TWI487238B - 用於電動載具之充電站及其操作方法 - Google Patents

Description

用於電動載具之充電站及其操作方法 發明領域

本發明標的與一用於電動載具之具網絡穩定化措施的充電站及一種用以操作一針對電動載具的充電站的方法有關。

發明背景

由於電動載具越來越普及及相關充電站的相關普及，電能供應網絡上的電力負載將增加。然而，由於供應網絡中負載的增加，網絡供應不足的風險也隨之增加。在供應不足的情況下，電力負載大於由發電站(發電機)提供的供應。在此一情況下，負載差異僅可由發電機之旋轉質量之動能來補償。然而，此必定導致供應網絡頻率過低，其中實際網絡頻率偏離網絡的參考值。

習知的用以確保電力供應的措施包括檢測低頻(under-frequency)及使用變電站中的低頻中繼器。若檢測到1Hz的頻率偏移，即，網絡頻率為49Hz，則即時卸載網絡負載之10至15%藉由斷開低頻中繼器而付諸執行。此藉由斷開110/10Kv的變壓器於高電壓位準卸載定期發生。然而，卸載也可能發生在中壓變壓器中。

由於使用了低頻中繼器，整個變壓器與網絡分離。這越來越成問題，因為現今不僅有消耗性組件，還有發電機連接至一變壓器。由於風力發電機及太陽能系統的廣泛使用，在低壓、中壓及/或高壓部分的某些區域中可能出現的情形是，當需要卸載時實際上還發生了發電量下降。然而，這導致網絡穩定化不能進行。反而是此一卸載仍然無效。因此，需要有針對卸載的明智解決方案。

發明概要

以電動載具所引起的負載增加為背景，本發明標的以提供具網絡穩定化措施的充電站的目的為基礎。

此目的依據本發明標的藉由一針對電動載具的充電站而得以實現，該充電站包含一經配置以獲得一網絡頻率及檢測該網絡頻率相對一參考頻率之一偏移的網絡頻率量測裝置，及一與該網絡頻率裝置操作連接使得在檢測到該網絡頻率相對該參考頻率的一偏移時調節由該充電站發送給一電動載具的電力的負載調節裝置。

此目的也依據本發明標的藉由一種用以操作一針對電動載具的充電站的方法而得以實現，該方法包含獲取一網絡頻率，檢測該網絡頻率相對參考頻率之一偏移，及在檢測到該網絡頻率偏移該參考頻率時調節由該充電站發送給一電動載具的電力。

本發明標的含義中的調節可以是一種例如減少或增加的調節，如下文中所描述者。本發明標的含義中的調節可意指負載之逐步改變(增加或減少)。就此而論，充電電流可逐步改變。充電電流之改變可由電動載具來實現因為它們的充電調節器可允許較低或較高的充電電流。根據本發明標的含義中的調節，一電動載具之一負載調節器可能受到負載調節裝置的控制，且該負載調節器可依據控制(符號相反、減少、增加)來調節充電負載，例如，充電電流。該負載調節裝置可監測載具是否依據控制來改變充電電力，且，在存在不一致的情況下，可使負載調節器及載具各自與網絡分離。調節還可意指一能量藉由載具而饋入網絡(充電電流符號顛倒)。

已認識到的是電動載具充電站尤其非常適合網絡穩定化，因為一方面有效的電能消費者(負載)連接至此等充電站，且另一方面(在未來)，一有效的饋入可被執行。還認識到的是連接至充電站的電能消費者允許一可變電力消耗或輸出。尤其是當用於電動載具的充電時間持續數小時時，在充電期間充電電流可能發生變化，而對載具電池之完全充電至充電時間結束無不利影響。

由於使用了充電站中的一網絡頻率量測裝置，可以檢測網絡頻率之變化，諸如，崩潰。依據本發明標的，此以一分散方式進行，因為一網絡頻率量測裝置可安裝在許多充電站，或實際上是每一站點中。還可以想到的是此一裝置僅在特定充電站中提供，例如，每五個，每十個，或每百個充電站。

在歐洲，網絡參考頻率通常為50Hz，且在美國為60Hz。任何相對此一參考頻率的偏移可藉由網絡頻率量測裝置檢測到。

若一偏移被網絡頻率量測裝置檢測到，則此可啟動負載調節裝置，該負載調節裝置同樣配置在充電站中。該負載調節裝置經配置使其可調節發送給電動載具的電力。在此情況下，尤其是藉由該負載調節裝置，一調節作用可實施在載具本身上。此可藉由請求減少給載具的電流來進行。可以監測載具是否遵從此一請求，且，若不是，則載具可能與網絡分離。則，在網絡頻率減小之後，利用一負載調節裝置，發送給電動載具的電力可減少，或電力也可從電動載具中抽出。在此情況下，電動載具可得到指示，例如，允許一較小的充電電流，或使充電電流反向，且饋送電流返回至網絡。藉由此發送至及/或發送自電動載具的電力的改變，能量供應網絡中的電力負載也減小。若大量充電站裝備有一網絡頻率量測裝置及一負載調節裝置，則能量供應網絡之一穩定化無需一在低壓、中壓及/或高壓位準上所需要的卸載即可付諸執行。亦可引起電動載具之總卸載的電力減少還會專一地引發卸除電力負載，且如先前技術中所描述，發電機並非如此。

隨著網絡頻率的上升，例如，自充電站發送至電動載具的能量也可能增加。尤其是，充電電流可被增加。這可例如藉由電動載具被告知一增加的充電電流可利用，且電動載具或電動載具之充電調節器相應地向上調節充電電流來實現。回流饋給也可能減小。

依據一有利的實施例，建議為了調節發送的電力，負載調節裝置應通知電動載具減少充電電力。在此情況下，藉由議定新的充電參數，諸如，舉例來說，充電電流，電動載具可受請求以抽出一減少的當前充電電力。電動載具之充電調節器可接著經調整，使得，例如，其從充電站抽出一較小的電流量，且從而減少了充電電力。

依據一有利的實施例，負載調節裝置還可以在一充電電流上加一限制以減少發送的電力。

依據一有利的實施例，提議負載調節裝置應沿著一減少特性曲線來減少由充電站發送的電力。同樣在此情況下，倘若發生了減少，則載具較佳地依此被告知。已認識到的是，尤其是對一分散式網絡穩定化而言，由大量充電站自發的卸載引起的負載突然減少將不會有助於網絡穩定化。因此，電力的減少必須逐步進行。這可依據一減少特性曲線來付諸執行。該減少特性曲線可依據網絡頻率之變化而實現逐步的負載減少。

為此，提議該減少特性曲線應依由網絡頻率量測裝置檢測到的偏移、偏移持續時間，及/或頻率梯度而定。頻率偏移越大，被抽出的電力減少越多。偏移持續時間，即一頻率崩潰在網絡上經檢測期間的時段，還可決定發送的電力的減少量。除此之外，偏移梯度，即頻率崩潰之偏移銳度，可能是減少特性曲線之決定因素。

依據一有利的實施例，提議在檢測到網絡頻率增加之後，負載調節裝置應增加由充電站發送至一電動載具的電力。因此，在網絡已穩定且網絡頻率接近參考頻率之後，發送的電力可能逐步增加。這可沿著一增加特性曲線來進行。在網絡頻率超過參考值之後，電力也可能有利地增加以使網絡頻率再一次接近參考頻率。

依據一有利的實施例，調節由充電站發送至電動載具的電力包括增加或減少電力。這可藉由減少或增加電動載具抽出的電流之強度來實現。

依據一有利的實施例，為了調節發送給電動載具的電力，充電電力之調節通知電動載具。藉此，充電站可請求電動載具抽出一較小電流量或一較大的電流量。尤其是抽出的電流量的減少對網絡穩定是有利的。

依據一有利的實施例，還提議發送的電力之減少應依一減少特性曲線而定。該減少特性曲線可有利地依已檢測的頻率偏移、頻率偏移持續時間及/或頻率梯度而定。

在此之前所提及的方法也可作為一電腦程式或作為一儲存在一記憶體媒體中的電腦程式而付諸執行。在此情況下，在充電站方面，一微處理器可由一電腦程式適當地程式化以執行方法中的個別步驟。

方法特徵及裝置特徵可相互自由組合。尤其是依附請求項之特徵自身可能具有發明性，避開了獨立請求項之特徵，獨立存在或相互自由組合。

本發明標的將基於繪示示範性實施例的圖式在下文中被較詳細地加以解釋。該等圖式繪示：第1圖依據一示範性實施例的一充電站之一圖形化結構；第2圖依據一示範性實施例的一種方法之執行順序；第3a圖一第一示範性減少特性曲線部分；第3b圖一第二示範性減少特性曲線部分。

較佳實施例之詳細說明

第1圖繪示一針對電動載具(圖未示)的充電站2。充電站2藉由一能量纜線4連接至一電能供應網絡。充電站2經由能量纜線4抽出電力。電力藉由一充電纜線6供給電動載具。在在本案中以純圖形形式表示的充電站2中，有一網絡頻率量測裝置8。除此之外，一負載調節裝置10及一負載控制電路12也位於充電站2中。網絡頻率量測裝置8與負載調節裝置10操作連接，使得依由網絡頻率量測裝置8量測的網絡頻率而定，負載調節裝置10可控制負載控制電路12以經由充電纜線6來調節發送給電動載具的電力。在此情況下，載具可得到指示而減少負載，且該載具接著遵照此指示而被監測。充電站2，例如，依據第2圖中所繪示的方法來運作。

首先，網絡頻率量測裝置8量測能量纜線4的網絡頻率14。量測出的網絡頻率與一參考頻率做比較16。就此而論，藉由舉例的方式，對歐洲而言，一參考頻率假定為50Hz。若網絡頻率與參考頻率一致，則方法返回步驟14。若網絡頻率偏移參考頻率，例如，多於0.2Hz，或多於0.5Hz，則負載調節裝置10啟動18。負載調節裝置10基於頻率偏移由一資料庫20來確定一減少特性曲線。在此情況下，負載調節裝置10可考慮到，例如，頻率偏移、頻率梯度，及/或頻率偏移持續時間。

第3a圖藉由舉例的方式繪示一第一系列的減少特性曲線30。可以看出，例如，一16A的充電電流按照一網絡頻率偏移(Δf)的函數而減小。第3a圖中繪示有三條曲線30a、30b、30c，它們可，例如，被選定為一頻率梯度函數( f / t )。例如，一第一特性曲線30a可被選定在頻率梯度0.1Hz/s。若頻率梯度為0.2Hz/s，則，例如，減少特性曲線30b可被選定，且若頻率梯度為0.4Hz/s，則減少特性曲線30c可被選定。可以看出，隨著頻率梯度的上升，一更快速的充電電流減小已在小頻率偏移下實現。因此，負載調節裝置10在步驟18可選擇一為頻率梯度函數之函數的減少特性曲線30a-c，且按照一絕對頻率偏移函數來調節充電電流。

一減少特性曲線還可以依頻率偏移持續時間而定。例如，在第3b圖中，一系列減少特性曲線32被繪示出來，一方面該等曲線指示16A充電電流按照一頻率偏移持續時間(T)的函數減小。一第一減少特性曲線32a可，例如，以一0.2Hz的頻率偏移(Δf)來選定。若頻率偏移為0.3Hz，則一第二減少特性曲線32b可被選定。此處可以看出，由於此減少特性曲線，甚至由於一大約為50s的頻率偏移持續時間，發生了充電電流的完全斷開。一第三減少特性曲線32c例如可被選定在一0.4Hz的頻率偏移。由於此特性曲線，完全斷開比30s更快速地發生。

可指出的是第3a及3b圖中的所有數值資料純粹是舉例，且僅欲說明減少特性曲線可被選定為一各種不同因數的函數。

還可想到其他特性曲線，諸如，一依頻率梯度及持續時間而定的特性曲線。

一旦負載調節裝置10在步驟18中已選定了減少特性曲線為一頻率偏移、頻率梯度，及/或減少持續時間的函數，則，藉由減少特性曲線，充電控制電路12即可經由充電纜線通知電動載具減小充電電流22。電動載具經由充電纜線6獲知最大充電電流必須減小。最大充電電流量可由減少特性曲線推導出。

一旦通知電動或具充電電流量必須減小22，在步驟24中，電動載具即可被監測以確保充電電流的確減小了。若不是這樣，則在步驟26中，電動載具與充電站2完全分離。系統接著返回步驟14。

若電動載具的確表現得與負載控制電路12所做的調節一致，則系統同樣返回步驟14。在步驟14中，網絡頻率再次經量測，且在步驟16中，網絡頻率相對於參考頻率而被監測，且適當的步驟啟動。

若網絡頻率進一步下降，或若網絡頻率維持在一低位準，則系統轉向步驟18。

相比之下，若網絡頻率上升，則系統轉向步驟28。在步驟28中，一上升特性曲線可被選定，該特性曲線影響充電電流量或使充電電流量上升。因此，在步驟28中，可能引起對網絡頻率上升的反應，其中減小被逆轉。除此之外，例如，在步驟28中，充電電流還可以一高於參考頻率的網絡頻率按照一上升特性曲線函數增加。步驟28中採取的步驟對應於步驟18至24中所採取的那些步驟，其中充電電流量未減小反而上升，且因此，特性曲線可與相對應的顛倒符號一起使用。

藉由依據本發明標的的方法及依據本發明標的的充電站，一網絡穩定化措施可以以一分散方式來執行。利用所提議的網絡穩定化措施，僅負載經調節，因而沒有網絡饋入裝置受到卸載的影響。

2．．．充電站

4．．．能量纜線

6．．．充電纜線

8．．．網絡頻率量測裝置

10．．．負載調節裝置

12．．．負載控制電路/充電控制電路

14～18、22～28．．．步驟

20．．．資料庫

30．．．一第一系列的減少特性曲線

30a～c．．．曲線

30a．．．曲線/第一特性曲線

30b．．．曲線/減少特性曲線

30c．．．曲線/減少特性曲線

32．．．一系列減少特性曲線

32a．．．第一減少特性曲線

32b．．．第二減少特性曲線

32c．．．第三減少特性曲線

第1圖依據一示範性實施例的一充電站之一圖形化結構；

第2圖依據一示範性實施例的一種方法之執行順序；

第3a圖一第一示範性減少特性曲線部分；

第3b圖第二示範性減少特性曲線部分。

14~18、22~28‧‧‧步驟

20‧‧‧資料庫

Claims (9)

1. 一種用於電動載具的充電站，包含：一網絡頻率量測裝置，經配置以獲取一網絡頻率及檢測該網絡頻率對一參考頻率的一偏移，一負載調節裝置，與該網絡頻率量測裝置操作連接使得在檢測到該網絡頻率對該參考頻率的一偏移時調節由該充電站發送給一電動載具的電力，其中該負載調節裝置溝通該電動載具一減小的充電電力以減少發送的電力，其中依據該網絡頻率量測裝置檢測到的偏移量、偏移持續時間，及/或頻率梯度，該負載調節裝置沿著一減少特性曲線減小由該充電站發送的電力。
2. 如申請專利範圍第1項所述之充電站，其中在該網絡頻率降至該參考頻率以下時，該負載調節裝置減少由該充電站發送給該電動載具的電力。
3. 如申請專利範圍第2項所述之充電站，其中為了減少發送的電力，該負載調節裝置在充電電流量上加一限制。
4. 如申請專利範圍第1項所述之充電站，其中該減少特性曲線依該網絡頻率量測裝置檢測到的偏移量、偏移持續時間，及/或頻率梯度而定。
5. 如申請專利範圍第1項所述之充電站，其中一旦檢測到該網絡頻率增加，該負載調節裝置增加由該充電站發送至一電動載具的電力。
6. 一種用以操作電動載具的一充電站的方法，包含： 獲取一網絡頻率，檢測該網絡頻率相對一參考頻率的一偏移，及在檢測到該網絡頻率相對該參考頻率的一偏移時調節由該充電站發送至一電動載具的電力，其中負載調節裝置溝通該電動載具一減小的充電電力以減少發送的電力，其中依據網絡頻率量測裝置檢測到的偏移量、偏移持續時間，及/或頻率梯度，該負載調節裝置沿著一減少特性曲線減小由該充電站發送的電力。
7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中對由該充電站發送至該電動載具的電力之調節為一減少或增加。
8. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中一旦充電電力之減小經溝通，該電動載具減少一充電電流。
9. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該減少特性曲線以該獲取偏移量、偏移持續時間，及/或頻率梯度的函數被決定。