CN114123157A - 分布式柔性互联与储能一体化充电桩 - Google Patents

分布式柔性互联与储能一体化充电桩 Download PDF

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Abstract

本发明公开了充电桩技术领域的一种分布式柔性互联与储能一体化充电桩，包括：交直流电力变换模组，其交流侧端口通过交流电气接口连接台区配电变压器，其直流侧端口连接扩展直流母线；隔离型双向直流电力变换模组，其第一直流侧端口连接扩展直流母线，其第二直流侧端口连接变电压直流母线；所述扩展直流母线通过直流母线接口连接台区直流母线；非隔离型单向直流电力变换模组，其第一直流侧端口连接变电压直流母线，其第二直流侧端口连接充电枪；储能模组，与所述变电压直流母线连接。本发明能减少设备占地面积，提升***效率，降低***建设和运维成本。

Description

分布式柔性互联与储能一体化充电桩
技术领域
本发明属于充电桩技术领域，具体涉及一种分布式柔性互联与储能一体化充电桩。
背景技术
目前，配电台区存在柔性互联、储能、光伏接入与电动汽车直流充电等业务需求，分别安装台区柔性互联装置、台区储能装置、台区光伏***、电动汽车直流充电功能装置设备解决上述业务需求，现有技术中存在设备占地面积大、需要安装额外的协同控制***、***综合效率低、***设备建设与运维成本高的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种分布式柔性互联与储能一体化充电桩，能减少设备占地面积，提升***效率，降低***建设和运维成本。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：分布式柔性互联与储能一体化充电桩，包括：交直流电力变换模组，其交流侧端口通过交流电气接口连接台区配电变压器，其直流侧端口连接扩展直流母线；隔离型双向直流电力变换模组，其第一直流侧端口连接扩展直流母线，其第二直流侧端口连接变电压直流母线；所述扩展直流母线通过直流母线接口连接台区直流母线；非隔离型单向直流电力变换模组，其第一直流侧端口连接变电压直流母线，其第二直流侧端口连接充电枪；储能模组，与所述变电压直流母线连接。
进一步地，所述交直流电力变换模组有两台，两台所述交直流电力变换模组的交流侧端口分别通过一个交流电气接口连接不同的台区配电变压器。
进一步地，所述充电桩满足：PT<=min(PA，PB)；PC<=(PA+PB)；PD<=PC+ PED（SOC）；其中，PT表示最大柔性互联功率，PA表示其中一台交直流电力变换模组的额定功率，PB表示另一台交直流电力变换模组的额定功率，PC表示隔离型双向直流电力变换模组的额定功率，PD表示非隔离型单向直流电力变换模组的额定功率，PED（SOC）表示储能模组的最大放电功率。
进一步地，交直流电力变换模组可以构成台区柔性互联装置，实现台区间功率转移。
进一步地，交直流电力变换模组、隔离型双向直流电力变换模组、储能模组构成台区储能***，将来自电网的电能和/或连接在第一直流侧端口连接扩展直流母线上的光伏***生产的电能存储，并向电网和/或充电端口释放。
进一步地，交直流电力变换模组、隔离型双向直流电力变换模组、非隔离型单向直流电力变换模组构成电动汽车充电***，将来自电网的电能和/或连接在第一直流侧端口连接扩展直流母线上的光伏***生产的电能和/或储能模组释放的电能供给电动汽车。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明通过交直流电力变换模组台区配电变压器和扩展直流母线，通过隔离型双向直流电力变换模组连接扩展直流母线与变电压直流母线，扩展直流母线通过直流母线接口连接台区直流母线，通过非隔离型单向直流电力变换模组连接变电压直流母线与充电枪，通过储能模组与变电压直流母线连接，将台区柔性互联、台区储能、台区光伏接入与电动汽车直流充电等功能集成在一起，以大功率直流充电桩为载体，构建具备柔性互联、PEG储能、分布式光伏柔性接入消纳能力的一体式模组化充电桩，基于***运行特性，通过复用电源设备，减少设备占地面积、提升***效率、降低***建设和运维成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种分布式柔性互联与储能一体化充电桩的电气拓扑示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种分布式柔性互联与储能一体化充电桩，包括：第一交流电气接口101、第二交流电气接口102，用于和两台不同线路下的配电变压器连接。
直流母线接口103，用于和光伏变换器的输出连接。
充电枪104，用于与电动汽车耦合器相连，并为电动汽车充电。
第一交直流电力变换模组201、第二交直流电力变换模组202，用于实现交流台区与直流母线间电能变换与功率传输。
扩展直流母线302，用于设备内连接第一交直流电力变换模组201、第二交直流电力变换模组202和直流母线接口103。
隔离型双向直流电力变换模组203，用于实现扩展直流母线302与变电压直流母线301间电能变换与功率传输。
变电压直流母线301，用于设备内连接隔离型双向直流电力变换模组203、储能模组205和非隔离型单向直流电力变换模组204。
储能模组205，用于存储来自直流母线接口103接入的光伏生产的电能以及来自第一交流电气接口101、第二交流电气接口102接入交流配网的电能，并通过非隔离型单向直流电力变换模组204和充电枪104为电动汽车提供电能，以及通过隔离型双向直流电力变换模组203、第一交流电气接口101、第二交流电气接口102向交流配网馈送电能。
非隔离型单向直流电力变换模组204，用于通过充电枪104向电动汽车充电。
第一交流电气接口101与第一交直流电力变换模组201的交流侧端口相连，第二交流电气接口102与第二交直流电力变换模组202的交流侧端口相连，第一交直流电力变换模组201的直流侧端口与扩展直流母线302相连，第二交直流电力变换模组202的直流侧端口与扩展直流母线302相连，直流母线接口103与扩展直流母线302相连，隔离型双向直流电力变换模组203的第一直流侧端口与扩展直流母线302相连，隔离型双向直流电力变换模组203的第二直流侧端口与变电压直流母线301相连，变电压直流母线301与非隔离型单向直流电力变换模组204的第一直流侧接口连接，变电压直流母线301与储能模组205连接，非隔离型单向直流电力变换模组204的第二直流侧接口与充电枪104连接。
第一交流电气接口101、第二交流电气接口102分别与台区需要柔性互联的配电变压器A和配电变压器B的馈线相连，直流母线接口103与台区直流母线相连，通常接入光伏、储能、直流供电的充电桩等。
本实施例能够提供的最大柔性互联功率为PT，第一交直流电力变换模组201的额定功率为PA，第二交直流电力变换模组202的额定功率为PB，隔离型双向直流电力变换模组203的额定功率为PC，非隔离型单向直流电力变换模组204的额定功率为PD，储能模组205的最大充电功率PEC，储能模组205的最大放电功率为PED，PEC和PED为储能模组205的SOC的函数。
本实施例需满足：
PT不高于PA和PB中的最小值，即PT<=min(PA，PB)；
PC功率不大于PA和PB功率之和，即PC<=(PA+PB)；
PD不高于PC和PED最大值之和，即PD<=PC+PED（SOC）。
本实施例中，柔性互联功率为Pt，直流母线接口103的输入功率为Pf，第一交直流电力变换模组201的运行功率为Pa，第二交直流电力变换模组202的运行功率为Pb，隔离型双向直流电力变换模组203的运行功率为Pc，非隔离型单向直流电力变换模组204的运行功率为Pd，储能模组205的充电功率为Pec，放电功率为Ped；
工作场景一：
充电枪104空闲，Pt>0， Pf>0，储能模组205的SOC<95%；
Pb=-Pt，Pc=min（PC，PA-Pt+Pf，PEC（SOC）），Pa=Pt+Pc-Pf，Pec=Pc。
工作场景二：
充电枪104空闲，Pt<0， Pf>0，储能模组205的SOC<95%；
Pa=Pt，Pc=min（PC，PB+Pt+Pf，PEC（SOC）），Pb=-Pt+Pc-Pf，Pec=Pc。
工作场景三：
充电枪104充电， Pt>0， Pf>0，Pd< min（PC，PA-Pt+pf）；
Pa=Pt+Pd，Pb=-Pt，Pc=Pd，Pec=0。
工作场景四：
充电枪104充电， Pt<0， Pf>0，Pd< min（PC，PA-Pt+pf）；
Pa=Pt，Pb=-Pt+Pd，Pc=Pd，Pec=0。
工作场景五：
充电枪104充电， Pt>0， Pf>0，Pd> min（PC，PA-Pt+pf），储能模组205的SOC>20%；
Pa=Pt，Pb=PB，Pc= min（PC，PA-Pt+pf），Ped=Pd-Pc。
工作场景六：
充电枪104充电， Pt<0， Pf>0，Pd> min（PC，PA-Pt+pf），储能模组205的SOC>20%；
Pa=PA，Pb=-Pt，Pc= min（PC，PA-Pt+pf），Ped=Pd-Pc。
本实施例通过第一交直流电力变换模组201、第二交直流电力变换模组202将台区配电变压器和扩展直流母线连接，通过隔离型双向直流电力变换模组203连接扩展直流母线302与变电压直流母线301，扩展直流母线302通过直流母线接口103连接台区直流母线，通过非隔离型单向直流电力变换模组204连接变电压直流母线301与充电枪104，通过储能模组205与变电压直流母线301连接。将第一交直流电力变换模组201和第二交直流电力变换模组202构成的台区柔性互联，第一交直流电力变换模组201、第二交直流电力变换模组202、隔离型双向直流电力变换模组203、储能模组205构成的台区储能，第一交直流电力变换模组201、第二交直流电力变换模组202、直流母线接口103构成的台区光伏接入与第一交直流电力变换模组201、第二交直流电力变换模组202、隔离型双向直流电力变换模组203、非隔离型单向直流电力变换模组204和充电枪104构成的电动汽车直流充电等功能集成在一起，以大功率直流充电桩为载体，构建具备柔性互联、PEG储能、分布式光伏柔性接入消纳能力的一体式模组化充电桩，基于***运行特性，通过复用电源设备，减少设备占地面积、提升***效率、降低***建设和运维成本。
本实施例同时给出120 kW一体化充电桩设计参数如下：
第一交直流电力变换模组201、第二交直流电力变换模组202均采用30kW的T型三电平AC/DC模块，其交流侧额定电压380Vac，其直流侧额定电压750Vdc，模块50%以上负载平均效率98%，PA=30kW，PB=30kW；
隔离型双向直流电力变换模组203选用20kW的DAB拓扑模块3只并联均流，其第一直流侧端口的额定电压为750Vdc，其第二直流侧端口的电压变化范围为600Vdc-900Vdc，模块50%以上负载平均效率98%，PC=60kW；
直流母线接口103接入750Vdc并网光伏10kW；
储能模组205选用2C充放电倍率的磷酸铁锂电池模组，容量为30.72kWh，模组采用240个40Ah电芯串联；
非隔离型单向直流电力变换模组204选用120kW的单向Buck拓扑模块，其第一直流侧电压工作范围600V-900V，其第二直流侧工作电压为200V-600V。
工作场景一：
Pt=20kW，Pd=0kW，Pf=10kW，205的SOC=30%；
Pa=30kW，Pb=-20kW，Pc=30kW，Pec=30kW。
工作场景二：
Pt=-20kW，Pd=0kW，Pf=10kW，205的SOC=95%；
Pa=-20kW，Pb=10kW，Pc=0kW，Pec=0kW。
工作场景三：
Pt=10kW，Pd=25kW，Pf=10kW；
Pa=25kW，Pb=10kW，Pc=25kW，Pec=0kW。
工作场景四：
Pt=20kW，Pd=25kW，Pf=0kW，205的SOC=95%；
Pa=30kW，Pb=20kW，Pc=10kW，Ped=15kW。
本实施例中，2台与不同台区配电变压器连接的交直流电力变换模组可以构成台区柔性互联装置，实现台区间功率转移。2台与不同台区配电变压器连接的交直流电力变换模组、隔离型双向直流电力变换模组、储能模组构成台区储能***，可以将来自电网的电能和/或连接在第一直流侧端口连接扩展直流母线上的光伏***生产的电能存储，并向电网和/或充电端口释放。2台与不同台区配电变压器连接的交直流电力变换模组、隔离型双向直流电力变换模组、非隔离型单向直流电力变换模组可构成电动汽车充电***，将将来自电网的电能和/或连接在第一直流侧端口连接扩展直流母线上的光伏***生产的电能和/或储能模组释放的电能供给电动汽车。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.分布式柔性互联与储能一体化充电桩，其特征在于，包括：
交直流电力变换模组，其交流侧端口通过交流电气接口连接台区配电变压器，其直流侧端口连接扩展直流母线；
隔离型双向直流电力变换模组，其第一直流侧端口连接扩展直流母线，其第二直流侧端口连接变电压直流母线；
所述扩展直流母线通过直流母线接口连接台区直流母线；
非隔离型单向直流电力变换模组，其第一直流侧端口连接变电压直流母线，其第二直流侧端口连接充电枪；
储能模组，与所述变电压直流母线连接。
2.根据权利要求1所述的分布式柔性互联与储能一体化充电桩，其特征在于，所述交直流电力变换模组有两台，两台所述交直流电力变换模组的交流侧端口分别通过一个交流电气接口连接不同的台区配电变压器。
3.根据权利要求2所述的分布式柔性互联与储能一体化充电桩，其特征在于，所述充电桩满足：
PT<=min(PA，PB)；
PC<=(PA+PB)；
PD<=PC+ PED（SOC）；
其中，PT表示最大柔性互联功率，PA表示其中一台交直流电力变换模组的额定功率，PB表示另一台交直流电力变换模组的额定功率，PC表示隔离型双向直流电力变换模组的额定功率，PD表示非隔离型单向直流电力变换模组的额定功率，PED（SOC）表示储能模组的最大放电功率。
4.根据权利要求2或3所述的分布式柔性互联与储能一体化充电桩，其特征在于，交直流电力变换模组可以构成台区柔性互联装置，实现台区间功率转移。
5.根据权利要求2或3所述的分布式柔性互联与储能一体化充电桩，其特征在于，交直流电力变换模组、隔离型双向直流电力变换模组、储能模组构成台区储能***，将来自电网的电能和/或连接在第一直流侧端口连接扩展直流母线上的光伏***生产的电能存储，并向电网和/或充电端口释放。
6.根据权利要求2或3所述的分布式柔性互联与储能一体化充电桩，其特征在于，交直流电力变换模组、隔离型双向直流电力变换模组、非隔离型单向直流电力变换模组构成电动汽车充电***，将来自电网的电能和/或连接在第一直流侧端口连接扩展直流母线上的光伏***生产的电能和/或储能模组释放的电能供给电动汽车。
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