CN111391701A - 用于有序充电的光储充微网终端 - Google Patents

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CN111391701A CN202010147418.0A CN202010147418A CN111391701A CN 111391701 A CN111391701 A CN 111391701A CN 202010147418 A CN202010147418 A CN 202010147418A CN 111391701 A CN111391701 A CN 111391701A
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Abstract

本发明涉及一种用于有序充电的光储充微网终端，其包括：交直流转换模块，交直流转换模块用于直流母线上的直流电和交流电网的交流电之间的双向转换；光伏发电模块，光伏发电模块用于采集光能并将其转换为电能后输出直流母线；储能模块，与直流母线连接，储能模块用于储存直流母线输出的电能；充电桩，与直流母线连接，充电桩用于与电动车辆连接以利用直流母线输出的电能对电动车辆充电；以及控制模块，与交流电网、光伏发电模块、储能模块以及充电桩连接，控制模块用于根据约束参数控制交流电的功率、光伏发电模块输出功率、储能模块的储能功率、储能模块的放电功率以及充电桩对电动车辆的充电功率。上述能够使得交流电网更加稳定且安全。

Description

用于有序充电的光储充微网终端
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有序充电的光储充微网终端。
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。传统的充电桩接入公共交流电网从而为电动车辆进行充电。但是，考虑到车辆的集中使用，在随机无序充电情况下，可能导致交流电网负荷高峰与之相叠加，影响电网的稳定和安全。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种用于有序充电的光储充微网终端。
一种用于有序充电的光储充微网终端，包括：
交直流转换模块，与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；
光伏发电模块，与所述直流母线连接，所述光伏发电模块用于采集光能并将其转换为电能后输出所述直流母线；
储能模块，与所述直流母线连接，所述储能模块用于储存所述直流母线输出的电能；
充电桩，与所述直流母线连接，所述充电桩用于与电动车辆连接以利用所述直流母线输出的电能对所述电动车辆充电；以及
控制模块，与所述交流电网、光伏发电模块、所述储能模块以及所述充电桩连接，所述控制模块用于根据约束参数控制所述交流电的功率、所述光伏发电模块输出功率、所述储能模块的储能功率、所述储能模块的放电功率以及所述充电桩对所述电动车辆的充电功率。
上述用于有序充电的光储充微网终端通过控制模块对交流电网输出给交直流转换模块的交流电的功率、光伏发电模块输出功率、储能模块的储能功率、储能模块的放电功率以及充电桩对电动车辆的充电功率的协调，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，避免车辆集中充电与交流电网负荷高峰叠加，从而使得交流电网更加稳定且安全，同时还能够保证电动车辆充电环境的稳定。
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、所述充电桩的最小充电功率约束以及所述充电最大时长约束。
在其中一个实施例中，所述充电桩在接入所述电动车辆时进行软启动和预充电以获取所述电动车辆的充电参数；所述用于有序充电的光储充微网终端还包括连接于所述直流母线与所述充电桩之间的充电站，所述充电桩的数量为多个，所述控制模块还用于根据所述充电参数控制所述充电站对各充电桩进行功率分配。
在其中一个实施例中，所述用于有序充电的光储充微网终端还包括串联于所述交流电网和所述直流母线之间的交流电控制开关，所述交流电控制开关还与所述控制模块连接，在所述交流电网出现故障时，所述控制模块还用于控制所述交流电控制开关断开所述交流电网与所述直流母线之间的连接。
在其中一个实施例中，所述交流电控制开关包括断路器。
在其中一个实施例中，所述光伏发电模块包括：
光伏组件，所述光伏组件用于吸收光能并将其转换为电能；
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DC/DC换流器，与所述直流母线和所述储能电池连接，所述储能DC/DC换流器用于所述直流母线电压与所述储能模块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。
在其中一个实施例中，储能电池采用钛酸锂圆柱单体电池。
在其中一个实施例中，所述光伏微电网还包括监控模块，所述监控模块与所述控制模块通信连接，所述监控模块用于通过所述控制模块获取并显示所述光伏发电模块、所述储能模块以及所述充电桩的运行状态。
附图说明
图1为一实施例中的用于有序充电的光储充微网终端的拓补图。
图2为一实施例中的用于有序充电的光储充微网终端的架构图。
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有序充电的光储充微网终端的拓补图。图2为一实施例中的用于有序充电的光储充微网终端的架构图。结合图1和图2，用于有序充电的光储充微网终端100包括交直流转换模块110、光伏发电模块120、储能模块130、充电桩140、以及控制模块150。
交直流转换模块110的交流侧与交流电网160连接，直流侧与直流母线170连接，交直流转换模块110用于交流电网160上的交流电和直流母线170上的直流电之间的双向转换。例如，交流电网160指的可以是380V公共交流电网，直流母线170上的电压可以为750V单极直流。
光伏发电模块120与直流母线170连接，用于采集光能并将其转换为电能后输出直流母线170。例如，光能包括太阳能，光伏发电模块120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120输出的电压与直流母线170的电压相同。
储能模块130与直流母线170连接，用于储存直流母线170输出的电能。本实施例中，可以将直流母线170的电压转换为储能模块130的储能电压后再对储能模块130进行充电。对储能模块130充电的电能可以来自于交流电网160经过交直流转换模块110转换的电能，也可以来自光伏发电模块120利用光能转换的电能。
充电桩140与直流母线170连接，充电桩140用于与电动车辆连接以利用直流母线170输出的电能对电动车辆充电。具体为，充电桩140从直流母线170获取电能，按照动力电池的电池管理系统(BMS，BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)的需求为电动车辆动力电池组提供充电服务。在对车辆进行充电时，由于不同的电动车辆具有不同的充电参数，因此，充电桩140可以根据各电动车辆的充电参数将直流母线170输出的电压转换为合适电压、功率等后再为电动车辆充电。充电桩140对电动车辆充电的电能可以来自于交流电网160经过交直流转换模块110转换的电能，也可以来自光伏发电模块120利用光能转换的电能，还可以来自于储能模块130放电时输出的电能。
控制模块150与交流电网160、光伏发电模块120、储能模块130以及充电桩140连接，控制模块150用于根据约束参数控制交流电网160输出给交直流转换模块110的交流电的功率、光伏发电模块120输出功率、储能模块130的储能功率、储能模块130的放电功率以及充电桩140对电动车辆的充电功率。
示例性的，约束参数包括储能模块130的储能电量约束参数、储能模块130的充放电功率约束参数、充电桩140的最小充电功率约束以及充电最大时长约束。控制模块150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，建立有序充电调度模型，提出多目标的有序充电调度算法。控制模块150通过该算法控制交流电网160输出给交直流转换模块110的交流电的功率、光伏发电模块120输出功率、储能模块130的储能功率、储能模块130的放电功率以及充电桩140对电动车辆的充电功率，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。本实施例中，交流电网160输出的功率即向公共交流配电网购售的电功率。
例如，在用电高峰期，控制模块150控制交流电网160输出的功率减小，控制光伏发电模块120输出功率和/或储能模块130的放电功率增加，以及控制充电桩140对电动车辆的充电功率在合理范围内减小。甚至可以将交流电网160输出的功率降至为0。如此，使得避免充电桩140对电动车辆的充电造成交流电网160负荷过大，影响交流电网160的稳定和安全。
上述用于有序充电的光储充微网终端100通过控制模块150对交流电网160输出给交直流转换模块110的交流电的功率、光伏发电模块120输出功率、储能模块130的储能功率、储能模块130的放电功率以及充电桩140对电动车辆的充电功率的协调，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，使得避免车辆集中充电与交流电网160负荷高峰叠加，从而交流电网160更加稳定且安全，同时还能够保证电动车辆充电环境的稳定。
在一实施例中，充电桩140在接入电动车辆时进行软启动和预充电以获取电动车辆的充电参数。用于有序充电的光储充微网终端100还包括连接于直流母线170与充电桩140之间的充电站180，充电桩140的数量为多个，控制模块150还用根据充电参数控制充电站180对各充电桩140进行功率分配。即，各充电桩140通过充电站180与直流母线170连接，控制模块150通过充电站180控制输出给各充电桩140的功率。例如，对连接充电功率要求较高的大型车的充电桩140分配较高功率，对连接充电功率要求较小的小型车的充电桩140分配较小功率。本实施例中，通过控制模块150控制充电站180对各充电桩140的功率分配，使得在对多个电动车辆进行充电时，实现各电动车辆的有序充电，从而用于有序充电的光储充微网终端100更加稳定，同时还能提高电动车辆的充电效率。
在一实施例中，用于有序充电的光储充微网终端100还包括串联于交流电网160和直流母线170之间的交流电控制开关(图未示出)，交流电控制开关还与控制模块150连接。在交流电网160出现故障时，控制模块150还用于控制交流电控制开关断开交流电网160与直流母线170之间的连接。
具体的，在交流电网160和交直流转换模块110之间和/或交直流转换模块110与直流母线170之间设置交流控制开关。本实施例中，通过设置交流电网160的检测装置，该检测装置用于检测交流电网160是否异常，在交流电网160出现故障时检测装置向控制模块150发送触发信号，从而使得控制模块150控制交流电控制开关断开交流电网160与直流母线170之间的连接。例如，交流电控制开关可以包括断路器。
本实施例中，在交流电网160与直流母线170连接时为并网模式，在交流电网160与直流母线170断开时为离网模式。控制器150根据交流电网160的状态和其他因素控制用于有序充电的光储充微网终端100在离网模式和并网模式之间进行切换。其中，离网模式下由储能模块130和/或光伏发电模块120提供电能，并且储能模块130能够提供更加稳定的电压和频率，从而交流电网160的故障并不会影响电动车辆的充电。
在一实施例中，光伏发电模块120包括光伏组件121和光伏变换单元122。光伏组件121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122与光伏组件121和直流母线170连接，用于将光伏组件121输出的电压转换为直流母线170的电压。例如，光伏变换单元122将光伏组件121输出的电压转换为750V的稳定的直流电并输出给直流母线170。此外，光伏变换单元122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120以最大功率输出对储能模块130充电。并且，光伏变换单元122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130包括储能电池131、储能DC/DC换流器132以及电池管理系统133。例如，储能电池131采用钛酸锂圆柱单体电池，额定电压为2.3V，电压范围为1.8V-2.65V，该电池具有安全性高、放电倍率大、实用寿命长的特点。储能DC/DC换流器132与直流母线170和储能电池131连接，储能DC/DC换流器132用于直流母线170的电压与储能模块130的储能电压之间的双向转换。在储能电池131充电时，储能DC/DC换流器132将直流母线170的电压转换为储能模块130的储能电压；在储能电池131放电时，储能DC/DC换流器132将储能模块130的储能电压转换为直流母线170的电压。
电池管理系统133与储能电池131连接，电池管理系统133用于对储能电池131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133还可以与控制模块150连接，电池管理系统133为控制模块150提供储能电池131的充放电功率约束参数等，从而控制模块150的有序充电调度提供参考。电池管理系统133还可以监测储能电池131的荷电状态及健康状态并向控制模块150反馈，从而避免储能电池131在异常状态下工作。
在一实施例中，光伏微电网100还包括监控模块190。监控模块190与控制模块150通信连接，监控模块190用于通过控制模块150获取并显示光伏发电模块120、储能模块130以及充电桩140的运行状态。例如，监控模块190包括串口屏用于显示光伏发电模块120、储能模块130以及充电桩140的运行状态。串口屏开发周期快，稳定性相对较高，抗干扰能力佳，成本较低。
具体的，可以设置对应的检测装置以检测光伏发电模块120、储能模块130以及充电桩140的运行状态并反馈给控制模块150。并利用控制模块150自动控制。或者，也可以监控模块190包括操作按键，例如串口屏为触控屏，并设置对应的控制开关，从而操作人员可以根据光伏发电模块120、储能模块130以及充电桩140的运行状态通过对应的控制开关对它们进行控制，控制开关可以为断路器。例如，操作人员可以通过触控屏控制光伏发电模块120在用电低谷时关闭或者在夜间关闭；操作人员在储能模块130电量充满时关闭储能模块130；操作人员可以通过触控屏在离网模式和并网模式之间进行切换等。
在一实施例中，还可以设置通讯管理机151，储能模块130和充电站180通过通讯管理机151和网口(图未示出)与控制模块150基于MODBUS TCP/IP通讯协议进行通信。控制模块150与光伏发电模块120和监控模块190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，控制模块150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)

1.一种用于有序充电的光储充微网终端，其特征在于，包括：
交直流转换模块，与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；
光伏发电模块，与所述直流母线连接，所述光伏发电模块用于采集光能并将其转换为电能后输出所述直流母线；
储能模块，与所述直流母线连接，所述储能模块用于储存所述直流母线输出的电能；
充电桩，与所述直流母线连接，所述充电桩用于与电动车辆连接以利用所述直流母线输出的电能对所述电动车辆充电；以及
控制模块，与所述交流电网、光伏发电模块、所述储能模块以及所述充电桩连接，所述控制模块用于根据约束参数控制所述交流电的功率、所述光伏发电模块输出功率、所述储能模块的储能功率、所述储能模块的放电功率以及所述充电桩对所述电动车辆的充电功率。
2.根据权利要求1所述的用于有序充电的光储充微网终端，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、所述充电桩的最小充电功率约束以及充电最大时长约束。
3.根据权利要求1所述的用于有序充电的光储充微网终端，其特征在于，所述充电桩在接入所述电动车辆时进行软启动和预充电以获取所述电动车辆的充电参数；所述用于有序充电的光储充微网终端还包括连接于所述直流母线与所述充电桩之间的充电站，所述充电桩的数量为多个，所述控制模块还用于根据所述充电参数控制所述充电站对各充电桩进行功率分配。
4.根据权利要求1所述的用于有序充电的光储充微网终端，其特征在于，所述用于有序充电的光储充微网终端还包括串联于所述交流电网和所述直流母线之间的交流电控制开关，所述交流电控制开关还与所述控制模块连接，在所述交流电网出现故障时，所述控制模块还用于控制所述交流电控制开关断开所述交流电网与所述直流母线之间的连接。
5.根据权利要求4所述的用于有序充电的光储充微网终端，其特征在于，所述交流电控制开关包括断路器。
6.根据权利要求1所述的用于有序充电的光储充微网终端，其特征在于，所述光伏发电模块包括：
光伏组件，所述光伏组件用于吸收光能并将其转换为电能；
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。
7.根据权利要求1所述的用于有序充电的光储充微网终端，其特征在于，所述储能模块包括：
储能电池；以及
储能DC/DC换流器，与所述直流母线和所述储能电池连接，所述储能DC/DC换流器用于所述直流母线电压与所述储能模块的储能电压之间的双向转换。
8.根据权利要求7所述的用于有序充电的光储充微网终端，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。
9.根据权利要求7所述的用于有序充电的光储充微网终端，其特征在于，储能电池采用钛酸锂圆柱单体电池。
10.根据权利要求1所述的用于有序充电的光储充微网终端，其特征在于，所述光伏微电网还包括监控模块，所述监控模块与所述控制模块通信连接，所述监控模块用于通过所述控制模块获取并显示所述光伏发电模块、所述储能模块以及所述充电桩的运行状态。
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