CN216390524U - 功率可调配的光储充一体的系统 - Google Patents

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丁凯
范小虎
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Abstract

一种功率可调配的光储充一体的系统，涉及储能系统和充电桩领域。该系统，包括交流母线、直流母线、储能PCS、储能双向DCDC模块、储能电池、BMS系统、充电总控、充电DCDC模块、光伏单元、光伏DCDC模块、开关矩阵、能量管理系统。本实用新型通过储能PCS实现微网系统和交流电网的能量交互，微网内储能和充电桩可以通过直流母线直接进行能量交互。通过开关矩阵可以动态分配某一充电口使用DCDC模块的数量。

Description

功率可调配的光储充一体的系统
技术领域
本实用新型涉及储能技术，特别涉及储能系统和充电桩领域。
背景技术
储能技术，特别是电化学储能技术，凭借着峰谷调节、提升电力系统稳定性等特点，近年来得到了快速发展。储能系统一定程度上可以解决光伏、风电等新能源发电输出功率不稳定所带来的问题，扩大新能源的并网性。
随着新能源汽车保有量持续快速增长，一方面对电动汽车充电桩的需求越来越大，另一方面退役动力电池的处理已成为政府和行业关注的焦点。由于储能系统对电池的电性能要求相对较低，退役的动力电池完全满足储能系统的电性能要求，而退役的动力电池价格更低，因而在储能系统中选择退役动力电池，既有助于充分发挥动力电池的价值，响应对电池梯度利用的要求，又可以降低储能系统的投入成本，增大储能系统的收益。
在储能系统中当前的主流应用方案有共用交流母线方案、直流母线方案等。
共用交流母线方案：为当前应用较多的一种方案，储能系统、充电桩和光伏发电相对独立，挂接到同一个交流母线上。充电桩从交流电网吸取能量，用于电动汽车的充电。储能系统电价低谷时存储能量，电价高峰时释放能量。储能系统和充电桩是独立的两个支路，本质上是挂接在交流电网上的两套设备，针对充电桩，其通过交流变直流，以及直流变直流的两级变换，存在较大的能量损耗。而针对储能系统，其存储能量时，由交流变为直流，存储在储能电池中，放电时，再降电池中的能量变换为交流。能量从储能系统到充电桩经过了多级变换，造成较大的能量损耗，降低了了储能系统的收益。此外，该方案的扩展性较差，如需接入光伏发电系统，同储能系统一样，光伏阵列输出的直流电需要经光伏逆变器并入交流电网，同样存在较大的能量损耗。
直流母线方案：通过储能PCS搭建直流母线，储能电池通过双向DCDC变换器挂接到直流母线上，其他直流设备诸如光伏逆变器、直流充电桩也可直接挂接到直流母线上。该方案的缺点是，当前充电桩都是一体化设计，不能充分利用每一个充电模块的功率。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种功率可调配的光储充一体的系统，DCDC模块和电池单元的配合灵活。
本实用新型的目的可以这样实现，设计一种功率可调配的光储充一体的系统，包括交流母线、直流母线、储能PCS、储能双向DCDC模块、电池单元、BMS系统、充电总控、充电DCDC模块、光伏单元、光伏DCDC模块、开关矩阵、能量管理系统；
交流母线，用于提供交流电源；
直流母线，用于提供直流电源；
储能PCS，连接在交流母线和直流母线之间，负责系统直流母线的电压稳定；可以从交流母线抽取能量，也可以将直流母线中多余的能量回馈到交流母线中；
电池单元，用于能量的存储和释放，在电价谷时抽取能量存储起来，在电压峰时释放电量供充电桩或者其他负载使用；
储能双向DCDC模块，负责电池电压的变换，能够实现能量的双向流动，既可以给电池充电，也可以给电池放电；
BMS系统，负责电池单元的监控以及和能量管理系统、双向DCDC模块的信息交互；
充电总控，负责开关矩阵的控制，以及电动汽车充电的控制；
充电DCDC模块，负责电动汽车充电的电压变换，满足电动汽车充电的电压要求；
光伏单元，用于光伏发电；
光伏DCDC模块，负责光伏单元与直流母线之间的电压变换、能量传递；
开关矩阵，通过开关的切换，动态分配充电DCDC模块的功率，保证任一个充电枪满足电动汽车充电的功率需求；控制电池单元的投切；控制光伏单元的投切。
进一步地，充电总控包括充电桩控制系统、储能控制系统以及开关矩阵控制系统和电池切换开关控制系统，监控当前相关器件的状态，并按照功率分配需求进行调节、控制。
进一步地，BMS系统包括底层电池管理单元、中间层汇总单元以及上层管理系统，负责电池的管理。
进一步地，电池单元由各个电池包按照系统需求进行串联、并联，从而达到电压和功率需求。
进一步地，储能PCS包括PCS本体以及隔离变压器，负责交直流侧的能量传递。
本实用新型通过储能PCS实现微网系统和交流电网的能量交互，微网内储能和充电桩可以通过直流母线直接进行能量交互。通过开关矩阵可以动态分配某一充电口使用DCDC模块的数量。
附图说明
图1是本实用新型较佳实施例的示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本实用新型作进一步的描述。
如图1所示，一种功率可调配的光储充一体的系统，包括交流母线1、直流母线2、储能PCS3、储能双向DCDC模块4、电池单元5、BMS系统6、充电总控7、充电DCDC模块8、光伏单元9、光伏DCDC模块10、开关矩阵11、能量管理系统12。
交流母线1，用于提供交流电源。直流母线2，用于提供直流电源。
储能PCS3，连接在交流母线1和直流母线2之间，负责系统直流母线2的电压稳定；可以从交流母线1抽取能量，也可以将直流母线2中多余的能量回馈到电网中。储能PCS3包括PCS本体以及隔离变压器，负责交直流侧的能量传递。
电池单元5，用于能量的存储和释放，在电价谷时从系统抽取能量存储起来，在电压峰时释放电量供充电桩或者其他负载使用。电池单元5由各个电池包按照系统需求进行串联、并联，从而达到电压和功率需求。
储能双向DCDC模块4，负责电池电压的变换，能够实现能量的双向流动，既可以给电池充电，也可以给电池放电。
BMS系统6，负责电池单元5的监控，以及和能量管理系统12、DCDC模块的信息交互。BMS系统6包括底层电池管理单元、中间层汇总单元以及上层管理系统，负责电池的管理。
充电总控7，负责开关矩阵11的控制，以及电动汽车充电的控制。充电总控7包括充电桩控制系统、储能控制系统以及开关矩阵控制系统和电池切换开关控制系统，监控当前相关器件的状态，并按照功率分配需求进行调节、控制。
充电DCDC模块8，负责电动汽车充电的电压变换，满足电动汽车充电的电压要求。
光伏单元9，用于光伏发电；
光伏DCDC模块10，负责光伏单元9与直流母线2之间的电压变换和能量传递。
开关矩阵11，通过开关的切换，动态分配充电DCDC模块8的功率，保证任一个充电枪满足电动汽车充电的功率需求；控制电池单元5的投切；控制光伏单元9的投切；
能量管理系统12，负责整体的监控。
本实用新型主要完成电动汽车的充电控制，储能电池的充放电控制，以及光伏发电的并网，其典型的运行方式描述如下。
在电价谷时：储能PCS运行在稳压模式，维持直流母线电压的稳定，并保持交流母线和直流母线之间能量的双向流动；充电总控系统根据电动汽车充电的功率需求，控制开关矩阵分配使用的充电DCDC的模块数，用于电动汽车的充电；通过控制开关矩阵，使用储能DCDC模块给储能电池充电，BMS实时监控电池单元的充电信息，直到所有的电池单元完成充电；电价谷时一般为夜间，光伏单元不具备发电能力。
在电价平时：该阶段双向DCDC变换器从直流母线抽取电量，用于电动汽车的充电，电池单元处于静置状态；此时光伏单元将所发电量通过光伏DCDC模块送到直流母线上；储能PCS负责维持直流母线电压的稳定，当光伏单元所发电量低于充电桩充电需求时，PCS从交流母线抽取电量。当光伏单元所发电量超过充电桩需求时，超出的部分通过储能PCS并入交流电网。
在电价峰时：此时优先使用电池单元储存的电量以及光伏单元给电动汽车充电，光伏和储能的功率仍不满足充电桩功率要求时，通过PCS从交流侧取电；当电池单元电量放到指定SOC时，将电池单元切除，使用光伏单元和储能PCS支撑充电桩的充电需求。
本实用新型的DCDC模块和电池单元的容量配合灵活，既可以选择大容量的储能电池和大容量DCDC模块，也可以选择电动汽车退役的动力电池和小功率的DCDC模块，充分利用退役电池梯度利用的价值。
本实用新型通过开关矩阵可以动态分配某一充电口使用DCDC模块的数量，充分利用各个充电模块的使用率，在配置较少数量充电DCDC模块时，也可以实现大范围功率区间的输出。
本实用新型建立了直流母线，可以方便其他类型负荷或者电源接入，比如在此系统内直接接入风力发电系统，或者引入其他负载。利用储能PCS实现能量的双向流动以及直流母线电压的稳定，并配置了能量管理系统，可以将系统容量做大，实现大功率范围的光储充一体。

Claims (5)

1.一种功率可调配的光储充一体的系统，其特征在于：包括交流母线(1)、直流母线(2)、储能PCS(3)、储能双向DCDC模块(4)、电池单元(5)、BMS系统(6)、充电总控(7)、充电DCDC模块(8)、光伏单元(9)、光伏DCDC模块(10)、开关矩阵(11)、能量管理系统(12)；
交流母线(1)，用于提供交流电源；
直流母线(2)，用于提供直流电源；
储能PCS(3)，连接在交流母线(1)和直流母线(2)之间，负责系统直流母线(2)的电压稳定；可以从交流母线(1)抽取能量，也可以将直流母线(2)中多余的能量回馈到交流母线(1)中；
电池单元(5)，用于能量的存储和释放，在电价谷时抽取能量存储起来，在电压峰时释放电量供充电桩或者其他负载使用；
储能双向DCDC模块(4)，负责电池电压的变换，能够实现能量的双向流动，既可以给电池充电，也可以给电池放电；
BMS系统(6)，负责电池单元(5)的监控以及和能量管理系统(12)、双向DCDC模块(4)的信息交互；
充电总控(7)，负责开关矩阵(11)的控制，以及电动汽车充电的控制；
充电DCDC模块(8)，负责电动汽车充电的电压变换，满足电动汽车充电的电压要求；
光伏单元(9)，用于光伏发电；
光伏DCDC模块(10)，负责光伏单元(9)与直流母线(2)之间的电压变换、能量传递；
开关矩阵(11)，通过开关的切换，动态分配充电DCDC模块(8)的功率，保证任一个充电枪满足电动汽车充电的功率需求；控制电池单元(5)的投切；控制光伏单元(9)的投切。
2.根据权利要求1所述的功率可调配的光储充一体的系统，其特征在于：充电总控(7)包括充电桩控制系统、储能控制系统以及开关矩阵控制系统和电池切换开关控制系统，监控当前相关器件的状态，并按照功率分配需求进行调节、控制。
3.根据权利要求1所述的功率可调配的光储充一体的系统，其特征在于：BMS系统(6)包括底层电池管理单元、中间层汇总单元以及上层管理系统，负责电池的管理。
4.根据权利要求1所述的功率可调配的光储充一体的系统，其特征在于：电池单元(5)由各个电池包按照系统需求进行串联、并联，从而达到电压和功率需求。
5.根据权利要求1所述的功率可调配的光储充一体的系统，其特征在于：储能PCS(3)包括PCS本体以及隔离变压器，负责交直流侧的能量传递。
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