CN113644673A - 一种可动态分配容量的充储换电站及运行模式 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可动态分配容量的充储换电站，涉及充储换电站技术领域，包括储能系统和换电系统，所述储能系统包括N个电池簇、PCS总模块、变压器、并网设备，每个所述电池簇接入所述PCS总模块，所述PCS总模块与所述变压器连接，所述变压器通过所述并网设备接入电网。本发明还公开了可动态分配容量的充储换电站的运行模式。本发明的充储换电站可同时满足电动汽车换电需求和电网的功率调度，提高了充储换电站的可利用性、运行效率和经济性。

Description

一种可动态分配容量的充储换电站及运行模式

技术领域

本发明涉及充储换电站技术领域，尤其涉及一种可动态分配容量的充储换电站及运行模式。

背景技术

随着电动汽车技术的发展，我国电动汽车的保有量越来越大，大规模的电动汽车同时接入充电桩充电将给电网造成巨大的冲击，造成电网调度困难。同时，电动汽车充电时间过长、用户的里程焦虑、充电不方便等都限制了电动汽车的发展。采用换电模式的电动汽车可以实现快速地更换动力电池，并且可通过合理布置换电站解决电动汽车的充电时间长和用户里程焦虑等问题。更换下来的动力电池可以用于为电网提供调峰调频服务，起到电力削峰填谷的作用。此外，随着我国光伏和风电等新能源装机容量越来越大，新能源发电的不稳定性、不可预测性和不连续性都给电网安全带来巨大的挑战，也迫切需要发展配套的储能设施响应电网的调峰调频等需求。现阶段我国换电站仅为电动汽车提供换电服务，缺少成熟的充储换电站建设。

另外，在现有的充换电技术中，单一利用电网对电池进行充电，实现电网负荷的调节，运行模式单一，这些技术无法同时满足电动汽车换电和电网调峰调频的需求。

因此，本领域的技术人员致力于提供一种可动态分配容量的充储换电站及运行模式，同时实现电动汽车的充换电和电网的调峰调频。

发明内容

有鉴于现有技术上的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种可动态分配容量的充储换电站及运行模式，同时满足对电动汽车的充换电和电网的调峰调频。

为实现上述目的，本发明提供了一种可动态分配容量的充储换电站，包括储能系统和换电系统，所述储能系统包括N个电池簇、PCS总模块、变压器、并网设备，每个所述电池簇接入所述PCS总模块，所述PCS总模块与所述变压器连接，所述变压器通过所述并网设备接入电网。

进一步地，所述N至少为2。

进一步地，所述PCS总模块采用一个或多个储能PCS连接N个并联双向DC/DC变换器的拓扑结构。

进一步地，所述DC/DC变换器与所述电池簇一一对应连接。

进一步地，所述PCS总模块采用N个并联储能PCS的拓扑结构。

进一步地，所述储能PCS与所述电池簇一一对应连接。

进一步地，所述PCS总模块被配置为对N个所述电池簇全部充电、全部放电、部分充电同时部分放电、部分充电、部分放电。

进一步地，所述电池簇还用于所述换电系统。

优选地，所述电池簇为电动汽车电池。

本发明还公开了可动态分配容量的充储换电站的运行模式，所述运行模式包括：

运行模式1：当所述充储换电站的电池簇SOC未达到SOC上限值时，若收到电网降功率指令，则将PCS总模块置于充电状态，SOC未达到上限值的电池簇通过电网进行充电；当电池SOC达到SOC上限时，电池簇停止充电；

运行模式2：当所述充储换电站的电池簇SOC未达到SOC下限值时，若收到电网升功率指令，则将PCS总模块置于放电状态，SOC未达到下限值的电池簇通过电网进行放电；当电池SOC达到SOC下限时，电池簇停止放电；

运行模式3：当所述充储换电站的电池簇SOC未达到SOC下限值时，若换电系统提出满电电池需求，则将PCS总模块置于部分充电同时部分放电状态，使得响应换电需求的电池簇调整为充电状态，剩余电池簇置于放电状态并给响应换电需求的电池簇充电；当换电电池SOC达到SOC上限值时，充电结束；在此过程中，所有电池簇与电网断开；

运行模式4：当所述充储换电站的电池簇SOC已达到SOC下限值时，若换电系统提出满电电池需求，则将PCS总模块置于充电状态，使得响应换电需求的电池簇调整为充电状态，剩余电池簇保持断开，电网给响应换电需求的电池簇充电；当换电电池簇SOC达到SOC上限值时，充电结束；

运行模式5：当所述充储换电站的电池簇SOC未达到SOC下限值时，若收到电网升功率指令，同时换电系统提出满电电池需求，则将PCS总模块置于部分充电同时部分放电状态，使响应换电需求的电池簇调整为充电状态，剩余电池簇置于放电状态，SOC未达到下限值的剩余电池簇同时向换电电池簇和电网进行放电；当换电电池簇SOC达到SOC上限值时，换电电池簇停止充电；当放电电池簇SOC达到SOC下限值时，放电电池簇停止放电。

本发明至少具有如下有益技术效果：

本发明提供的可动态分配容量的充储换电站，通过将电池簇全部充电、全部放电、部分充电同时部分放电、部分充电、部分放电，实现了对电网用电负荷的削峰填谷；同时，根据电动汽车换电电池容量和电网的功率调度指令，动态分配换电电池容量，同时满足电动汽车换电需求和电网的功率调度指令，从而提高了充储换电站的可利用性、运行效率和经济性。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的较佳实施例提供的可动态分配容量的充储换电站的原理图；

图2是本发明的较佳实施例1的原理图；

图3是本发明的较佳实施例1的运行模式1示意图；

图4是本发明的较佳实施例1的运行模式2示意图；

图5是本发明的较佳实施例1的运行模式3示意图；

图6是本发明的较佳实施例1的运行模式4示意图；

图7是本发明的较佳实施例1的运行模式5示意图；

图8是本发明的较佳实施例2的原理图；

图9是本发明的较佳实施例2的运行模式1示意图；

图10是本发明的较佳实施例2的运行模式2示意图；

图11是本发明的较佳实施例2的运行模式3示意图；

图12是本发明的较佳实施例2的运行模式4示意图；

图13是本发明的较佳实施例2的运行模式5示意图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示，本发明的可动态分配容量的充储换电站，包括储能系统和换电系统。储能系统包括N个电池簇、PCS总模块、变压器、并网设备，每个电池簇均接入PCS总模块，PCS总模块与变压器连接，并通过并网设备接入电网。电池簇的数量N至少为2。电池簇还用于换电系统，实现对诸如电动汽车的换电。储能系统的电池簇可随时调整充放电状态，根据电动车换电需求和电网调峰调频等需求，充储换电站可动态分配分别响应这两类需求的电池簇容量大小。

为了响应电动车换电需求和电网调峰调频等需求，本发明的充储换电站通过构建适合的PCS总模块拓扑结构，实现充储换电站对响应两种不同需求的电池簇容量的动态分配，以提高充储换电站的运行效率和经济性。PCS总模块可实现对N个电池簇全部充电、全部放电、部分充电同时部分放电、部分充电、部分放电的控制。

实施例1

如图2所示，本实施例的可动态分配容量的充储换电站，包括N个电池簇、N个双向DC/DC变换器、一个储能PCS、变压器、并网设备。N个双向DC/DC变换器和一个储能PCS组成了PCS总模块的拓扑结构，双向DC/DC变换器数量与电池簇数量相同，且N个双向DC/DC变换器并联布置。每个电池簇一一对应地接入每个双向DC/DC变换器，每个双向DC/DC变换器与储能PCS连接，储能PCS通过变压器和并网设备接入电网，并网设备主要作用是充储换电站与电网之间的分界点，内部主要为开关器件，起到接入/断开电网的作用。通过控制每个电池簇的电池管理系统和双向DC/DC变换器，每个电池簇可以单独进行放电和充电控制，从而可以实现根据电动汽车换电容量需求和电网调度功率指令，动态分配充储换电站的电池簇容量使其满足电动汽车换电需求以及最大能力响应电网调峰调频等需求。

本实施例的可动态分配容量的充储换电站的运行模式如下：

如图3所示，当充储换电站的电池簇SOC未达到SOC上限值时，若收到电网降功率指令，则将储能PCS置于充电状态，SOC未达到上限值的电池簇通过储能PCS、变压器和并网设备连接电网进行充电。当电池SOC达到SOC上限时，电池簇停止充电，将储能PCS置于待机状态，电池簇与电网断开。该运行模式下，充储换电站为电网提供降功率服务，例如在电网用电负荷处于波谷时间时，充储换电站利用电网对电池簇进行充电，实现“填谷”。

如图4所示，当充储换电站的电池簇SOC未达到SOC下限值时，若收到电网升功率指令，则将储能PCS置于放电状态，SOC未达到下限值的电池簇通过储能PCS、变压器和并网设备与电网连接进行放电。当电池SOC达到SOC下限时，电池簇停止放电，将储能PCS置于待机状态，电池簇与电网断开。在该运行模式下，充储换电站为电网提供升功率服务，例如在电网用电负荷处于波峰时间时，该充储换电站对电网进行放电，实现“削峰”。

如图5所示，当充储换电站的电池簇SOC未达到SOC下限值时，若换电系统提出满电电池需求，则响应换电需求的电池簇所对应的DC/DC变换器调整为充电状态，其他电池簇对应的DC/DC变换器置于放电状态并给响应换电需求的电池簇充电，当换电电池簇SOC达到SOC上限值时，充电结束。在此过程中，储能PCS处于待机状态，所有电池簇均与电网断开。在该运行模式下，充储换电站根据电动汽车换电电池需求，动态分配换电电池容量，并利用充储换电站剩余电池簇对这些换电电池进行充电操作，使得换电电池满电满足电动汽车用户需求。该模式可以避免在用电高峰时间换电电池从电网充电导致电网高峰用电负荷进一步增大。

如图6所示，当充储换电站的电池簇SOC已达到SOC下限值时，若换电系统提出满电电池需求，则响应换电需求的电池簇所对应的DC/DC变换器调整为充电状态，其他电池簇保持断开，储能PCS置于充电状态，电网给响应换电需求的电池簇充电，当换电电池SOC达到SOC上限值时，充电结束；将储能PCS置于待机状态，换电电池与电网断开。在该运行模式下，充储换电站根据电动汽车换电电池需求，动态分配换电电池容量，并利用电网对这些换电电池进行充电操作，使换电电池满足电动汽车用户需求。

如图7所示，当充储换电站的电池簇SOC未达到SOC下限值时，若收到电网升功率指令，同时换电系统提出满电电池需求，则响应换电需求的电池簇所对应DC/DC变换器调整为充电状态，剩余电池簇置于放电状态，同时储能PCS置于放电状态，SOC未达到下限值的剩余电池簇同时向换电电池和电网进行放电。当换电电池簇SOC达到SOC上限值时，换电电池簇充电结束。当放电电池簇SOC达到SOC下限时，放电电池簇停止放电。该种运行模式下，充储换电站根据电动汽车换电电池容量需求和电网功率调度指令，动态分配用于换电的电池簇容量，充储换电站除响应换电需求的电池簇之外的剩余电池簇可以同时向换电电池簇和电网放电，同时满足电动汽车换电需求和电网升功率需求。

在其他实施例中，储能PCS也可以是多个。

实施例2

如图8所示，本实施例的可动态分配容量的充储换电站，包括N个电池簇、N个储能PCS、变压器、并网设备。其中N个储能PCS组成了本实施例的PCS总模块的拓扑结构，储能PCS数量与电池簇数量相同，且N个储能PCS并联布置。每个电池簇一一对应地接入每个储能PCS，每个储能PCS通过变压器、并网设备接入电网，并网设备主要作用是充储换电站与电网之间的分界点，内部主要为开关器件，起到接入/断开电网的作用。通过控制每个电池簇的电池管理系统和对应的储能PCS，每个电池簇可以单独进行放电和充电控制，从而可以实现根据电动汽车换电容量需求和电网调度功率指令，动态分配充储换电站的电池簇容量使其满足电动汽车换电需求以及最大能力响应电网调峰调频等需求。

本实施例的可动态分配容量的充储换电站的运行模式如下：

如图9所示，当充储换电站的电池簇SOC未达到SOC上限值时，若收到电网降功率指令，则将对应的储能PCS置于充电状态，SOC未达到上限值的电池簇通过对应的储能PCS、变压器和并网设备连接电网进行充电。当电池簇SOC达到SOC上限时，电池簇停止充电，将对应的储能PCS置于待机状态，电池簇与电网断开。该运行模式下，充储换电站为电网提供降功率服务，例如在电网用电负荷处于波谷时间时，充储换电站利用电网对电池簇进行充电，实现“填谷”。

如图10所示，当充储换电站的电池簇SOC未达到SOC下限值时，若收到电网升功率指令，则将对应的储能PCS置于放电状态，SOC未达到下限值的电池簇通过对应的储能PCS、变压器和并网设备与电网连接进行放电。当电池簇SOC达到SOC下限时，电池簇停止放电，将对应的储能PCS置于待机状态，电池簇与电网断开。在该运行模式下，充储换电站为电网提供升功率服务，例如在用电负荷处于波峰时间时，该充储换电站对电网进行放电，实现“削峰”。

如图11所示，当充储换电站的电池簇SOC未达到SOC下限值时，若换电系统提出满电电池需求，则响应换电需求的电池簇所对应的储能PCS调整为充电状态，其他电池簇对应的储能PCS置于放电状态并给响应换电需求的电池簇充电，当换电电池簇SOC达到SOC上限值时，充电结束。在此过程中，所有电池簇均与电网断开。在该运行模式下，充储换电站根据电动汽车换电电池需求，动态分配换电电池容量，并利用充储换电站剩余电池簇对这些换电电池进行充电操作，使换电电池满电满足电动汽车用户需求。该模式可以避免在用电高峰时间换电电池从电网充电导致电网高峰用电负荷进一步增大。

如图12所示，当充储换电站的电池簇SOC已达到SOC下限值时，若换电系统提出满电电池需求，则响应换电需求的电池簇所对应的储能PCS调整为充电状态，其他电池簇保持断开，电网给响应换电需求的电池簇充电，当换电电池簇SOC达到SOC上限值时，充电结束，将对应的储能PCS置于待机状态，换电电池与电网断开。在该运行模式下，充储换电站根据电动汽车换电电池需求，动态分配换电电池容量，并利用电网对这些换电电池进行充电操作，使换电电池满足电动汽车用户需求。

如图13所示，当充储换电站的电池簇SOC未达到SOC下限值时，若收到电网升功率指令，同时换电系统提出满电电池需求，则响应换电需求的电池簇所对应的储能PCS调整为充电状态，剩余电池簇置于放电状态且对应的储能PCS置于放电状态，SOC未达到下限值的剩余电池簇同时向换电电池和电网进行放电。当换电电池簇SOC达到SOC上限值时，换电电池充电结束。当放电电池簇SOC达到SOC下限时，放电电池簇停止放电。该种运行模式下，充储换电站根据电动汽车换电电池容量需求和电网功率调度指令，动态分配用于换电的电池簇容量，充储换电站除响应换电需求的电池簇之外的剩余电池簇可以同时向换电电池簇和电网放电，同时满足电动汽车换电需求和电网升功率需求。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可动态分配容量的充储换电站，其特征在于，包括储能系统和换电系统，所述储能系统包括N个电池簇、PCS总模块、变压器、并网设备，每个所述电池簇接入所述PCS总模块，所述PCS总模块与所述变压器连接，所述变压器通过所述并网设备接入电网。

2.如权利要求1所述的可动态分配容量的充储换电站，其特征在于，所述N至少为2。

3.如权利要求1所述的可动态分配容量的充储换电站，其特征在于，所述PCS总模块采用一个或多个储能PCS连接N个并联双向DC/DC变换器的拓扑结构。

4.如权利要求3所述的可动态分配容量的充储换电站，其特征在于，所述DC/DC变换器与所述电池簇一一对应连接。

5.如权利要求1所述的可动态分配容量的充储换电站，其特征在于，所述PCS总模块采用N个并联储能PCS的拓扑结构。

6.如权利要求5所述的可动态分配容量的充储换电站，其特征在于，所述储能PCS与所述电池簇一一对应连接。

7.如权利要求3或5所述的可动态分配容量的充储换电站，其特征在于，所述PCS总模块被配置为对N个所述电池簇全部充电、全部放电、部分充电同时部分放电、部分充电、部分放电。

8.如权利要求1所述的可动态分配容量的充储换电站，其特征在于，所述电池簇还用于所述换电系统。

9.如权利要求8所述的可动态分配容量的充储换电站，其特征在于，所述电池簇为电动汽车电池。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的可动态分配容量的充储换电站的运行模式，其特征在于，所述运行模式包括：

运行模式1：当所述充储换电站的电池簇SOC未达到SOC上限值时，若收到电网降功率指令，则将PCS总模块置于充电状态，SOC未达到上限值的电池簇通过电网进行充电；当电池SOC达到SOC上限时，电池簇停止充电；

运行模式2：当所述充储换电站的电池簇SOC未达到SOC下限值时，若收到电网升功率指令，则将PCS总模块置于放电状态，SOC未达到下限值的电池簇通过电网进行放电；当电池SOC达到SOC下限时，电池簇停止放电；

运行模式3：当所述充储换电站的电池簇SOC未达到SOC下限值时，若换电系统提出满电电池需求，则将PCS总模块置于部分充电同时部分放电状态，使得响应换电需求的电池簇调整为充电状态，剩余电池簇置于放电状态并给响应换电需求的电池簇充电；当换电电池SOC达到SOC上限值时，充电结束；在此过程中，所有电池簇与电网断开；

运行模式4：当所述充储换电站的电池簇SOC已达到SOC下限值时，若换电系统提出满电电池需求，则将PCS总模块置于充电状态，使得响应换电需求的电池簇调整为充电状态，剩余电池簇保持断开，电网给响应换电需求的电池簇充电；当换电电池簇SOC达到SOC上限值时，充电结束；

运行模式5：当所述充储换电站的电池簇SOC未达到SOC下限值时，若收到电网升功率指令，同时换电系统提出满电电池需求，则将PCS总模块置于部分充电同时部分放电状态，使响应换电需求的电池簇调整为充电状态，剩余电池簇置于放电状态，SOC未达到下限值的剩余电池簇同时向换电电池簇和电网进行放电；当换电电池簇SOC达到SOC上限值时，换电电池簇停止充电；当放电电池簇SOC达到SOC下限值时，放电电池簇停止放电。

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