、电网、充电桩(站)之间的能量流通过开关装置，两两相连。如果V2G系统另添加了新能源发电系统，需要和储能装置连接即可。

储能装置的控制单元、电网的调度控制中心、充电桩(站)的控制单元之间的信息流可以通过以太网，4G无线等方式通信交互数据。

电网及其调度中心：电网是强电电力线、电网调度中心是信息流的汇集单元在原有电网中就存在，只是需要添加与本V2G系统的通信和数据处理功能即可。

具体的，调度中心在电网、储能装置、电动汽车和新能源发电装置之间的能量流动控制过程，如图4所示，包括：

(1)当储能装置自身电量少于等于30％，且充电站50％以上充电桩被电动汽车用于充电时，整个充电站与电网相连，被置于“荷”状态。假如，此时，又新来一辆电动汽车充电，等量储能单元与电动汽车电量对换，暂时停止对等量储能单元的充电，更换为对电动汽车充电。当一辆车充满电离开时，重新开启对等量储能单元的充电。从而保证：虽然来充电的电动汽车数量在动态变化，对于电网整个充电站的充电需求是个恒定值。假如，此时新来一辆电动汽车满荷，想要将能量流向电网，系统可以选择让其等待，或者对储能装置放电，将其富余的能量转移到储能装置。

(2)当储能装置自身电量大于等于80％，且充电站50％以下的充电桩被电动汽车用于充电时，整个充电站与电网相连，被置于“源”状态。假如，此时，新来一辆电动汽车满荷，想要将能量流向电网，等量储能单元与电动汽车电量对换，停止等量储能单元对电网的放电，替换为由电动汽车向电网放电。当一辆车将富余电量放完离开时，再切换至等量储能单元进行放电。从而，保证了对于电网整个充电站的发电量是个恒定值。假如，此时，新来一辆电动汽车充电，系统可以选择让其等待，或者利用储能装置对电动汽车充电。

(3)当储能装置自身电量在30％以上，80％以下时，整个充电站的状态(源或荷)，由电网决定。当电网处于用电高峰时，整个充电站被置成“源”，对电网进行“削峰”，充电站内部的能量流动情况，如上述(1)。当电网处于用电低谷时，充电站被置成“荷”，对电网进行“填谷”。充电站内部的能量流动情况，如上述(2)。

在一些实施例的实施过程中，可以加入风光新能源发电，适宜的时候对等量定额储能装置充放电，储能装置起到缓冲的作用，降低新能源发电的波动性。

上述中的储能装置自身电量是，指等量定额电池储能装置内所有电池综合电量。“源”“荷”状态是对电网而言。

可以看出，具有等量定额电池储能装置的V2G系统，实现了就地智能电力调度，减少了与电网的耦合度，降低了风险，增加稳定性。避开复杂的描述大规模随机充放电的数学模型的设计思路。

等量定额储能装置的定额大小，即可以最多可替换多少汽车电池容量，与充电站所在地的电动汽车车流量和电网常见的发电机组容量有关，需要大数据车联网的支持，建设初期宜安装少量，后期扩容。

等量定额储能装置的等量大小，即等量储能单元的大小，市面上各式各样的电动汽车电池容量相关，选择常见容量即可。

本公开中，具有等量定额电池储能装置的V2G系统，未来会随着生产锂电成本的逐年下降和电动汽车旧锂电池梯次回收利用，经济性会逐渐突显。

在其他实施例中，提供相应的产品示例：

一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种等量定额V2G短时应急充电方法。

一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种等量定额V2G短时应急充电方法。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开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公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种V2G短时应急充电系统，其特征是：包括等量定额储能装置、调控中心、具有多个充电桩的充电站，所述等量定额储能装置和充电站均与电网连接；

所述等量定额储能装置包括控制单元和多个储能单元，所有储能单元均与控制单元进行信息交互；

所述等量定额储能装置与充电站连接，各储能单元能够接收并存储来自充电站车辆的电能，并能够向所述电网放电；

所述调控中心对等量定额储能装置、充电站、充电对象和电网之间的能量流动进行调控，保证整个V2G短时应急充电系统的充电需求为固定值或/和发电量为固定值。

2.如权利要求1所述的一种V2G短时应急充电系统，其特征是：当所述储能单元电量之和少于等于第一设定阈值，且充电站的充电桩投入充电的数量大于第一设定值时，等量定额储能装置处于“荷”状态，正在充电的储能单元与新加入的充电对象等电量对换，充电对象通过充电桩进行充电，直到充电完成，保证充电需求为恒定值；

或，当所述储能单元电量大于等于第二设定阈值，且充电端的负荷小于第一设定值，且充电对象的电荷数量高于预设值时，等量定额储能装置处于“源”状态，正在放电的储能单元与充电对象等电量对换，由储能单元向电网放电切换至充电对象向电网放电，保证发电量为恒定值。

3.如权利要求1所述的一种V2G短时应急充电系统，其特征是：当所述储能单元电量之和大于等于第二设定阈值，且充电站的充电桩投入充电数量小于第一设定值，且充电对象的电荷数量高于预设值时，正在放电的储能单元与充电对象等电量对换，由储能单元向电网放电切换至充电对象向电网放电，保证发电量为恒定值。

4.如权利要求1所述的一种V2G短时应急充电系统，其特征是：当所述储能单元电量之和在第一设定阈值和第二设定阈值之间，根据电网的用电情况，所述调控中心对电能流动进行配置；

或，当电网处于用电高峰时，整个V2G充电系统被配置为源状态，当电网处于用电低谷时，V2G充电系统被置成荷状态。

5.如权利要求1所述的一种V2G短时应急充电系统，其特征是：所述等量定额储能装置还连接有新能源发电系统；

所述新能源发电系统能够对等量定额储能装置进行充放电，所述等量定额储能装置起缓冲作用。

6.如权利要求1所述的一种V2G短时应急充电系统，其特征是：所述储能单元包括但不限于锂电池、铅酸电池和超级电容。

7.一种等量定额V2G短时应急充电方法，其特征是：在电网和充电端之间增设储能装置，电网、充电端和储能装置之间两两连接，利用储能装置作为电网和充电对象之间的缓冲，保证整个V2G短时应急充电系统的充电需求为固定值或/和发电量为固定值。

8.如权利要求7所述的一种等量定额V2G短时应急充电方法，其特征是：当储能装置的电量少于等于第一设定阈值，且充电端的负荷大于第一设定值时，储能装置与新加入的充电对象电量对换，充电端从向储能装置充电切换至向所述新加入的充电对象充电，直到充电完成，保证充电需求为恒定值。

9.如权利要求7所述的一种等量定额V2G短时应急充电方法，其特征是：当储能装置电量大于等于第二设定阈值，且充电端的负荷小于第一设定值，且充电对象的电荷数量高于预设值，储能装置与电动汽车电量对换，储能装置向电网放电切换至充电对象向电网放电，保证电网的发电量为恒定值。

10.如权利要求8或9所述的一种等量定额V2G短时应急充电方法，其特征是：第一设定阈值为30％，第二设定阈值为80％，第一设定值为50％；

或，设定阈值、设定值根据具体电网大小、负荷多少、充电站规模以及储能单元容量进行调整。

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