CN111376777A - 用于充换储一体化电站的微网终端及接口 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于充换储一体化电站的微网终端及接口，光伏发电模块，与直流母线连接，所述光伏发电模块用于采集光能并将采集的光能转换为电能后输出给直流母线；以及充换储一体化电站，包括储能模块、充电站、换电站以及与充电站连接的充电桩；所述储能模块用于储存光伏发电模块输出给直流母线的电能或向直流母线输出电能；充电站用于接收所述直流母线上的电能以为充电桩供电，充电桩用于与所述电动车辆连接以对电动车辆充电；换电站设置有充电架，换电站用于接收直流母线上的电能并通过充电架对动力电池充电。上述用于充换储一体化电站的微网终端及接口，在车辆集中充电的高峰期并不影响用于电动车辆充电的微电网的正常使用。

Description

用于充换储一体化电站的微网终端及接口
技术领域
本发明涉及微网控制技术领域，特别是涉及一种用于充换储一体化电站的微网终端及接口。
背景技术
随着国家政策的推广和时代的进步，各类电动车辆应运而生，距离电动车辆大规模生产及投入市场将不会太久。传统的微电网，将光能转换为电能并储存，以为电动车辆提供充电电源，但是在电动车辆集中充电的用电高峰由于储能模块的储能容量有限，从而不能及时为电动车辆进行充电。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种用于充换储一体化电站的微网终端及接口。
一种用于充换储一体化电站的微网终端及接口，包括：
光伏发电模块，与直流母线连接，所述光伏发电模块用于采集光能并将采集的光能转换为电能后输出给所述直流母线；以及
充换储一体化电站，包括储能模块、充电站、换电站以及与所述充电站连接的充电桩，所述储能模块、所述充电站以及所述换电站均与所述直流母线连接；所述储能模块用于储存所述光伏发电模块输出给所述直流母线的电能或向所述直流母线输出电能；所述充电站用于接收所述直流母线上的电能以为所述充电桩供电，所述充电桩用于与电动车辆连接以对所述电动车辆充电；所述换电站设置有充电架，所述换电站用于接收所述直流母线上的电能并通过所述充电架对动力电池充电。
在其中一个实施例中，还包括：
交直流转换模块，与所述交流电网和直流母线连接，所述交直流转换模块用于所述直流母线上的直流电和所述交流电网的交流电之间的双向转换；以及
控制模块，包括控制器和与所述控制器连接的模式切换开关；所述模式切换开关串联于所述交流电网与所述直流母线之间，用于控制所述交流电网与所述直流母线之间的通断；以及
所述用于充换储一体化电站的微网终端及接口的工作模式包括离网模式和并网模式；
其中，在所述离网工作模式下，所述控制器控制所述模式切换开关断开所述交流电网与所述直流母线之间的连接；在所述并网工作模式下，所述控制器控制所述模式切换开关使所述交流电网与所述直流母线之间导通。
在其中一个实施例中，所述控制器还与所述光伏发电模块以及所述充换储一体化电站连接，所述控制器还用于根据约束参数控制所述储能模块的放电功率、所述光伏发电模块的发电功率以及在同一时间对所述电动车辆进行充电的充电桩数量。
在其中一个实施例中，所述约束参数包括所述储能模块的储能电量约束参数、所述储能模块的充放电功率约束参数、所述换电站的换电需求约束参数、所述换电站同时工作数量约束参数以及所述储能模块使用约束参数。
在其中一个实施例中，还包括监控模块，所述监控模块与所述控制器连接，所述监控模块用于通过所述控制器获取并显示所述光伏发电模块、所述交流电网以及所述充换储一体化电站的运行状态。
在其中一个实施例中，所述充换储一体化电站的运行状态包括所述储能模块的储能电量，所述监控模块在所述储能模块的储能电量大于电量阈值时发出警报。
在其中一个实施例中，所述充换储一体化电站的运行状态还包括所述动力电池的使用状态，所述监控模块还在所述储能模块的储能电量大于电量阈值时，为所述储能模块匹配符合条件的所述动力电池。
在其中一个实施例中，所述光伏发电模块包括：
光伏组件，用于吸收光能并将其转换为电能；以及
光伏变换单元，与所述光伏组件和所述直流母线连接，用于将所述光伏组件输出的电压转换为所述直流母线的电压。
在其中一个实施例中，所述储能模块包括：
储能电池；以及
储能变换器，与所述直流母线和所述储能电池连接，所述储能变换器用于所述直流母线电压与所述储能电池的储能电压之间的双向转换。
在其中一个实施例中，所述储能模块还包括电池管理系统，所述电池管理系统与所述储能电池连接，所述电池管理系统用于对所述储能电池的过度充电和过度放电进行保护。
上述用于充换储一体化电站的微网终端及接口，包括光伏发电模块以及充换储一体化电站，光伏发电模块与直流母线连接，光伏发电模块用于采集光能并将采集的光能转换为电能后输出给直流母线，从而通过直流母线为充换储一体化电站供电。充换储一体化电站包括储能模块、充电站、换电站以及与充电站连接的充电桩。储能模块、充电站以及换电站均与直流母线连接，储能模块接收光伏发电模块输出给直流母线的电能并进行储能，并在换电站和充电站需要用电时，储能模块向直流母线释放电能从而为换电站和充电站供电。充电桩与电动车辆连接后，充电站即可通过充电桩为电动车辆充电。换电站设置有充电架，换电站可以通过充电架为动力电池充电。
在用户需要为电动车辆充电时，可以通过充电桩为电动车辆的动力电池进行充电，也可以拆卸电动车辆上的动力电池并与充电架上电量充足的动力电池进行交换。此外，在车辆集中充电的高峰期，由于储能模块的储能容量有限，此时可以利用充电架上闲置的动力电池作为储能模块中的储能元件，或者，在储能模块中的储能元件损坏时，也可以利用充电架上闲置的动力电池替换损坏的储能元件，从而使得在车辆集中充电的高峰期或者储能元件损坏时并不影响用于电动车辆充电的微电网的正常使用。
附图说明
图1为一实施例中的用于充换储一体化电站的微网终端及接口的结构框图。
图2为一实施例中的用于充换储一体化电站的微网终端及接口的拓补图。
图3为一实施例中的用于充换储一体化电站的微网终端及接口的架构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
图1为一实施例中的用于充换储一体化电站的微网终端及接口的结构框图。如图1所示，用于充换储一体化电站的微网终端及接口100包括光伏发电模块110以及充换储一体化电站120。
光伏发电模块110与直流母线130连接，用于采集光能并将采集的光能转换为电能后输出直流母线130。例如，光能包括太阳能，光伏发电模块110可以包括太阳能电池板以采集太阳能并将其转换为电能。本实施例中，光伏发电模块110输出的电压与直流母线130的电压相同。
充换储一体化电站120包括储能模块121、充电站122、换电站123以及与充电站122连接的充电桩124。储能模块121、充电站122以及换电站123均与直流母线130连接。储能模块121充电时储存光伏发电模块110输出给直流母线130的电能，储能模块121放电时向直流母线130输出电能从而为充电站122和换电站123提供电能。
充电站122用于接收直流母线130上的电能以为充电桩124供电，充电桩124用于与电动车辆连接以对电动车辆充电。具体的，充电桩124从直流母线130获取电能，按照动力电池的电池管理系统(BMS，BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)的需求为电动车辆中的动力电池组提供充电服务。
换电站123上设置有充电架(图未示出)，换电站123用于接收直流母线130上的电能，并通过充电架对动力电池125充电。本实施例中的，动力电池125可以与电动车辆中的动力电池组匹配，并且与储能模块121中的储能元件匹配。上述充换储一体化电站120能够同时储存电量、并提供为电动车辆充电和换电池的接口。
上述用于充换储一体化电站的微网终端及接口100，包括光伏发电模块110以及充换储一体化电站120，光伏发电模块110与直流母线130连接，光伏发电模块110用于采集光能并将采集的光能转换为电能后输出给直流母线130，从而通过直流母线130为充换储一体化电站120供电。充换储一体化电站120包括储能模块121、充电站122和换电站123以及与充电站122连接的充电桩124。储能模块121接收光伏发电模块110输出给直流母线130的电能并进行储能，并在换电站123和充电站122需要用电时，储能模块121向直流母线130释放电能从而为换电站123和充电站122供电。充电桩124与电动车辆连接后，充电站122即可通过充电桩124为电动车辆充电。换电站123设置有充电架，换电站123可以通过充电架为动力电池125充电。
在用户需要为电动车辆充电时，可以通过充电桩124为电动车辆的动力电池进行充电，也可以拆卸电动车辆上的动力电池并与充电架上电量充足的动力电池125进行交换。此外，在车辆集中充电的高峰期，由于储能模块121的储能容量有限，此时可以利用充电架上闲置的动力电池125作为储能模块121中的储能元件，或者，在储能模块121中的储能元件损坏时，也可以利用充电架上闲置的动力电池125替换损坏的储能元件，从而使得在车辆集中充电的高峰期或者储能元件损坏时并不影响用于电动车辆充电的微电网100的正常使用。
在一实施例中，请参见图2，用于电动车辆充电的微电网100还包括交直流转换模块140以及控制模块(图中未示出)。
交直流转换模块140的交流侧与交流电网150连接，直流侧与直流母线130连接，交直流转换模块140用于交流电网150上的交流电和直流母线130上的直流电之间的双向转换。例如，交流电网指的可以是380V公共交流电网，直流母线上的电压可以为750V单极直流。
结合图3，控制模块包括控制器160和与控制器160连接的模式切换开关(图中未示出)。模式切换开关串联于交流电网150和直流母线130之间，模式切换开关用于控制交流电网150与直流母线130之间的通断。例如，模式切换开关可以包括断路器。
本实施例中，用于充换储一体化电站的微网终端及接口100的工作模式包括离网模式和并网模式。其中，在离网工作模式下，控制器160控制模式切换开关断开交流电网150与直流母线130之间的连接；在并网工作模式下，控制器160控制模式切换开关使交流电网150与直流母线130之间导通。即在交流电网150与直流母线130连接时为并网模式，在交流电网150与直流母线130断开时为离网模式。控制器160根据控制命令或者交流电网150的状态等控制用于充换储一体化电站的微网终端及接口100在离网模式和并网模式之间进行切换。
例如，在交流电网150的用电高峰，控制器160通过模式切换开关将用于充换储一体化电站的微网终端及接口100工作在离网模式，从而不占用交流电网150的用电资源，使得缓解交流电网150的用电压力，达到削峰填谷的作用。
例如，通过设置交流电网150的检测装置(图未示出)，该检测装置用于检测交流电网150是否异常。在交流电网150出现故障时检测装置向控制器160发送触发信号，从而使得控制器160控制将用于充换储一体化电站的微网终端及接口100工作在离网模式，由储能模块121提供稳定的电压和频率，从而交流电网150的异常并不会影响对电动车辆的充电。
在一实施例中，控制器160还与光伏发电模块110以及充换储一体化电站120连接。控制器160还用于根据约束参数控制储能模块121的放电功率、光伏发电模块110的发电功率以及在同一时间对电动车辆进行充电的充电桩124数量。
示例性的，约束参数包括储能模块121的储能电量约束参数、储能模块121的充放电功率约束参数、换电站123的换电需求约束参数、换电站123同时工作数量约束参数以及储能模块121使用约束参数。控制器160以减少配电网负荷波动、最大化运行收益为目标函数，并考虑各项约束参数，建立多目标调度模型，提出多目标的有序充电调度算法。控制器160通过该算法控制储能模块121的放电功率、光伏发电模块110的发电功率以及在同一时间对电动车辆进行充电的充电桩124数量等，引导电动车辆的充电行为从单向无序的随机充电模式向有序充电模式过渡，从而实现配电网平滑波动，最大化收益的目标。
例如，在交流电网150用电高峰期且待充电的电动车辆较多的情况下，用于充换储一体化电站的微网终端控制器160控制交流电网150输出的功率减小，控制储能模及接口100切换为并网模式，块121的放电功率增加，以及控制充电桩124对电动车辆的充电功率在合理范围内减小。如此，同时使用交流电网150和储能模块121进行供电，但减小交流电网150输出给直流母线130的输出功率，从而既解决了电动车辆集中充电的问题，同时也不会给用电高峰的交流电网150造成过大的负荷，从而引导电动车辆的充电行为从单向无序的随机充电模式向有序充电模式过渡，实现配电网平滑波动。
在一实施例中，用于充换储一体化电站的微网终端及接口100还包括监控模块170。监控模块170与控制器160连接，监控模块170用于通过控制器160获取并显示光伏发电模块110、交流电网150以及充换储一体化电站120的运行状态。
具体的，可以设置对应的检测装置以检测光伏发电模块110、交流电网150以及充换储一体化电站120的运行状态并反馈给控制模块160。并利用控制模块160自动控制。或者，也可以监控模块170包括操作按键，从而操作人员可以根据光伏发电模块110、交流电网150以及充换储一体化电站120的运行状态通过对应的操作按键对它们进行控制。例如，操作人员可以通过操作按键控制光伏发电模块110在用电低谷时关闭或者在夜间关闭；操作人员在储能模块121电量充满时关闭储能模块121；操作人员可以通过操作按键在离网模式和并网模式之间进行切换等。
进一步的，监控模块170获取的充换储一体化电站120的运行状态包括储能模块121的储能电量，监控模块170在储能模块121的储能电量大于电量阈值时发出警报。例如，监控模块170可以通过闪烁、语音以及短信等形式发出警报。监控模块170获取的充换储一体化电站120的运行状态还包括动力电池125的使用状态，监控模块170在储能模块121的储能电量大于电量阈值时，为储能模块121匹配符合条件的动力电池125。从而在集中充电的电动车辆较多时，为不对交流电网150造成过大负荷，可以利用闲置的动力电池125增加储能模块121的储能容量，从而可以对更多的电动车辆进行充电。
在一实施例中，光伏发电模块110包括光伏组件111和光伏变换单元112。光伏组件111用于吸收光能并将其转换为电能，例如将太阳能转换为电能。光伏变换单元112与光伏组件111和直流母线130连接，用于将光伏组件111输出的电压转换为直流母线130的电压。例如，光伏变换单元112将光伏组件111输出的电压转换为750V的稳定的直流电并输出给直流母线130。此外，光伏变换单元112还可以包括最大功率点跟踪(MPPT，Maximum PowerPoint Tracking)控制器。MPPT控制器能够实时侦测发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使光伏发电模块110以最大功率输出对储能模块121充电。并且，光伏变换单元112还具备主动功率调节，过流保护、过压保护等功能。
在一实施例中，储能模块121包括储能电池1211、储能变换器1212以及电池管理系统1213。储能变换器1212与直流母线130和储能电池1211连接，储能变换器1212用于直流母线130的电压与储能电池1211的储能电压之间的双向转换。在储能电池1211充电时，储能变换器1212将直流母线130的电压转换为储能电池1211的储能电压；在储能电池1211放电时，储能变换器1212将储能电池1211的储能电压转换为直流母线130的电压。
电池管理系统1213与储能电池1211连接，电池管理系统1213用于对储能电池1211的过度充电和过度放电进行保护。在其他实施例中，电池管理系统1213还可以与控制器160连接，电池管理系统1213为控制器160提供储能电池1211的充放电功率约束参数等，从而控制器160的有序充电调度提供参考。电池管理系统1213还可以监测储能电池1211的荷电状态及健康状态并向控制器160反馈，从而避免储能电池1211在异常状态下工作。本实施例中的储能模块121和动力电池125可以利用梯度储能模式工作，从而提高储能模块121中储能元件和动力电池125的利用度。
在一实施例中，还可以设置通讯管理机180，储能模块121、充电站122以及换电站123通过通讯管理机180和网口(图未示出)与控制器160基于MODBUS TCP/IP通讯协议进行通信。控制器160与光伏发电模块110和监控模块170之间通过RS232或RS485端口(图未示出)基于MODBUS TCP/IP通讯协议进行通信。
在一实施例中，用于充换储一体化电站的微网终端及接口100还可以包括微网终端接口(图未示出)，控制器160通过微网终端接口与各模块连接，从而进行数据交换。控制器160在进行数据处理时还可以将缺失的数据补充完整、将错误的数据纠正或删除、将分散的数据抽取与合并以及对数据的变换和偏移等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于充换储一体化电站的微网终端及接口，其特征在于，包括：
光伏发电模块，与直流母线连接，所述光伏发电模块用于采集光能并将采集的光能转换为电能后输出给所述直流母线；以及
充换储一体化电站，包括储能模块、充电站、换电站以及与所述充电站连接的充电桩，所述储能模块、所述充电站以及所述换电站均与所述直流母线连接；所述储能模块用于储存所述光伏发电模块输出给所述直流母线的电能或向所述直流母线输出电能；所述充电站用于接收所述直流母线上的电能以为所述充电桩供电，所述充电桩用于与电动车辆连接以对所述电动车辆充电；所述换电站设置有充电架，所述换电站用于接收所述直流母线上的电能并通过所述充电架对动力电池充电。
2.根据权利要求1所述的用于充换储一体化电站的微网终端及接口，其特征在于，还包括：
交直流转换模块，与所述交流电网和直流母线连接，所述交直流转换模块用于所述直流母线上的直流电和所述交流电网的交流电之间的双向转换；以及
控制模块，包括控制器和与所述控制器连接的模式切换开关；所述模式切换开关串联于所述交流电网与所述直流母线之间，用于控制所述交流电网与所述直流母线之间的通断；以及
所述用于充换储一体化电站的微网终端及接口的工作模式包括离网模式和并网模式；
其中，在所述离网工作模式下，所述控制器控制所述模式切换开关断开所述交流电网与所述直流母线之间的连接；在所述并网工作模式下，所述控制器控制所述模式切换开关使所述交流电网与所述直流母线之间导通。
3.根据权利要求2所述的用于充换储一体化电站的微网终端及接口，其特征在于，所述控制器还与所述光伏发电模块以及所述充换储一体化电站连接，所述控制器还用于根据约束参数控制所述储能模块的放电功率、所述光伏发电模块的发电功率以及在同一时间对所述电动车辆进行充电的充电桩数量。
4.根据权利要求3所述的用于充换储一体化电站的微网终端及接口，其特征在于，所述约束参数包括所述储能模块的储能电量约束参数、所述储能模块的充放电功率约束参数、所述换电站的换电需求约束参数、所述换电站同时工作数量约束参数以及所述储能模块使用约束参数。
5.根据权利要求3所述的用于充换储一体化电站的微网终端及接口，其特征在于，还包括监控模块，所述监控模块与所述控制器连接，所述监控模块用于通过所述控制器获取并显示所述光伏发电模块、所述交流电网以及所述充换储一体化电站的运行状态。
6.根据权利要求5所述的用于充换储一体化电站的微网终端及接口，其特征在于，所述充换储一体化电站的运行状态包括所述储能模块的储能电量，所述监控模块在所述储能模块的储能电量大于电量阈值时发出警报。
7.根据权利要求6所述的用于充换储一体化电站的微网终端及接口，其特征在于，所述充换储一体化电站的运行状态还包括所述动力电池的使用状态，所述监控模块还在所述储能模块的储能电量大于电量阈值时，为所述储能模块匹配符合条件的所述动力电池。
8.根据权利要求1所述的用于充换储一体化电站的微网终端及接口，其特征在于，所述光伏发电模块包括：
光伏组件，用于吸收光能并将其转换为电能；以及
光伏变换单元，与所述光伏组件和所述直流母线连接，用于将所述光伏组件输出的电压转换为所述直流母线的电压。
9.根据权利要求1所述的用于充换储一体化电站的微网终端及接口，其特征在于，所述储能模块包括：
储能电池；以及
储能变换器，与所述直流母线和所述储能电池连接，所述储能变换器用于所述直流母线电压与所述储能电池的储能电压之间的双向转换。
10.根据权利要求9所述的用于充换储一体化电站的微网终端及接口，其特征在于，所述储能模块还包括电池管理系统，所述电池管理系统与所述储能电池连接，所述电池管理系统用于对所述储能电池的过度充电和过度放电进行保护。
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