CN115352305B - 一种分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统，该系统包括：可移动储能模块，用于存储多个单体存储电池的电能，能量缓冲控制模块，用于改变所述可移动储能模块中多个单体存储电池的连接方式以适应性调整充电功率，电流变换模块，用于实现对于充电电流的交直流转化，充电模块，用于获取充电电流对待充电车辆进行充电。通过设置可移动储能模块来在充电桩电网侧供能的基础上实现外部电能供应以提高充电功率，克服了现有技术中高功率充电特别是大规模的高功率充电，极易带来冲击性负荷风险的问题，提高了安全性和充电效率，同时，也无需对充电桩进行改造，降低了使用成本。

Description

一种分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统
技术领域
本发明涉及能源调度技术领域，尤其涉及一种分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统。
背景技术
近些年来，电动汽车用户群体规模迅速扩大，作为与之相配套的充电基础设施，充电桩的快速补电能力以及如何围绕其建立有效的运营机制逐步成为业内关注的重点。从电网安全角度来说，高功率充电特别是大规模的高功率充电，极易带来冲击性负荷风险；从电网经济性角度来说，配电网扩容改造成本高且容量利用率偏低。
发明内容
针对上述所显示出来的问题，本发明提供了一种分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统用以解决背景技术中提到的高功率充电特别是大规模的高功率充电，极易带来冲击性负荷风险、配电网扩容改造成本高且容量利用率偏低的问题。
一种分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统，该系统包括：
可移动储能模块，用于存储多个单体存储电池的电能；
能量缓冲控制模块，用于改变所述可移动储能模块中多个单体存储电池的连接方式以适应性调整充电功率；
电流变换模块，用于实现对于充电电流的交直流转化；
充电模块，用于获取充电电流对待充电车辆进行充电。
优选的，所述可移动储能模块，包括：
获取子模块，用于获取每个单体存储电池的存储电能信息和工作参数信息；
规划子模块，用于根据每个单体存储电池的存储电能信息和工作参数信息生成多个单体存储电池的分布规划；
连接子模块，用于根据所述多个单体存储电池的分布规划将多个单体存储电池进行并联连接；
第一检测子模块，用于检测每个单体存储电池的放电状态以确定其状态是否异常。
优选的，所述能量缓冲控制模块，包括：
采集子模块，用于采集每个单体存储电池的状态参数和工作参数，所述状态参数包括：荷电状态和电池容量，所述工作参数包括：温度参数和输出电压；
评估子模块，用于根据每个单体存储电池的状态参数和工作参数评估该单体存储电池是否为故障电池，获取评估结果；
生成子模块，用于根据所述评估结果中故障电池的分布情况生成全新电池动态拓扑结构；
调整子模块，用于根据所述全新电池动态拓扑结构调整多个单体存储电池的连接方式以适应性调整充电功率。
优选的，所述系统，还包括：
接收模块，用于接收用户的充电需求，根据所述充电需求确定充电时间段和充电量；
获取模块，用于将所述充电时间段和充电量上传到充电桩的互联网运营平台并获取其计算出的期望充电功率；
选择模块，用于根据所述期望充电功率选择适配的目标充电模式；
调度模块，用于根据所述目标充电模式对所述可移动储能模块进行电能调度。
优选的，所述系统，还包括：
对比模块，用于将所述期望充电功率与预设充电功率进行对比，获取对比结果；
确认模块，用于根据所述对比结果确认可移动储能模块是否满足充电需求；
控制模块，用于当确认可移动储能模块不满足充电需求时，控制电网侧的电能接入到所述电流变换模块中；
负载检测模块，用于检测充电桩的实时负载并适应性地发出报警提醒。
优选的，所述电流变换模块，包括：
确认子模块，用于确认待充电车辆的充电方式，所述充电方式包括：普通充电和快速充电；
第一转换子模块，用于当所述待充电车辆的充电方式为普通充电时，将可移动储能模块和电网侧中的高压交流电能转化为低压交流电能；
第二转换子模块，用于当所述待充电车辆的充电方式为快速充电时，将可移动储能模块和电网侧中的高压交流电能转化为低压直流电能。
优选的，所述充电模块，包括：
设置子模块，用于根据待充电车辆的充电参数为其设置充电桩的充电工作参数；
调节子模块，用于根据所述充电桩的充电工作参数调节充电枪的当前充电指标；
第二检测子模块，用于检测充电桩的充电电路以确认其充电模式的正常运行情况；
反馈子模块，用于获取转换后的直流或交流电能对应的充电电流并将其反馈至充电桩以对待充电车辆进行充电。
优选的，所述调度模块根据所述目标充电模式对所述可移动储能模块进行电能调度的步骤具体为：
根据所述充电量预测出充电桩的充电负荷；
根据所述充电负荷计算出可移动储能模块的期望供电量；
检测所述可移动储能模块中每个单体存储电池的剩余电量以获得可移动储能模块的储能电量；
确认所述储能电量是否小于等于预设放电下限值，若是，确认可移动储能模块不满足调度条件，利用预设交流慢充方式对可移动储能模块进行充电，否则，确认可移动储能模块满足调度条件；
根据所述目标充电模式确定最小充电功率；
根据所述最小充电功率对可移动储能模块中的多个单体存储电池进行适应性电能调度。
优选的，所述目标充电模式包括：普通充电模式和快速充电模式；
对快速充电模式的可移动储能模块进行电能调度的步骤包括：
采集用户的历史充电行为数据；
对所述历史充电行为数据进行拟合，根据拟合结果对用户的充电负荷进行预测；
根据预测结果获得快速补电模式下用户车辆的充电负荷日分布数据；
根据所述充电负荷日分布数据构建下用户车辆的充电日负荷模型；
根据所述充电日负荷模型与可移动储能模块中每个单体存储电池的剩余电量对快速充电模式的可移动储能模块进行电能调度。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明所提供的一种分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统的结构示意图；
图2为本发明所提供的一种分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统的另一结构示意图；
图3为本发明所提供的一种分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统的又一结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
近些年来，电动汽车用户群体规模迅速扩大，作为与之相配套的充电基础设施，充电桩的快速补电能力以及如何围绕其建立有效的运营机制逐步成为业内关注的重点。从电网安全角度来说，高功率充电特别是大规模的高功率充电，极易带来冲击性负荷风险；从电网经济性角度来说，配电网扩容改造成本高且容量利用率偏低。为了解决上述问题，本实施例公开了一种分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统。
一种分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统，如图1所示，该系统包括：
可移动储能模块101，用于存储多个单体存储电池的电能；
能量缓冲控制模块102，用于改变所述可移动储能模块中多个单体存储电池的连接方式以适应性调整充电功率；
电流变换模块103，用于实现对于充电电流的交直流转化；
充电模块104，用于获取充电电流对待充电车辆进行充电。
上述技术方案的工作原理为：通过多个单体存储电池形成可移动储能模块用来存储电能并连接充电桩，然后利用能量缓冲控制模块来根据待充电车辆的期望充电效率和充电功率来改变可移动储能模块中多个单体存储电池的连接方式以适应性调整充电功率以实现功率提升进而缩短充电时长，然后通过电流变换模块将电网侧和可移动储能模块中的电能进行电流转换传输到充电模块上，最后通过充电模块将充电电流反馈到充电桩上并控制其对每个待充电车辆进行充电工作。
上述技术方案的有益效果为：通过设置可移动储能模块来在充电桩电网侧供能的基础上实现外部电能供应以提高充电功率，克服了现有技术中高功率充电特别是大规模的高功率充电，极易带来冲击性负荷风险的问题，提高了安全性和充电效率，同时，也无需对充电桩进行改造，降低了使用成本，克服了现有技术中配电网扩容改造成本高且容量利用率偏低的问题，充电效率高并且稳定。
在一个实施例中，所述可移动储能模块，包括：
获取子模块，用于获取每个单体存储电池的存储电能信息和工作参数信息；
规划子模块，用于根据每个单体存储电池的存储电能信息和工作参数信息生成多个单体存储电池的分布规划；
连接子模块，用于根据所述多个单体存储电池的分布规划将多个单体存储电池进行并联连接；
第一检测子模块，用于检测每个单体存储电池的放电状态以确定其状态是否异常。
上述技术方案的有益效果为：通过生成多个单体存储电池的分布规划可以合理地根据每个单体存储电池的充电参数来客观地规划出每个单体存储电池的分布位置，提高了实用性，进一步地，通过将多个单体存储电池进行并联连接可以有效地克服由于电池单体本身在容量、内阻等方面的差异性导致的放电差异性问题，进一步地提高了充电稳定性和充电效率，进一步地，通过检测每个单体存储电池的放电状态可以及时地判断出故障电池进而进行更换，保证后续充电的顺利进行，进一步地提高了稳定性。
在本实施例中，上述规划子模块根据每个单体存储电池的存储电能信息和工作参数信息生成多个单体存储电池的分布规划，具体为：
根据所述可移动储能模块的预设参数构建可移动储能模块的虚拟模型；
获取每个单体存储电池的电流输出规则构建该单体存储电池的放电目标函数；
根据每个单体存储电池的放电目标函数计算出该单体存储电池的最大放电能量值；
根据可移动储能模块的电流约束条件和每个单体存储电池的最大放电能量值构建该单体存储电池在可移动储能模块中的拉格朗日函数；
通过每个单体存储电池在可移动储能模块中的拉格朗日函数确定该单体存储电池对于可移动储能模块的放电响应；
基于每个单体存储电池对于可移动储能模块的放电响应和该单体存储电池的电池参数确定该单体存储电池在可移动储能模块中的效用函数；
根据每个单体存储电池在可移动储能模块中的效用函数构建该单体存储电池的动态规划模型；
基于每个单体存储电池的动态规划模型通过该单体存储电池的存储电能信息和工作参数信息生成该单体存储电池的多个第一分布规划；
根据可移动储能模块的期望荷电状态确定并网需求；
根据所述并网需求确定可移动储能模块中每个分布位置的限制条件；
基于所述限制条件在每个单体存储电池的多个第一分布规划中选择符合限制条件的第二分布规划；
将所有单体存储电池的第二分布规划进行整合以生成多个单体存储电池的分布规划。
上述技术方案的有益效果为：可以根据可移动储能模块的放电需求和分布限制条件来合理地确定每个单体存储电池的分布规划，既可以保证放电工作的稳定进行同时还可以最大化地发挥每个单体存储电池的工作效率，提高了稳定性和实用性。
在一个实施例中，所述能量缓冲控制模块，包括：
采集子模块，用于采集每个单体存储电池的状态参数和工作参数，所述状态参数包括：荷电状态和电池容量，所述工作参数包括：温度参数和输出电压；
评估子模块，用于根据每个单体存储电池的状态参数和工作参数评估该单体存储电池是否为故障电池，获取评估结果；
生成子模块，用于根据所述评估结果中故障电池的分布情况生成全新电池动态拓扑结构；
调整子模块，用于根据所述全新电池动态拓扑结构调整多个单体存储电池的连接方式以适应性调整充电功率。
上述技术方案的有益效果为：可以快速有效地排查出故障电池以避免其对于充电功率的影响，进一步地提高了稳定性，进一步地，通过生成全新电池动态拓扑结构可以快速地对各个单体存储电池的分布方式和连接结构在保持充电功率稳定且提升情况下进行重新排布，提高了实用性。
在一个实施例中，如图2所示，所述系统，还包括：
接收模块105，用于接收用户的充电需求，根据所述充电需求确定充电时间段和充电量；
获取模块106，用于将所述充电时间段和充电量上传到充电桩的互联网运营平台并获取其计算出的期望充电功率；
选择模块107，用于根据所述期望充电功率选择适配的目标充电模式；
调度模块108，用于根据所述目标充电模式对所述可移动储能模块进行电能调度。
上述技术方案的有益效果为：通过为用户的待充电车辆分配适配的充电模式可以根据每个客户的不同需求为其实现稳定且快速和可靠的电能供应，提高了用户的体验感。
在一个实施例中，如图3所示，所述系统，还包括：
对比模块109，用于将所述期望充电功率与预设充电功率进行对比，获取对比结果；
确认模块1010，用于根据所述对比结果确认可移动储能模块是否满足充电需求；
控制模块1011，用于当确认可移动储能模块不满足充电需求时，控制电网侧的电能接入到所述电流变换模块中；
负载检测模块1012，用于检测充电桩的实时负载并适应性地发出报警提醒。
上述技术方案的有益效果为：可以进一步地提高充电功率，极大地提高了充电工作的稳定和效率，进一步地，通过检测充电桩的实时负载可以准确地评估出充电桩的工作稳定性，进一步地提高了实用性。
在一个实施例中，所述电流变换模块，包括：
确认子模块，用于确认待充电车辆的充电方式，所述充电方式包括：普通充电和快速充电；
第一转换子模块，用于当所述待充电车辆的充电方式为普通充电时，将可移动储能模块和电网侧中的高压交流电能转化为低压交流电能；
第二转换子模块，用于当所述待充电车辆的充电方式为快速充电时，将可移动储能模块和电网侧中的高压交流电能转化为低压直流电能。
上述技术方案的有益效果为：可以根据充电方式来智能地选择电流交换方式，进一步地提高了实用性和稳定性。
在一个实施例中，所述充电模块，包括：
设置子模块，用于根据待充电车辆的充电参数为其设置充电桩的充电工作参数；
调节子模块，用于根据所述充电桩的充电工作参数调节充电枪的当前充电指标；
第二检测子模块，用于检测充电桩的充电电路以确认其充电模式的正常运行情况；
反馈子模块，用于获取转换后的直流或交流电能对应的充电电流并将其反馈至充电桩以对待充电车辆进行充电。
上述技术方案的有益效果为：通过设置充电枪的充电指标可以使其智能地对充电时间和充电功率进行自动执行，提高了智能性，节省了人力成本的同时也提高了工作人员的体验感。
在一个实施例中，所述调度模块根据所述目标充电模式对所述可移动储能模块进行电能调度的步骤具体为：
根据所述充电量预测出充电桩的充电负荷；
根据所述充电负荷计算出可移动储能模块的期望供电量；
检测所述可移动储能模块中每个单体存储电池的剩余电量以获得可移动储能模块的储能电量；
确认所述储能电量是否小于等于预设放电下限值，若是，确认可移动储能模块不满足调度条件，利用预设交流慢充方式对可移动储能模块进行充电，否则，确认可移动储能模块满足调度条件；
根据所述目标充电模式确定最小充电功率；
根据所述最小充电功率对可移动储能模块中的多个单体存储电池进行适应性电能调度。
上述技术方案的有益效果为：可以合理地评估出可移动储能模块是否满足调度条件，从而保证电能的足够供应，避免了在充电过程中充电功率的反复横跳，提高了充电稳定性。
在一个实施例中，所述目标充电模式包括：普通充电模式和快速充电模式；
对快速充电模式的可移动储能模块进行电能调度的步骤包括：
采集用户的历史充电行为数据；
对所述历史充电行为数据进行拟合，根据拟合结果对用户的充电负荷进行预测；
根据预测结果获得快速补电模式下用户车辆的充电负荷日分布数据；
根据所述充电负荷日分布数据构建下用户车辆的充电日负荷模型；
根据所述充电日负荷模型与可移动储能模块中每个单体存储电池的剩余电量对快速充电模式的可移动储能模块进行电能调度。
上述技术方案的有益效果为：通过根据用户的历史充电行为数据来构建用户对于其车辆的充电日负荷模型可以基于用户的历史充电习惯来确定其高峰充电时间段从而可以对该时间段内的充电功率进行实时提升以满足充电需求，提高了智能性和实用性。
本领域技术人员应当理解的是，本发明中的第一、第二指的是不同应用阶段而已。
本领域技术用户员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统，其特征在于，该系统包括：
可移动储能模块，用于存储多个单体存储电池的电能；
能量缓冲控制模块，用于改变所述可移动储能模块中多个单体存储电池的连接方式以适应性调整充电功率；
电流变换模块，用于实现对于充电电流的交直流转化；
充电模块，用于获取充电电流对待充电车辆进行充电；
所述可移动储能模块，包括：
获取子模块，用于获取每个单体存储电池的存储电能信息和工作参数信息；
规划子模块，用于根据每个单体存储电池的存储电能信息和工作参数信息生成多个单体存储电池的分布规划；
连接子模块，用于根据所述多个单体存储电池的分布规划将多个单体存储电池进行并联连接；
第一检测子模块，用于检测每个单体存储电池的放电状态以确定其状态是否异常；
规划子模块根据每个单体存储电池的存储电能信息和工作参数信息生成多个单体存储电池的分布规划，具体为：
根据所述可移动储能模块的预设参数构建可移动储能模块的虚拟模型；
获取每个单体存储电池的电流输出规则构建该单体存储电池的放电目标函数；
根据每个单体存储电池的放电目标函数计算出该单体存储电池的最大放电能量值；
根据可移动储能模块的电流约束条件和每个单体存储电池的最大放电能量值构建该单体存储电池在可移动储能模块中的拉格朗日函数；
通过每个单体存储电池在可移动储能模块中的拉格朗日函数确定该单体存储电池对于可移动储能模块的放电响应；
基于每个单体存储电池对于可移动储能模块的放电响应和该单体存储电池的电池参数确定该单体存储电池在可移动储能模块中的效用函数；
根据每个单体存储电池在可移动储能模块中的效用函数构建该单体存储电池的动态规划模型；
基于每个单体存储电池的动态规划模型通过该单体存储电池的存储电能信息和工作参数信息生成该单体存储电池的多个第一分布规划；
根据可移动储能模块的期望荷电状态确定并网需求；
根据所述并网需求确定可移动储能模块中每个分布位置的限制条件；
基于所述限制条件在每个单体存储电池的多个第一分布规划中选择符合限制条件的第二分布规划；
将所有单体存储电池的第二分布规划进行整合以生成多个单体存储电池的分布规划。
2.根据权利要求1所述分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统，其特征在于，所述能量缓冲控制模块，包括：
采集子模块，用于采集每个单体存储电池的状态参数和工作参数，所述状态参数包括：荷电状态和电池容量，所述工作参数包括：温度参数和输出电压；
评估子模块，用于根据每个单体存储电池的状态参数和工作参数评估该单体存储电池是否为故障电池，获取评估结果；
生成子模块，用于根据所述评估结果中故障电池的分布情况生成全新电池动态拓扑结构；
调整子模块，用于根据所述全新电池动态拓扑结构调整多个单体存储电池的连接方式以适应性调整充电功率。
3.根据权利要求1所述分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统，其特征在于，所述系统，还包括：
接收模块，用于接收用户的充电需求，根据所述充电需求确定充电时间段和充电量；
获取模块，用于将所述充电时间段和充电量上传到充电桩的互联网运营平台并获取其计算出的期望充电功率；
选择模块，用于根据所述期望充电功率选择适配的目标充电模式；
调度模块，用于根据所述目标充电模式对所述可移动储能模块进行电能调度。
4.根据权利要求3所述分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统，其特征在于，所述系统，还包括：
对比模块，用于将所述期望充电功率与预设充电功率进行对比，获取对比结果；
确认模块，用于根据所述对比结果确认可移动储能模块是否满足充电需求；
控制模块，用于当确认可移动储能模块不满足充电需求时，控制电网侧的电能接入到所述电流变换模块中；
负载检测模块，用于检测充电桩的实时负载并适应性地发出报警提醒。
5.根据权利要求1所述分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统，其特征在于，所述电流变换模块，包括：
确认子模块，用于确认待充电车辆的充电方式，所述充电方式包括：普通充电和快速充电；
第一转换子模块，用于当所述待充电车辆的充电方式为普通充电时，将可移动储能模块和电网侧中的高压交流电能转化为低压交流电能；
第二转换子模块，用于当所述待充电车辆的充电方式为快速充电时，将可移动储能模块和电网侧中的高压交流电能转化为低压直流电能。
6.根据权利要求1所述分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统，其特征在于，所述充电模块，包括：
设置子模块，用于根据待充电车辆的充电参数为其设置充电桩的充电工作参数；
调节子模块，用于根据所述充电桩的充电工作参数调节充电枪的当前充电指标；
第二检测子模块，用于检测充电桩的充电电路以确认其充电模式的正常运行情况；
反馈子模块，用于获取转换后的直流或交流电能对应的充电电流并将其反馈至充电桩以对待充电车辆进行充电。
7.根据权利要求3所述分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统，其特征在于，所述调度模块根据所述目标充电模式对所述可移动储能模块进行电能调度的步骤具体为：
根据所述充电量预测出充电桩的充电负荷；
根据所述充电负荷计算出可移动储能模块的期望供电量；
检测所述可移动储能模块中每个单体存储电池的剩余电量以获得可移动储能模块的储能电量；
根据所述储能电量对所述可移动储能模块进行电能调度。
8.根据权利要求7所述分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统，其特征在于，所述根据所述储能电量对所述可移动储能模块进行电能调度，包括：
确认所述储能电量是否小于等于预设放电下限值，若是，确认可移动储能模块不满足调度条件，利用预设交流慢充方式对可移动储能模块进行充电，否则，确认可移动储能模块满足调度条件；
根据所述目标充电模式确定最小充电功率；
根据所述最小充电功率对可移动储能模块中的多个单体存储电池进行适应性电能调度。
9.根据权利要求3所述分布式柔性互联与储能一体化充电桩系统，其特征在于，所述目标充电模式包括：普通充电模式和快速充电模式；
对快速充电模式的可移动储能模块进行电能调度的步骤包括：
采集用户的历史充电行为数据；
对所述历史充电行为数据进行拟合，根据拟合结果对用户的充电负荷进行预测；
根据预测结果获得快速补电模式下用户车辆的充电负荷日分布数据；
根据所述充电负荷日分布数据构建下用户车辆的充电日负荷模型；
根据所述充电日负荷模型与可移动储能模块中每个单体存储电池的剩余电量对快速充电模式的可移动储能模块进行电能调度。
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