一种多能源共享充电桩供电方法、系统、设备和介质与流程

1.本发明充电桩供电技术领域，具体涉及一种多能源共享充电桩供电方法、系统、设备和介质。


背景技术：

2.电动汽车充电桩在城市电动汽车发展规划中的布局处于重要位置，而面对多种可再生能源汇入电网，充电桩可以考虑与多种能源相结合的运作方式，包括电池储能、光伏发电。在共享充电桩模式下，用户可以根据自身电动汽车出行规律以及充电需求规律对能源交易进行优化，结合光伏发电、电网送电、电池储能充放电进行综合优化，实现共享充电桩系能够满足用户充电需求，又能够优化多级能源使用的情况。
3.在专利号为cn202110122251.7的中国发明专利中，公开了一种应用可再生能源和多能源供电的服务区汽车充电桩群的方法，该方法主要实现了充电桩中的电量可以时刻保持富余并且周围的可再生能源可最大化地利用。
4.上述专利中的缺陷在于，虽然实现了充电桩中的电量可以时刻保持富余并且周围的可再生能源可最大化地利用，但缺乏对多种能源的有效管理，不能实现充电电网的能源利用最大化。


技术实现要素：

5.为解决现有技术所存在的技术问题，本发明提供一种多能源共享充电桩供电方法、系统、设备和介质，可以最大化实现可再生能源利用，同时优化电池储能以及电网功率，能够对多种能源进行有效管理，实现充电电网的能源利用最大化。
6.本发明的第一个目的在于提供一种多能源共享充电桩供电方法。
7.本发明的第二个目的在于提供一种多能源共享充电桩供电系统。
8.本发明的第三个目的在于提供一种计算机设备。
9.本发明的第四个目的在于提供一种存储介质。
10.本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
11.一种多能源共享充电桩供电方法，所述方法包括：
12.检测电动汽车的充电负荷、光伏太阳能系统的光伏出力以及电池储能系统的电池储能状态；
13.根据电动汽车的充电负荷、光伏太阳能系统的光伏出力、电池储能系统的电池储能状态的多种不同情形，多能源共享充电桩进行多种供电模式切换；当电池储能系统达到荷电状态极限时，通过电网为电动汽车充电或为电池储能充电提供电能；当光伏出力大于动汽车充电负荷需求时，通过电池储能系统存储多余的光伏出力或弥补光伏太阳能系统的光伏出力不足。
14.进一步地，所述多种供电模式包括：第一模式、第二模式、第三模式、第四模式、第五模式和第六模式；
15.第一模式，当光伏出力大于电动汽车充电负荷时，通过光伏太阳能系统对电动汽车进行充电；
16.第二模式，当光伏出力小于电动汽车充电负荷，电动汽车充电负荷与光伏出力的差值小于电池储能系统的可用功率时，电池储能系统向电动汽车充电提供部分充电功率；
17.当光伏出力小于电动汽车充电负荷，电动汽车充电负荷与光伏出力的差值大于电池储能系统的可用功率时，电池储能系统的所有功率用于电动汽车充电，
18.第三模式，当光伏出力与电池储能系统的电池储能之和小于电动汽车的充电负荷时，电动汽车的充电负荷的功率缺额由电网提供；
19.当光伏出力小于电动汽车充电负荷且电网处于负荷低谷时，电动汽车的充电负荷的功率缺额由电网进行提供；
20.第四模式，当光伏出力大于电动汽车充电负荷，光伏出力与电动汽车充电负荷之差小于电池储能系统的电池储能需求功率时，过剩的光伏出力传输至电池储能系统进行电池储能；
21.第五模式：当光伏出力大于电动汽车充电负荷与电池储能系统的电池储能需求功率之和，电池储能系统的电池荷电状态达到电池荷电最大限值后，过剩的光伏出力传输至电网；
22.第六模式，当电网为负荷峰值且光伏出力小于电池储能系统的电池储能需求功率，由电网向电池储能系统进行充电。
23.本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
24.一种多能源共享充电桩供电系统，包括光伏太阳能系统和电池储能系统，所述系统，
25.还包括充电单元、soc储能状态检测单元、供电模式控制单元、电路切换连接执行单元和双向dc/ac变换器；
26.充电单元与多种能源电路连接，用于通过充电桩接口对电动车充电；
27.soc储能状态检测单元与电池储能系统连接，用于检测识别电池储能系统发出的电池储能状态；
28.供电模式控制单元与soc储能状态检测单元连接，用于根据电池电能储能状态采用不同模式对充电单元供电；
29.电路切换连接执行单元与供电模式控制单元连接，用于执行电路切换的命令；
30.本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：
31.一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述的一种多能源共享充电桩供电方法。
32.本发明的第四个目的可以通过采取如下技术方案达到：
33.一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述的一种多能源共享充电桩供电方法。
34.本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
35.本发明通过提供一种多能源共享充电桩供电方法、系统、设备和介质，检测并根据电动汽车负荷、光伏出力以及电池储能状态，提供电多种模式切换，以实现多种供电端对电动汽车充电或电池储能充电提供电能，考虑光伏和电池储能系统联合支撑电动汽车充电，
电网可以在预定条件下对电动汽车充电或电池储能充电提供电能，最大化实现可再生能源利用，同时优化电池储能以及电网功率，实现充电电网的能源利用最大化。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
37.图1为本发明一种多能源共享充电桩供电方法的流程图；
38.图2为本发明一种多能源共享充电桩供电方法中充电电源过负荷状态流程图；
39.图3为本发明一种多能源共享充电桩供电方法中充电电源欠负荷状态流程图；
40.图4为本发明一种多能源共享充电桩供电方法中充电电源零负荷状态流程图；
41.图5为本发明一种多能源共享充电桩供电系统的结构框图；
42.图6为本发明一种多能源共享充电桩供电系统中双向dc/ac变换器的充电模式1流程图；
43.图7为本发明一种多能源共享充电桩供电系统中双向dc/ac变换器的充电模式2流程图；
44.图8为本发明一种多能源共享充电桩供电系统中双向dc/ac变换器的充电模式3流程图；
45.图9为本发明一种多能源共享充电桩供电系统中双向dc/ac变换器的充电模式4流程图；
46.图中标记说明：10-充电单元，20-soc储能状态检测单元，30-供电模式控制单元，40-电路切换连接执行单元，50-双向dc/ac变换器。
具体实施方式
47.下面将结合附图和实施例，对本发明技术方案做进一步详细描述，显然所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，本发明的实施方式并不限于此。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
48.实施例1：
49.本发明应用于含有光伏太阳能系统的电动汽车充电桩，共享充电桩的优化目标为最大化可再生能源使用，为克服可再生能源的间歇性，考虑共享充电桩联合电池储能系统bss运行，在不同运行条件下可以平衡充电负荷。本发明提出的一种多能源共享充电桩供电方法可以减少电网的能源消耗，从而间接减少成本、污染等，够对多种能源进行全局优化而有效利用，为实现可再生能源最大化利用、解决间歇性能源问题、电网能源高效利用、最小化从电网购电。
50.多能源共享充电桩能源以及供需平衡表达式如下：
51.p
pv
+pg+pb＝p
ev
52.其中，p
pv
为光伏出力；pg为电网购电需求；pb为电池储能出力；p
ev
为电动汽车充电
功率需求。
53.其中，电池储能系统作为光伏发电、电网连接、电动汽车充电负荷的缓冲，能够在光伏发电过剩的时候，储存部分电能，在光伏发电短缺时，可以利用电池储能进行供电。由于电池储能的响应速度十分快，需要光伏发电以及电池储能系统进行配合。在这种情况下，电网仅仅当电池储能系统达到荷电状态极限时参与调控。
54.本发明通过检测电动汽车负荷、光伏出力以及电池储能状态，根据光伏发电实时出力的变化以及不同的荷电状态，提供电多种模式切换，以实现多种供电端对电动汽车充电或电池储能充电提供电能，考虑光伏和电池储能系统联合支撑电动汽车充电，电网可以在预定条件下对电动汽车充电或电池储能充电提供电能，最大化实现可再生能源利用，同时优化电池储能以及电网功率，能够对多种能源进行有效利用，实现充电电网的能源利用最大化。
55.如图1所示，一种多能源共享充电桩供电方法，包括步骤：
56.s1、检测电动汽车的充电负荷、光伏太阳能系统的光伏出力以及电池储能系统的电池储能状态
57.本发明所述的多能源共享充电桩包括光伏太阳能系统、电池储能系统，电动汽车充电负荷由电动汽车自身的状态监测提供当前的电池状态；光伏出力由光功率预测系统提供短时和长时间的出力预测；电池储能状态由电池能量管理系统bms提供。
58.电池储能状态包括过负荷状态、欠负荷状态和零负荷状态。
59.s2、根据电动汽车的充电负荷、光伏太阳能系统的光伏出力、电池储能系统的电池储能状态的多种不同情形，多能源共享充电桩进行多种供电模式切换；当电池储能系统达到荷电状态极限时，通过电网为电动汽车充电或为电池储能充电提供电能；当光伏出力大于动汽车充电负荷需求时，通过电池储能系统存储多余的光伏出力或弥补光伏太阳能系统的光伏出力不足。
60.进一步地，多种供电模式包括：第一模式、第二模式、第三模式、第四模式、第五模式和第六模式。
61.第一模式供电方式：当光伏出力大于电动汽车充电负荷，通过光伏发电为电动汽车进行充电。为减轻电网依赖，优先使用光伏发电，由光伏发电产生交易，向电动汽车用户以固定价格进行销售。在这种情景下，光伏与电动汽车充电负荷之间的功率交换可以波动。
62.光伏出力完全满足电动汽车充电负荷，
63.p
p2e
＝p
ev
64.其中，p
p2e
为光伏向电动汽车充电功率；p
ev
为电动汽车充电负荷；
65.p
p2e
＝p
pv
66.其中，p
p2e
为光伏向电动汽车充电功率，p
pv
为光伏发电。
67.第二模式供电方式：当光伏出力小于电动汽车充电负荷，同时在电网中发生负荷过高时，则需要进行以下处理。
68.当电动汽车负荷以及光伏出力之间的差值小于电池储能系统的可用功率，则由电池储能系统向电动汽车提供部分充电功率，由电池储能系统向电动汽车提供部分充电功率。
69.p
b2e
＝p
ev-p
pv
70.其中，p
b2e
为电池储能向电动汽车充电功率；p
pv
为光伏发电；
71.当电动汽车负荷以及光伏出力之间的差值大于电池储能的可用功率时，所有电池储能的功率用于电动汽车充电，为确保充电过程不被中断，剩余功率需要由电网提供。相应的电池储能充电公式如下：
72.p
b2e
＝pb73.pb＝(soc
t-soc
min
)
·n·
cb74.其中，pb为电池储能发电；soc为电动汽车荷电状态，soc
t
为电动汽车t时段荷电量，soc
min
为最低电动汽车荷电；n为电池数量；cb为电池容量。
75.第三模式供电方式：在该模式下，从电网购电向电动汽车充电。当光伏出力与电池储能之和小于电动汽车充电负荷，则功率缺额p
g2e
需要由电网提供。
76.p
g2e
＝p
ev-(p
pv
+pb)
77.当光伏出力小于电动汽车充电负荷，同时电网处于负荷低谷，则无需向电池储能购电，功率缺额p
g2e
由电网进行提供。
78.p
g2e
＝p
ev-p
pv
79.第四模式供电方式：光伏出力大于动汽车充电负荷，并且电动汽车荷电状态soc小于最高电动汽车荷电soc
max
，购电价格与售电价格相等，否则将会由于价格差形成光伏发电与电池储能系统之间的功率交换；光伏出力与电动汽车充电负荷之差大于需要的电池储能发电时，由过剩的光伏发电提供电池储能需求功率p
p2b
。
80.p
p2b
＝pb81.pb＝(soc
max-soc
t
)
·n·
cb82.其中，pb为电池储能发电；soc为电动汽车荷电状态；n为电池数量；cb为电池容量，soc
t
为为电动汽车t时段荷电量。
83.当光伏出力与电动汽车充电负荷之差小于电池储能需求，则过剩的光伏出力传输至电池储能。
84.p
p2b
＝p
pv-p
ev
85.第五模式供电方式：当光伏出力大于电动汽车总充电需求以及电池储能需求，则将剩余功率发送至电网；因此，传输能源总额取决于电池储能系统的荷电状态。当电池储能的soc＜socmax，电池储能则利用光伏发电进行充电，剩余功率传输至电网。
86.p
p2g
＝p
pv-(p
ev
+pb)
87.当电池储能soc达到最大限值，所有剩余光伏出力传输至电网。
88.p
p2g
＝p
pv-p
ev
89.在上述两种情景中，均为光伏发电向电网送电。
90.第六模式供电方式：当电网为达到负荷峰值，同时光伏出力不能够满足电池储能的充电需求，则需要由电网进行向电池储能的充电；其中充电功率可以发生变化。当光伏发电功率过剩，则电池储能首先由光伏发电出力进行解决，剩余的需求则由电网进行充电。
91.p
g2b
＝p
b-(p
pv-p
ev
)
92.当光伏发电功率未达到需求，则功率缺额由电网提供。
93.p
g2b
＝pb94.优选地，电池储能系统在不同电池储能状态的运行模式包括：
95.过负荷状态模式，如图2所示，充电电源过负荷状态流程图，过负荷状态，即电动汽车充电负荷高于光伏出力：电动汽车充电负荷大于光伏发电，光伏发电无法满足动汽车充电负荷，需求差值由电池储能或电网提供，一般情况下，当电网低谷时电网价格小于充电价格，利用相应的模式在电网低谷时进行充电，同时校核电池荷电状态soc，当soc《socmax，电网可直接向电池储能充电。无论电动汽车负荷或电池储能负荷均可以在相应的模式中取得相应的电能。另外，当电网负荷处于峰值，电池储能可用电量大于或等于电动汽车充电负荷，则电动汽车充电负荷由电池储能模式完成。当电池储能可用电量小于剩余电动汽车充电负荷，则电网向电池储能充电并提供相应的电动汽车负荷。当光伏充电和电池储能均不能够提供足够电量，电动汽车负荷则由电网提供，利用充电价格较低的优势向电动汽车提供电量。
96.欠负荷状态模式，如图3所示，充电电源欠负荷状态流程图，欠负荷状态，即电动汽车充电负荷小于等于光伏出力：s201、光伏发电大于动汽车充电负荷，因此，剩余的光伏发电可以为电池储能充电，直到电池储能和电状态达到要求。否则，光伏出力理的剩余值可以向电网售电获取部分收益。光伏发电剩余出力具有优先向电池储能充电的条件。当电池储能需求大于光伏发电，则剩余的负荷需求需要利用电网模式进行解决。当光伏出力大于电池储能需求，则剩余出力则向电网售电。
97.零负荷状态模式，如图4所示，充电电源零负荷状态流程图，零负荷状态，即电动汽车充电负荷为0，光伏出力不为0：s301、在没有负荷的情景下，光伏发电可以为电池储能提供电能或者为电网送电。电池储能的核电状态需要校验，当核电状态低于最大值socmax，光伏出力则首先向电池储能充电。当光伏出力大于电池储能的需求，剩余功率向电网送电。当电池储能大于光伏出力，电池储能可以通过电网进行充电。当电池储能系统处于socmax，所有的光伏出力则流向电网。
98.本发明通过提供一种多能源共享充电桩供电方法，检测并根据电动汽车负荷、光伏出力以及电池储能状态，提供电多种模式切换，以实现多种供电端对电动汽车充电或电池储能充电提供电能，考虑光伏和电池储能系统联合支撑电动汽车充电，电网可以在预定条件下对电动汽车充电或电池储能充电提供电能，最大化实现可再生能源利用，同时优化电池储能以及电网功率，实现充电电网的能源利用最大化。
99.实施例2
100.如图5所示，基于相同的发明构思，本发明还提供了一种多能源共享充电桩供电系统，包括光伏太阳能系统和电池储能系统，还包括充电单元10、soc储能状态检测单元20、供电模式控制单元30、电路切换连接执行单元40和双向dc/ac变换器50；
101.充电单元10与多种能源电路连接，用于通过充电桩接口直接对电动车充电；
102.多种能源电路包括：光伏发电电路、电网电路和电池储能电路
103.soc储能状态检测单元20与充电桩电能存储系统连接，用于识别充电桩电能存储系统发出的电池储能状态；
104.供电模式控制单元30与soc储能状态检测单元20连接，搭载了供电的多种模式，用于根据电池储能状态采用不同模式对充电单元10供电；
105.电路切换连接执行单元40与供电模式控制单元30连接，用于执行电路切换的命令，使得充电单元10与多种储能电路中任意一种电路连通；
106.双向dc/ac变换器50与电路切换连接执行单元40连接，用于电路切换过程中不同电路充电电压的转换。
107.双向dc/ac变换器根据多能源共享充电桩供电模式不同，包括四种充电模式；
108.如图6所示，充电模式1：光伏在较低的日照辐射水平以及极端的天气状况下不产生电能，boost转换器转换独立运行，电网为电动汽车充电提供电源；当直流节点电压大于直流参考电压1，则供电模式控制单元将充电模式1转换为充电模式2，在这种情况下，buck转换器调节电压输出向电动汽车充电；当电动汽车电池电压超过电池储能电压，并且电网向电池储能充电，则控制器终止电动汽车负荷；
109.如图7所示，充电模式2：光伏系统的输出小于动汽车充电负荷，光伏组件所有出力将会与电网一同为电动汽车供电，直流节点电压变化将会根据光照辐射进行调整；双向dc/ac变换器与电网分离，当变压器负荷大于规定上限时，电动汽车充电有光伏进行维持；另一方面电网负责负荷峰值需求；
110.如图8所示，充电模式3：所有动汽车充电负荷由光伏系统进行提供，在dc节点在参考电压2和参考电压3之间变化；
111.如图9所示，充电模式4：直流电压节点大于参考电压3，并且光伏出力大于电能需求；光伏出力的多余电能则利用双向dc/ac变换器转供至电网；完成电动汽车充电之后，光伏所产生的所有出力将传输至电网。
112.实施例3：
113.本实施例提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器、计算机等，其包括通过系统总线连接的处理器、存储器、输入装置、显示器和网络接口，该处理器用于提供计算和控制能力，该存储器包括非易失性存储介质和内存储器，该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库，该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境，处理器执行存储器存储的计算机程序时，实现上述实施例1的一种多能源共享充电桩供电方法，如下：
114.检测电动汽车的充电负荷、光伏太阳能系统的光伏出力以及电池储能系统的电池储能状态；
115.根据电动汽车的充电负荷、光伏太阳能系统的光伏出力、电池储能系统的电池储能状态的多种不同情形，多能源共享充电桩进行多种供电模式切换；当电池储能系统达到荷电状态极限时，通过电网为电动汽车充电或为电池储能充电提供电能；当光伏出力大于动汽车充电负荷需求时，通过电池储能系统存储多余的光伏出力或弥补光伏太阳能系统的光伏出力不足。
116.所述多种供电模式包括：第一模式、第二模式、第三模式、第四模式、第五模式和第六模式；
117.第一模式：当光伏出力大于电动汽车充电负荷时，通过光伏太阳能系统对电动汽车进行充电；
118.第二模式：当光伏出力小于电动汽车充电负荷，电动汽车充电负荷与光伏出力的差值小于电池储能系统的可用功率时，电池储能系统向电动汽车充电提供部分充电功率；
119.当光伏出力小于电动汽车充电负荷，电动汽车充电负荷与光伏出力的差值大于电池储能系统的可用功率时，电池储能系统的所有功率用于电动汽车充电，
120.第三模式：当光伏出力与电池储能系统的电池储能之和小于电动汽车的充电负荷时，电动汽车的充电负荷的功率缺额由电网提供；
121.当光伏出力小于电动汽车充电负荷且电网处于负荷低谷时，电动汽车的充电负荷的功率缺额由电网进行提供；
122.第四模式：当光伏出力大于电动汽车充电负荷，光伏出力与电动汽车充电负荷之差小于电池储能系统的电池储能需求功率时，过剩的光伏出力传输至电池储能系统进行电池储能；
123.第五模式：当光伏出力大于电动汽车充电负荷与电池储能系统的电池储能需求功率之和，电池储能系统的电池荷电状态达到电池荷电最大限值后，过剩的光伏出力传输至电网；
124.第六模式：当电网为负荷峰值且光伏出力小于电池储能系统的电池储能需求功率，由电网向电池储能系统进行充电。
125.实施例4：
126.本实施例提供了一种存储介质，该存储介质为计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时，处理器执行存储器存储的计算机程序时，实现上述实施例1的一种多能源共享充电桩供电方法，如下：
127.检测电动汽车的充电负荷、光伏太阳能系统的光伏出力以及电池储能系统的电池储能状态；
128.根据电动汽车的充电负荷、光伏太阳能系统的光伏出力、电池储能系统的电池储能状态的多种不同情形，多能源共享充电桩进行多种供电模式切换；当电池储能系统达到荷电状态极限时，通过电网为电动汽车充电或为电池储能充电提供电能；当光伏出力大于动汽车充电负荷需求时，通过电池储能系统存储多余的光伏出力或弥补光伏太阳能系统的光伏出力不足。
129.所述多种供电模式包括：第一模式、第二模式、第三模式、第四模式、第五模式和第六模式；
130.第一模式：当光伏出力大于电动汽车充电负荷时，通过光伏太阳能系统对电动汽车进行充电；
131.第二模式：当光伏出力小于电动汽车充电负荷，电动汽车充电负荷与光伏出力的差值小于电池储能系统的可用功率时，电池储能系统向电动汽车充电提供部分充电功率；
132.当光伏出力小于电动汽车充电负荷，电动汽车充电负荷与光伏出力的差值大于电池储能系统的可用功率时，电池储能系统的所有功率用于电动汽车充电，
133.第三模式：当光伏出力与电池储能系统的电池储能之和小于电动汽车的充电负荷时，电动汽车的充电负荷的功率缺额由电网提供；
134.当光伏出力小于电动汽车充电负荷且电网处于负荷低谷时，电动汽车的充电负荷的功率缺额由电网进行提供；
135.第四模式：当光伏出力大于电动汽车充电负荷，光伏出力与电动汽车充电负荷之差小于电池储能系统的电池储能需求功率时，过剩的光伏出力传输至电池储能系统进行电池储能；
136.第五模式：当光伏出力大于电动汽车充电负荷与电池储能系统的电池储能需求功
率之和，电池储能系统的电池荷电状态达到电池荷电最大限值后，过剩的光伏出力传输至电网；
137.第六模式：当电网为负荷峰值且光伏出力小于电池储能系统的电池储能需求功率，由电网向电池储能系统进行充电。
138.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。