CN117549784A - 光储充一体化充电系统及其能量管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光储充一体化充电系统及其能量管理方法，所述充电系统包括地面储能装置、光伏发电装置、充电装置以及能量管理系统；能量管理系统根据实时获取的邻车到站间隔时间、光伏发电装置的发电功率、充电装置的充电功率、地面储能装置的第一荷电状态以及当前有轨电车的车载储能装置的第二荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置、电网进行充放电管理，使光伏发电能量充分用于有轨电车。本发明使光伏发电能量最大程度地用于有轨电车的充电，降低了光伏能量过剩并网的情况，减少了传统能量的总需求，提高了整个系统光伏发电能量的利用率。

Description

光储充一体化充电系统及其能量管理方法

技术领域

本发明属于充电式有轨电车供电系统技术领域，尤其涉及一种光储充一体化充电系统及其能量管理方法。

背景技术

光储充一体化充电系统包含光伏发电装置、地面储能装置以及充电装置，光伏发电装置充分利用太阳能实现光转电，并将转换得到的电能存储到地面储能装置中，然后供给充电装置使用，该充电系统是新能源、储能、智能充电互相协调支撑的一种高科技绿色充电模式。

近年来，在城市轨道交通领域提倡绿色低碳智慧转型，传统接触网供电有轨电车存在安全性较差、发车间隔由接触网容量限制、影响城市美观、建设运营成本较高等问题，而含车载储能装置的间歇式新能源有轨电车因具有能量可回收利用、发车间隔灵活、效率高、成本低等优点逐渐成为热点。新能源有轨电车需在站内布置有轨电车充电装置，进行充电补能，但由于有轨电车的本质属性和行车安排，停靠站台时间短，站内充电装置具有短时、间断的充电特性。

但目前来说，应用于轨道交通领域的有轨电车充电装置只作为一个独立负荷，未充分将有轨电车的充电特性和光伏发电装置、地面储能装置相结合，并且由于光能的不稳定性以及光能的滞后性，光伏发电装置很容易导致电能质量受到影响。因此，光储充一体化技术将光伏发电装置的电能转换和储能过程集成在一起，并结合有轨电车的充电需求，利用高效的充放电控制系统进行管理，可以有效解决这一问题。

专利文献（公开号为CN110661246A，名称为一种城市轨道交通光伏储能系统的容量优化配置方法）根据城市轨道交通的早晚高峰负荷量大的运行特点，制定分时运行策略，以确定不同时段光伏、储能及电网的运行状态；研究典型日负荷曲线和光伏输出曲线进行出力适应性分析，综合光伏、储能分时运行特性和出力适应性分析，得到系统储能容量的最优配置。这种容量优化配置方法未考虑有轨电车的运行特性、负荷特性等问题，未结合邻车间隔时间、光伏发电的持续性及储能式有轨电车的容量百分比进行综合考虑，可能导致部分时间段光伏发电过剩直接上网，无法使绿色能量充分利用于轨道交通内部的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光储充一体化充电系统及其能量管理方法，以解决传统技术未综合考虑有轨电车的运行特性和负荷特性、邻车间隔时间、光伏发电的持续性以及车载储能装置的容量百分比，导致光伏发电无法充分利用于有轨电车，新能源利用率低的问题。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种光储充一体化充电系统，包括地面储能装置、光伏发电装置、充电装置以及能量管理系统；

所述能量管理系统，用于根据实时获取的邻车到站间隔时间、光伏发电装置的发电功率、充电装置的充电功率、地面储能装置的第一荷电状态以及当前有轨电车的车载储能装置的第二荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置、电网进行充放电管理，使光伏发电能量充分用于有轨电车；

其中，当前有轨电车是指将要到达某个站点的有轨电车，邻车到站间隔时间是指当前有轨电车驶出该站点时，与当前有轨电车相邻的有轨电车到达该站点的时间。

进一步地，所述能量管理系统通过车地通讯系统与车辆调度系统、有轨电车连接，所述邻车到站间隔时间是通过车地通讯系统从车辆调度系统中获取。

进一步地，对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置、电网进行充放电管理，具体包括：

当SOC_C≥SOC_Cmax时，根据第一荷电状态判断光伏发电装置对电网或地面储能装置充电；

当SOC_C≤SOC_Cmin时，根据发电功率、充电功率以及第一荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置以及电网进行充放电管理；

当SOC_Cmin＜SOC_C＜SOC_Cmax时，根据邻车到站间隔时间、发电功率、充电功率、第一荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置、电网进行充放电管理；

其中，SOC_C为第二荷电状态，SOC_Cmin为当前有轨电车正常行驶至下一站点所需的最小容量，SOC_Cmax为当前有轨电车的车载储能装置的额定容量。

进一步地，当SOC_C≥SOC_Cmax时，根据第一荷电状态判断光伏发电装置对电网或地面储能装置充电，具体包括：

若SOC_E≥SOC_Emax，则光伏发电装置对电网充电；若SOC_E＜SOC_Emax，则光伏发电装置对地面储能装置充电；

其中，SOC_E为第一荷电状态，SOC_Emax为地面储能装置正常充放电的上限值。

进一步地，当SOC_C≤SOC_Cmin时，根据发电功率、充电功率以及第一荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置以及电网进行充放电管理，具体包括：

若P_P≥P_C且SOC_E≥SOC_Emax，则光伏发电装置对充电装置充电，剩余电量并入电网；

若P_P≥P_C且SOC_E＜SOC_Emax，则光伏发电装置对充电装置充电，剩余电量对地面储能装置充电；

若P_P＜P_C且SOC_E≥SOC_Emin，则光伏发电装置和地面储能装置对充电装置充电；

若P_P＜P_C且SOC_E＜SOC_Emin，则光伏发电装置和电网对充电装置充电；

其中，P_P为光伏发电装置的发电功率，P_C为充电装置的充电功率，SOC_E为第一荷电状态，SOC_Emax为地面储能装置正常充放电的上限值，SOC_Emin为地面储能装置正常充放电的下限值。

进一步地，当SOC_Cmin＜SOC_C＜SOC_Cmax时，根据邻车到站间隔时间、发电功率、充电功率、第一荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置、电网进行充放电管理，具体包括：

若P_P≥P_C且SOC_E≥SOC_Emax，则光伏发电装置对充电装置充电，剩余电量并入电网；

若P_P≥P_C且SOC_E＜SOC_Emax，则光伏发电装置对充电装置充电，剩余电量对地面储能装置充电；

若P_P＜P_C且SOC_E≥SOC_Emax，则光伏发电装置和地面储能装置对充电装置充电；

若P_P＜P_C且SOC_Emin＜SOC_E＜SOC_Emax，则根据邻车到站间隔时间和发电功率计算出邻车到站间隔时间内光伏发电装置产生的能量，根据所述能量和能量临界值判断光伏发电装置和地面储能装置对充电装置充电或者光伏发电装置单独对充电装置充电；

若P_P＜P_C且SOC_E≤SOC_Emin，则根据邻车到站间隔时间和发电功率计算出邻车到站间隔时间内光伏发电装置产生的能量，根据所述能量和能量临界值判断光伏发电装置单独对充电装置充电或者光伏发电装置单独对地面储能装置充电；

其中，P_P为光伏发电装置的发电功率，P_C为充电装置的充电功率，SOC_E为第一荷电状态，SOC_Emax为地面储能装置正常充放电的上限值，SOC_Emin为地面储能装置正常充放电的下限值。

进一步地，根据所述能量和能量临界值判断光伏发电装置和地面储能装置对充电装置充电或者光伏发电装置单独对充电装置充电，具体包括：

若W≥W₀，则光伏发电装置和地面储能装置对充电装置充电；

若W＜W₀，则光伏发电装置单独对充电装置充电；

其中，W为邻车到站间隔时间内光伏发电装置产生的能量，W₀为能量临界值。

进一步地，根据所述能量和能量临界值判断光伏发电装置单独对充电装置充电或者光伏发电装置单独对地面储能装置充电，具体包括：

若W≥W₀，则光伏发电装置单独对充电装置充电；

若W＜W₀，则光伏发电装置单独对地面储能装置充电；

其中，W为邻车到站间隔时间内光伏发电装置产生的能量，W₀为能量临界值。

基于同一构思，本发明提供一种光储充一体化充电系统能量管理方法，包括以下步骤：

当有轨电车将要到达某个站点时，获取邻车到站间隔时间、光伏发电装置的发电功率、充电装置的充电功率、地面储能装置的第一荷电状态以及当前有轨电车的车载储能装置的第二荷电状态；其中，邻车到站间隔时间是指当前有轨电车驶出该站点时，与当前有轨电车相邻的有轨电车到达该站点的时间；

根据获取的邻车到站间隔时间、发电功率、充电功率、第一荷电状态以及第二荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置、电网进行充放电管理，使光伏发电能量充分用于有轨电车。

有益效果

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明对邻车到站间隔时间、光伏发电装置的发电功率、充电装置的充电功率、地面储能装置的荷电状态以及车载储能装置的荷电状态进行综合考量，优化能量流动路径，使光伏发电能量最大程度地用于有轨电车的充电，降低了光伏能量过剩并网的情况，减少了传统能量的总需求，提高了整个系统光伏发电能量的利用率，最大化实现了光伏发电能量就地消纳，实现了有轨电车的经济运行。

本发明根据邻车到站间隔时间计算出光伏发电装置在无负载时产生的能量，根据该能量与能量临界值优化光储充一体化充电系统工作模式的切换逻辑，使光伏发电能量最大程度地用于有轨电车的充电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中光储充一体化充电系统拓扑结构图；

图2是本发明实施例2中光储充一体化充电系统能量管理方法流程图；

图3是本发明实施例2中SOC_C≤SOC_Cmin时的充放电管理流程图；

图4是本发明实施例2中SOC_Cmin＜SOC_C＜SOC_Cmax时的充放电管理流程图。

附图标记说明：1-地面储能装置，2-光伏发电装置，3-充电装置，4-能量管理系统。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

传统技术对有轨电车上的车载储能装置的充放电控制仅通过有轨电车自身充电需求进行调控，站点级光储系统仅作为能量源对有轨电车进行补能，光储系统和站点的充电装置之间互不干涉，无法进行统筹配合，无法实现新能源的最大化利用，导致新能源在城市轨道交通中的利用率较低，无法实现城市轨道交通绿色低碳智慧转型要求。

在保障城市轨道交通的正常安全运行的前提下，本发明从有轨电车的运行特性和充电需求特性两方面，综合考虑邻车到站间隔时间、光伏发电的持续性以及车载储能装置的荷电状态对整个系统的影响，根据邻车到站间隔时间计算出光伏发电装置在无负载时产生的能量，根据该能量与能量临界值优化光储充一体化充电系统工作模式的切换逻辑，使光伏发电能量最大程度地用于有轨电车的充电，降低了光伏能量过剩并网的情况，减少了传统能量的总需求，最大化实现了光伏发电能量就地消纳，实现了有轨电车的经济运行。

实施例1

如图1所示，本发明实施例所提供的一种光储充一体化充电系统包括地面储能装置1、光伏发电装置2、充电装置3以及能量管理系统4。地面储能装置1用于储存光伏发电装置2的能量或对充电装置3进行充电。光伏发电装置2用于将太阳能转换为电能，并将转换的电能存储至地面储能装置1、或电网、或站点的充电装置3、或电网和站点的充电装置3、或地面储能装置1和站点的充电装置3。在每个站点设有充电装置3，充电装置3用于在有轨电车到达该站点时对有轨电车上的车载储能装置进行充电。能量管理系统4用于根据实时获取的邻车到站间隔时间、光伏发电装置2的发电功率、充电装置3的充电功率、地面储能装置1的第一荷电状态以及当前有轨电车的车载储能装置的第二荷电状态对光伏发电装置2、地面储能装置1、充电装置3、电网进行充放电管理，使光伏发电能量充分用于有轨电车。当前有轨电车是指将要到达某个站点的有轨电车，邻车到站间隔时间是指当前有轨电车驶出该站点时，与当前有轨电车相邻的有轨电车到达该站点的时间，即光伏发电装置2无负荷的工作时间。

本发明充电系统为站点级充电系统，即每个配置有充电装置3的站点均配置该充电系统。对于任一站点，当存在有轨电车（即当前有轨电车）将要到达该站点时，能量管理系统4获取邻车到站间隔时间、光伏发电装置2的发电功率、充电装置3的充电功率、地面储能装置1的第一荷电状态以及当前有轨电车的车载储能装置的第二荷电状态，并根据获取的这些参数对光伏发电装置2、地面储能装置1、充电装置3、电网进行充放电管理或控制，使光伏发电能量充分用于有轨电车，提高了新能源的利用率。

设地面储能装置1的第一荷电状态为SOC_E，第一荷电状态的工作范围为SOC_Emin至SOC_Emax，其中，SOC_Emax为地面储能装置1正常充放电的上限值，SOC_Emin为地面储能装置1正常充放电的下限值；设有轨电车的车载储能装置的第二荷电状态为SOC_C，第二荷电状态的工作范围为SOC_Cmin至SOC_Cmax，其中，SOC_Cmin为有轨电车正常行驶至下一站点所需的最小容量，SOC_Cmax为车载储能装置的额定容量；设光伏发电装置2的发电功率为P_P，充电装置3的充电功率为P_C，邻车到站间隔时间为T。

在本发明的一个具体实施方式中，能量管理系统4通过车地通讯系统与车辆调度系统连接，邻车到站间隔时间是通过车地通讯系统从车辆调度系统中获取。光伏发电装置2的发电功率、充电装置3的充电功率、地面储能装置1的第一荷电状态均可以通过能源控制器实时获取，车载储能装置的第二荷电状态通过车地通讯系统从有轨电车获取。

本实施例中，发电功率是指站点内所设的光伏发电装置2的发电功率之和，充电功率是指充电装置3给有轨电车的车载储能装置充电时的充电功率，第一荷电状态是指站点内所设的地面储能装置1中各电池或超级电容的荷电状态的平均值，第二荷电状态是指储能式有轨电车上所设的车载储能装置中各电池或超级电容的荷电状态的平均值。

本发明充电系统有7个工作模式，各工作模式具体如下：

工作模式1：光伏发电装置2仅对电网送电；

工作模式2：光伏发电装置2仅对地面储能装置1进行充电；

工作模式3：光伏发电装置2对充电装置3充电，并对电网送电；

工作模式4：光伏发电装置2对充电装置3充电，并对地面储能装置1充电；

工作模式5：光伏发电装置2和地面储能装置1共同对充电装置3充电；

工作模式6：光伏发电装置2和电网共同对充电装置3充电；

工作模式7：光伏发电装置2仅对充电装置3充电。

能量管理系统4具体用于：

当SOC_C≥SOC_Cmax时，车载储能装置无需充电，充电装置3的充电功率为零，此时进一步对地面储能装置1的第一荷电状态进行判断，以确定光伏发电装置2的能量是储存于地面储能装置1或电网，即根据第一荷电状态判断光伏发电装置2对电网或地面储能装置1充电；

当SOC_C≤SOC_Cmin时，必须对车载储能装置进行充电，才能保证有轨电车能够正常行驶至下一站点，充电装置3以全功率运行，此时根据发电功率、充电功率以及第一荷电状态对光伏发电装置2、地面储能装置1、充电装置3以及电网进行充放电管理；

当SOC_Cmin＜SOC_C＜SOC_Cmax时，根据邻车到站间隔时间、发电功率、充电功率、第一荷电状态对光伏发电装置2、地面储能装置1、充电装置3、电网进行充放电管理。

在本发明的一个具体实施方式中，当SOC_C≥SOC_Cmax时，根据第一荷电状态判断光伏发电装置2对电网或地面储能装置1充电，具体包括：若SOC_E≥SOC_Emax，则光伏发电装置2对电网充电，即进入工作模式1；若SOC_E＜SOC_Emax，则光伏发电装置2对地面储能装置1充电，即进入工作模式2。

在本发明的一个具体实施方式中，当SOC_C≤SOC_Cmin时，根据发电功率、充电功率以及第一荷电状态对光伏发电装置2、地面储能装置1、充电装置3以及电网进行充放电管理，具体包括：

当P_P≥P_C时，光伏发电装置2的发电功率满足有轨电车所需功率，若SOC_E≥SOC_Emax，则光伏发电装置2对充电装置3充电，剩余电量并入电网，即进入工作模式3；若SOC_E＜SOC_Emax，则光伏发电装置2对充电装置3充电，剩余电量对地面储能装置1充电，即进入工作模式4；

当P_P＜P_C时，光伏发电装置2的发电功率无法满足有轨电车所需功率，存在缺额，若SOC_E≥SOC_Emin，则光伏发电装置2对充电装置3充电，缺额功率由地面储能装置1提供，即进入工作模式5；若SOC_E＜SOC_Emin，此时地面储能装置1无法对外提供功率，则光伏发电装置2对充电装置3充电，缺额功率由电网提供，即进入工作模式6。

在本发明的一个具体实施方式中，当SOC_Cmin＜SOC_C＜SOC_Cmax时，根据邻车到站间隔时间、发电功率、充电功率、第一荷电状态对光伏发电装置2、地面储能装置1、充电装置3、电网进行充放电管理，具体包括：

若P_P≥P_C且SOC_E≥SOC_Emax，此时地面储能装置1能量饱和，光伏发电装置2的发电功率满足有轨电车所需功率，为了最大化利用光伏能源，则光伏发电装置2对充电装置3充电，剩余电量并入电网，即进入工作模式3；

若P_P≥P_C且SOC_E＜SOC_Emax，此时地面储能装置1能量不饱和，光伏发电装置2的发电功率满足有轨电车所需功率，为了最大化利用光伏能源，则光伏发电装置2对充电装置3充电，剩余电量对地面储能装置1充电，即进入工作模式4；

若P_P＜P_C且SOC_E≥SOC_Emax，此时地面储能装置1能量饱和，考虑到光伏发电装置2不间断发电，为了最大化利用光伏能源，将地面储能装置1的容量降低，则光伏发电装置2和地面储能装置1共同对充电装置3充电，即进入工作模式5；

若P_P＜P_C且SOC_Emin＜SOC_E＜SOC_Emax，此时地面储能装置1仍有放电能力，则根据邻车到站间隔时间T和发电功率P_P计算出邻车到站间隔时间内光伏发电装置2产生的能量W，根据能量W和能量临界值判断光伏发电装置2和地面储能装置1对充电装置3充电或者光伏发电装置2单独对充电装置3充电；

若P_P＜P_C且SOC_E≤SOC_Emin，此时地面储能装置1不具备放电能力，则根据邻车到站间隔时间T和发电功率P_P计算出邻车到站间隔时间内光伏发电装置2产生的能量W，根据能量W和能量临界值判断光伏发电装置2单独对充电装置3充电或者光伏发电装置2单独对地面储能装置1充电。

当P_P＜P_C且SOC_Emin＜SOC_E＜SOC_Emax时，根据能量W和能量临界值W₀判断光伏发电装置2和地面储能装置1对充电装置3充电或者光伏发电装置2单独对充电装置3充电，具体包括：

若W≥W₀，则认为邻车到站间隔时间T内地面储能装置1能够补充足够的能量，光伏发电装置2和地面储能装置1共同对充电装置3充电，即进入工作模式5；

若W＜W₀，则认为邻车到站间隔时间T内地面储能装置1无法补充足够的能量，光伏发电装置2单独对充电装置3充电，即进入工作模式7。

当P_P＜P_C且SOC_E≤SOC_Emin时，根据能量W和能量临界值W₀判断光伏发电装置2单独对充电装置3充电或者光伏发电装置2单独对地面储能装置1充电，具体包括：

若W≥W₀，则认为邻车到站间隔时间T内地面储能装置1能够补充足够的能量，光伏发电装置2单独对充电装置3充电，即进入工作模式7；

若W＜W₀，则认为邻车到站间隔时间T内地面储能装置1无法补充足够的能量，光伏发电装置2单独对地面储能装置1充电，充电装置3不供电，即进入工作模式2。

本实施例中，邻车到站间隔时间内光伏发电装置2产生的能量W的具体计算公式为：W＝P_P×T。

本实施例中，能量临界值W₀的取值为有轨电车从当前站点行驶至下一站点所需SOC平均值的90%～110%，电价低谷期时，能量临界值W₀为有轨电车从当前站点行驶至下一站点所需SOC平均值的90%；电价高峰期时，能量临界值W₀为有轨电车从当前站点行驶至下一站点所需SOC平均值的110%。有轨电车从当前站点行驶至下一站点所需SOC平均值是指多辆有轨电车从当前站点行驶至下一站点所需SOC值的平均值。

本发明将储能式有轨电车纳入能量管理控制条件，并结合列车基于行车计划产生的邻车到站间隔时间、光伏持续发电特性与充电装置短时、间断工作特性，优化能量流动路径，使新能源能量最大程度地利用于有轨电车，降低了光伏能量过剩并网的情况，减少了传统能量的总需求，提高了整个系统新能源利用率，最大化实现了新能源的就地消纳，实现了低碳绿色的城市轨道交通，响应绿色低碳智慧转型要求。

实施例2

本发明实施例提供一种光储充一体化充电系统能量管理方法，包括以下步骤：

步骤1：对于任一站点，当有轨电车将要到达该站点时，获取邻车到站间隔时间、光伏发电装置的发电功率、充电装置的充电功率、地面储能装置的第一荷电状态以及当前有轨电车的车载储能装置的第二荷电状态；其中，邻车到站间隔时间是指当前有轨电车驶出该站点时，与当前有轨电车相邻的有轨电车到达该站点的时间；

步骤2：根据获取的邻车到站间隔时间、发电功率、充电功率、第一荷电状态以及第二荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置、电网进行充放电管理，使光伏发电能量充分用于有轨电车。

步骤1中，邻车到站间隔时间是通过车地通讯系统从车辆调度系统中获取。光伏发电装置的发电功率、充电装置的充电功率、地面储能装置的第一荷电状态均可以通过能源控制器实时获取，车载储能装置的第二荷电状态通过车地通讯系统从有轨电车获取。

本实施例中，发电功率是指站点内所设的光伏发电装置的发电功率之和，充电功率是指充电装置给有轨电车的车载储能装置充电时的充电功率，第一荷电状态是指站点内所设的地面储能装置中各电池或超级电容的荷电状态的平均值，第二荷电状态是指储能式有轨电车上所设的车载储能装置中各电池或超级电容的荷电状态的平均值。

如图2所示，对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置、电网进行充放电管理，具体包括：

当SOC_C≥SOC_Cmax时，车载储能装置无需充电，充电装置的充电功率为零，此时进一步对地面储能装置的第一荷电状态进行判断，以确定光伏发电装置的能量是储存于地面储能装置或电网，即根据第一荷电状态判断光伏发电装置对电网或地面储能装置充电；

当SOC_C≤SOC_Cmin时，必须对车载储能装置进行充电，才能保证有轨电车能够正常行驶至下一站点，充电装置以全功率运行，此时根据发电功率、充电功率以及第一荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置以及电网进行充放电管理；

当SOC_Cmin＜SOC_C＜SOC_Cmax时，根据邻车到站间隔时间、发电功率、充电功率、第一荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置、电网进行充放电管理。

在本发明的一个具体实施方式中，当SOC_C≥SOC_Cmax时，根据第一荷电状态判断光伏发电装置对电网或地面储能装置充电，具体包括：若SOC_E≥SOC_Emax，则光伏发电装置对电网充电；若SOC_E＜SOC_Emax，则光伏发电装置对地面储能装置充电。

在本发明的一个具体实施方式中，如图3所示，当SOC_C≤SOC_Cmin时，根据发电功率、充电功率以及第一荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置以及电网进行充放电管理，具体包括：

当P_P≥P_C时，光伏发电装置的发电功率满足有轨电车所需功率，若SOC_E≥SOC_Emax，则光伏发电装置对充电装置充电，剩余电量并入电网；若SOC_E＜SOC_Emax，则光伏发电装置对充电装置充电，剩余电量对地面储能装置充电；

当P_P＜P_C时，光伏发电装置的发电功率无法满足有轨电车所需功率，存在缺额，若SOC_E≥SOC_Emin，则光伏发电装置对充电装置充电，缺额功率由地面储能装置提供；若SOC_E＜SOC_Emin，此时地面储能装置无法对外提供功率，则光伏发电装置对充电装置充电，缺额功率由电网提供。

在本发明的一个具体实施方式中，如图4所示，当SOC_Cmin＜SOC_C＜SOC_Cmax时，根据邻车到站间隔时间、发电功率、充电功率、第一荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置、电网进行充放电管理，具体包括：

若P_P≥P_C且SOC_E≥SOC_Emax，此时地面储能装置能量饱和，光伏发电装置的发电功率满足有轨电车所需功率，为了最大化利用光伏能源，则光伏发电装置对充电装置充电，剩余电量并入电网；

若P_P≥P_C且SOC_E＜SOC_Emax，此时地面储能装置能量不饱和，光伏发电装置的发电功率满足有轨电车所需功率，为了最大化利用光伏能源，则光伏发电装置对充电装置充电，剩余电量对地面储能装置充电；

若P_P＜P_C且SOC_E≥SOC_Emax，此时地面储能装置能量饱和，考虑到光伏发电装置不间断发电，为了最大化利用光伏能源，将地面储能装置的容量降低，则光伏发电装置和地面储能装置共同对充电装置充电；

若P_P＜P_C且SOC_Emin＜SOC_E＜SOC_Emax，此时地面储能装置仍有放电能力，则根据邻车到站间隔时间T和发电功率P_P计算出邻车到站间隔时间内光伏发电装置产生的能量W，若W≥W₀，则认为邻车到站间隔时间T内地面储能装置能够补充足够的能量，光伏发电装置和地面储能装置共同对充电装置充电；若W＜W₀，则认为邻车到站间隔时间T内地面储能装置无法补充足够的能量，光伏发电装置单独对充电装置充电；

若P_P＜P_C且SOC_E≤SOC_Emin，此时地面储能装置不具备放电能力，则根据邻车到站间隔时间T和发电功率P_P计算出邻车到站间隔时间内光伏发电装置产生的能量W，若W≥W₀，则认为邻车到站间隔时间T内地面储能装置能够补充足够的能量，光伏发电装置单独对充电装置充电；若W＜W₀，则认为邻车到站间隔时间T内地面储能装置无法补充足够的能量，光伏发电装置单独对地面储能装置充电，充电装置不供电。

本实施例中，邻车到站间隔时间内光伏发电装置产生的能量W的具体计算公式为：W＝P_P×T。

本实施例中，能量临界值W₀的取值为有轨电车从当前站点行驶至下一站点所需SOC平均值的90%～110%，电价低谷期时，能量临界值W₀为有轨电车从当前站点行驶至下一站点所需SOC平均值的90%；电价高峰期时，能量临界值W₀为有轨电车从当前站点行驶至下一站点所需SOC平均值的110%。有轨电车从当前站点行驶至下一站点所需SOC平均值是指多辆有轨电车从当前站点行驶至下一站点所需SOC值的平均值。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光储充一体化充电系统，其特征在于，所述充电系统包括地面储能装置、光伏发电装置、充电装置以及能量管理系统；

所述能量管理系统，用于根据实时获取的邻车到站间隔时间、光伏发电装置的发电功率、充电装置的充电功率、地面储能装置的第一荷电状态以及当前有轨电车的车载储能装置的第二荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置、电网进行充放电管理，使光伏发电能量充分用于有轨电车；

其中，当前有轨电车是指将要到达某个站点的有轨电车，邻车到站间隔时间是指当前有轨电车驶出该站点时，与当前有轨电车相邻的有轨电车到达该站点的时间。

2.根据权利要求1所述的光储充一体化充电系统，其特征在于，对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置、电网进行充放电管理，具体包括：

当SOC_C≥SOC_Cmax时，根据第一荷电状态判断光伏发电装置对电网或地面储能装置充电；

当SOC_C≤SOC_Cmin时，根据发电功率、充电功率以及第一荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置以及电网进行充放电管理；

当SOC_Cmin＜SOC_C＜SOC_Cmax时，根据邻车到站间隔时间、发电功率、充电功率、第一荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置、电网进行充放电管理；

其中，SOC_C为第二荷电状态，SOC_Cmin为当前有轨电车正常行驶至下一站点所需的最小容量，SOC_Cmax为当前有轨电车的车载储能装置的额定容量。

3.根据权利要求2所述的光储充一体化充电系统，其特征在于，当SOC_C≥SOC_Cmax时，根据第一荷电状态判断光伏发电装置对电网或地面储能装置充电，具体包括：

若SOC_E≥SOC_Emax，则光伏发电装置对电网充电；若SOC_E＜SOC_Emax，则光伏发电装置对地面储能装置充电；

其中，SOC_E为第一荷电状态，SOC_Emax为地面储能装置正常充放电的上限值。

4.根据权利要求2所述的光储充一体化充电系统，其特征在于，当SOC_C≤SOC_Cmin时，根据发电功率、充电功率以及第一荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置以及电网进行充放电管理，具体包括：

若P_P≥P_C且SOC_E≥SOC_Emax，则光伏发电装置对充电装置充电，剩余电量并入电网；

若P_P≥P_C且SOC_E＜SOC_Emax，则光伏发电装置对充电装置充电，剩余电量对地面储能装置充电；

若P_P＜P_C且SOC_E≥SOC_Emin，则光伏发电装置和地面储能装置对充电装置充电；

若P_P＜P_C且SOC_E＜SOC_Emin，则光伏发电装置和电网对充电装置充电；

其中，P_P为光伏发电装置的发电功率，P_C为充电装置的充电功率，SOC_E为第一荷电状态，SOC_Emax为地面储能装置正常充放电的上限值，SOC_Emin为地面储能装置正常充放电的下限值。

5.根据权利要求2所述的光储充一体化充电系统，其特征在于，当SOC_Cmin＜SOC_C＜SOC_Cmax时，根据邻车到站间隔时间、发电功率、充电功率、第一荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置、电网进行充放电管理，具体包括：

若P_P≥P_C且SOC_E≥SOC_Emax，则光伏发电装置对充电装置充电，剩余电量并入电网；

若P_P≥P_C且SOC_E＜SOC_Emax，则光伏发电装置对充电装置充电，剩余电量对地面储能装置充电；

若P_P＜P_C且SOC_E≥SOC_Emax，则光伏发电装置和地面储能装置对充电装置充电；

若P_P＜P_C且SOC_Emin＜SOC_E＜SOC_Emax，则根据邻车到站间隔时间和发电功率计算出邻车到站间隔时间内光伏发电装置产生的能量，根据所述能量和能量临界值判断光伏发电装置和地面储能装置对充电装置充电或者光伏发电装置单独对充电装置充电；

若P_P＜P_C且SOC_E≤SOC_Emin，则根据邻车到站间隔时间和发电功率计算出邻车到站间隔时间内光伏发电装置产生的能量，根据所述能量和能量临界值判断光伏发电装置单独对充电装置充电或者光伏发电装置单独对地面储能装置充电；

其中，P_P为光伏发电装置的发电功率，P_C为充电装置的充电功率，SOC_E为第一荷电状态，SOC_Emax为地面储能装置正常充放电的上限值，SOC_Emin为地面储能装置正常充放电的下限值。

6.根据权利要求5所述的光储充一体化充电系统，其特征在于，根据所述能量和能量临界值判断光伏发电装置和地面储能装置对充电装置充电或者光伏发电装置单独对充电装置充电，具体包括：

若W≥W₀，则光伏发电装置和地面储能装置对充电装置充电；

若W＜W₀，则光伏发电装置单独对充电装置充电；

其中，W为邻车到站间隔时间内光伏发电装置产生的能量，W₀为能量临界值。

7.根据权利要求5所述的光储充一体化充电系统，其特征在于，根据所述能量和能量临界值判断光伏发电装置单独对充电装置充电或者光伏发电装置单独对地面储能装置充电，具体包括：

若W≥W₀，则光伏发电装置单独对充电装置充电；

若W＜W₀，则光伏发电装置单独对地面储能装置充电；

其中，W为邻车到站间隔时间内光伏发电装置产生的能量，W₀为能量临界值。

8.一种光储充一体化充电系统能量管理方法，其特征在于，所述能量管理方法包括以下步骤：

当有轨电车将要到达某个站点时，获取邻车到站间隔时间、光伏发电装置的发电功率、充电装置的充电功率、地面储能装置的第一荷电状态以及当前有轨电车的车载储能装置的第二荷电状态；其中，邻车到站间隔时间是指当前有轨电车驶出该站点时，与当前有轨电车相邻的有轨电车到达该站点的时间；

根据获取的邻车到站间隔时间、发电功率、充电功率、第一荷电状态以及第二荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置、电网进行充放电管理，使光伏发电能量充分用于有轨电车。

9.根据权利要求8所述的光储充一体化充电系统能量管理方法，其特征在于，对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置、电网进行充放电管理，具体包括：

当SOC_C≥SOC_Cmax时，根据第一荷电状态判断光伏发电装置对电网或地面储能装置充电；

当SOC_C≤SOC_Cmin时，根据发电功率、充电功率以及第一荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置以及电网进行充放电管理；

当SOC_Cmin＜SOC_C＜SOC_Cmax时，根据邻车到站间隔时间、发电功率、充电功率、第一荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置、电网进行充放电管理；

其中，SOC_C为第二荷电状态，SOC_Cmin为当前有轨电车正常行驶至下一站点所需的最小容量，SOC_Cmax为当前有轨电车的车载储能装置的额定容量。

10.根据权利要求9所述的光储充一体化充电系统能量管理方法，其特征在于，当SOC_Cmin＜SOC_C＜SOC_Cmax时，根据邻车到站间隔时间、发电功率、充电功率、第一荷电状态对光伏发电装置、地面储能装置、充电装置、电网进行充放电管理，具体包括：

若P_P≥P_C且SOC_E≥SOC_Emax，则光伏发电装置对充电装置充电，剩余电量并入电网；

若P_P≥P_C且SOC_E＜SOC_Emax，则光伏发电装置对充电装置充电，剩余电量对地面储能装置充电；

若P_P＜P_C且SOC_E≥SOC_Emax，则光伏发电装置和地面储能装置对充电装置充电；

若P_P＜P_C且SOC_Emin＜SOC_E＜SOC_Emax，则根据邻车到站间隔时间和发电功率计算出邻车到站间隔时间内光伏发电装置产生的能量，根据所述能量和能量临界值判断光伏发电装置和地面储能装置对充电装置充电或者光伏发电装置单独对充电装置充电；

若P_P＜P_C且SOC_E≤SOC_Emin，则根据邻车到站间隔时间和发电功率计算出邻车到站间隔时间内光伏发电装置产生的能量，根据所述能量和能量临界值判断光伏发电装置单独对充电装置充电或者光伏发电装置单独对地面储能装置充电；

其中，P_P为光伏发电装置的发电功率，P_C为充电装置的充电功率，SOC_E为第一荷电状态，SOC_Emax为地面储能装置正常充放电的上限值，SOC_Emin为地面储能装置正常充放电的下限值。