一种新能源微电网电动汽车充电站的制作方法

文档序号:11663239
一种新能源微电网电动汽车充电站的制造方法与工艺

本实用新型涉及一种新能源微电网电动汽车充电站。



背景技术:

随着以电池为动力的电动车辆不断面世并快速走向市场,能否解决好这些车辆的动力电池的充电问题,已经成为这类新能源车辆能否推广应用的关键之一。

常规的电动汽车充(换)电站的电源取自于公共配电网,经降压后向电动汽车充电桩(充电机)提供电源。其存在如下的不足:

1)现有新能源微电网电动汽车充电站的控制管理布局不合理、不灵活;只有一级或者二级简单控制管理,控制管理功能不完善,缺乏微电网中长期稳定控制和能量管理,也缺乏协调指挥变配电模块、储能模块、分布式新能源发电单元、负荷、功率补偿设备的工作负责微电网中暂态稳定控制,因此整个系统控制不稳定,不高效;

2)缺乏一套控制系统进行调度、管理与控制,控制系统采集单元内的数据单一,不具备信息远程访问与传送能力,不可接入远程调度控制中心和信息化云服务。

3)常规电动汽车充(换)电站不提供分布式新能源发电、储能装置的接入与管理功能,当市电失电时充电站亦停运,而且在电网未覆盖区域则无法建设。

4)常规电动汽车充(换)电站并非模块化集成,安装建设复杂,建设周期长;

5)目前出现的光伏充电站,虽然可以接入与消纳光伏发电,但能源品种单一;适用范围窄。



技术实现要素:

本实用新型的第一目的是提供一种新能源微电网电动汽车充电站,解决目前充(换)电站的控制管理功能不完善,缺乏微电网中长期稳定控制和能量管理,也缺乏协调指挥变配电模块、储能模块、分布式新能源发电单元、负荷、功率补偿设备的工作负责微电网中暂态稳定控制,导致整个系统控制不稳定,不高效。

本实用新型的第二目的是提供一种新能源微电网电动汽车充电站,解决目前充(换)电站非模块化集成,安装建设复杂,建设周期长。

本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种新能源微电网电动汽车充电站,至少包括有一个新能源微电网电动汽车充电站单元模块,所述的新能源微电网电动汽车充电站单元模块包括变配电模块、储能模块、分布式新能源发电单元、负荷、无功功率补偿设备和微电网控制管理系统,所述的负荷是电动汽车充电桩或电动汽车充电机,其特征在于:新能源微电网电动汽车充电站单元模块分成3级控制管理,其中:储能模块的控制器、分布式新能源发电单元的控制器、负荷的控制器、功率补偿设备的控制器作为一级控制器;微电网控制管理系统包括实时协调控制器和能量管理控制系统,实时协调控制器作为二级控制器,能量管理控制系统作为顶层控制器;实时协调控制器分别与储能模块的控制器、分布式新能源发电单元的控制器、负荷的控制器、分布式新能源发电单元的控制器连接通信,实时协调控制器协调指挥变配电模块、储能模块、分布式新能源发电单元、负荷、功率补偿设备的工作负责微电网中暂态稳定控制;能量管理控制系统与实时协调控制器相互连接通信,能量管理控制系统收集微电网的各项运行参数和指挥实时协调控制器工作,负责微电网中长期稳定控制和能量管理。

上述能量管理控制系统还连接一远动通信装置,能量管理控制系统将微电网的全景数据通过远动通信装置向外发送,也可通过远动通信装置接入远程调度控制中心和信息化云服务。

上述微电网的全景数据包括模拟量和状态量,模拟量包括电流、电压、有功功率、无功功率、谐波分量、环境变量;状态量包括开关设备的位置信号、设备警告信号、就地控制装置动作及警告信号和运行监视信号。

上述实时协调控制器、能量管理控制系统和远动通信装置通过通信网络连接。

上述的通信总线还连接有卫星时钟,卫星时钟为实时协调控制器、能量管理控制系统、远动通信装置和就地控制器提供精确的时间信号。

上述通信总线连接一个光纤盒,微电网控制管理系统通过光纤盒分别与变配电模块、储能模块、分布式新能源发电单元、负荷、功率补偿设备连接通信。

上述光纤盒还连接若干个测控装置,测控装置用于采集新能源微电网电动汽车充电站单元模块里面的某设备运行数据以及控制某些设备通电或者断电或者运行状态。

上述能量管理控制系统是安装有微电网能量管理控制软件模块的计算机系统。

上述实时协调控制器是安装有微电网实时协调管理控制软件模块的嵌入式计算机装置。

上述所述的变配电模块包含高压配电装置、配电变压器和低压配电装置,高压配电装置的输入端接入外部的高压电网,所述的配电变压器一次侧连接于高压配电装置的输出端,二次侧连接于低压配电装置的输入端,低压配电装置提供额定电压为LM(kV)的低压主母线,所述的储能模块、分布式新能源发电单元、负荷以及功率补偿设备均连接于低压配电装置的低压主母线上,微电网控制管理系统控制整个新能源微电网电动汽车充电站单元模块的工作,高压配电装置包括高压电主母线、高压电网接入开关、变压器连接开关和模块级联开关,高压电网接入开关、变压器连接开关和模块级联开关的一端都分别连接在高压电主母线上,高压电网接入开关输入端接入外部的高压电网,变压器连接开关的输出端连接配电变压器一次侧,模块级联开关的引出端用于连接下一级的新能源微电网电动汽车充电站单元模块的高压电网接入开关。

上述当新能源微电网电动汽车充电站单元模块含有多个时,选择一个新能源微电网电动汽车充电站单元模块作为第一级,其高压电网接入开关的输入端接入外部的高压电网,其模块级联开关与第二级的新能源微电网电动汽车充电站单元模块的高压电网接入开关连接,其余各级的新能源微电网电动汽车充电站单元模块也按以上方式连接串联起来,获取高压电网提供的额定电压为HM(kV)的高压电。

上述选取其中一个新能源微电网电动汽车充电站单元模块的微电网控制管理系统为主,其余新能源微电网电动汽车充电站单元模块的微电网控制管理系统为从属的方式,将主微电网控制管理系统与各从属微电网控制管理系统连接起来相互通信,由主微电网控制管理系统统一向外传送数据及协调各新能源微电网电动汽车充电站单元模块工作。

上述高压电主母线、高压电网接入开关、变压器连接开关和模块级联开关安装在一个柜中形成高压配电柜;低压配电装置包括低压主母线接线和若干个低压接线开关,若干个低压接线开关的一端分别与低压主母线接线连接,另一端连接内置的设备或者引出,将低压主母线接线和若干个低压接线开关安装在一个柜中形成低压配电柜。

上述高压配电装置、配电变压器和低压配电装置是集成安装在一个箱体内形成箱式成套变配电设备。

上述储能模块包含配电柜、储能双向变流器以及电池组,将配电柜、储能双向变流器以及电池组集成安装形成箱式成套设备,储能模块是1个或者多个。

上述分布式新能源发电单元可以1个或者多个,分布式新能源发电单元的种类是光伏发电、或者是风力发电、或者是燃料电池、或者是水力发电、或者是内燃机发电机组、或者是燃气轮机发电机组。

本实用新型与现有技术相比,具有如下效果:

1)本实用新型的新能源微电网电动汽车充电站,新能源微电网电动汽车充电站单元模块分成3级控制管理,其中:储能模块的控制器、分布式新能源发电单元的控制器、负荷的控制器、无功功率补偿设备的控制器作为一级控制器;微电网控制管理系统包括实时协调控制器和能量管理控制系统,实时协调控制器作为二级控制器,能量管理控制系统作为顶层控制器;一级控制器属于就地控制器,根据就地采集的各类设备信息对各类电源和负荷进行控制;二级控制器是微电网控制协调层,是微电网系统运行的核心,负责微网整体协调控制,具备其在并网和孤网两种模式及切换条件下的控制功能;顶层控制器(即三级控制器)是微网能量管理系统层,实现对分布式发电供能系统的电源进行优化调度、调配储能和合理分配出力,保证微网安全、稳定、经济运行;这样的布局,灵活方便,适应性强,各级控制器分工明确,各负其责,且有机联系成一个整体,功能完善,控制高效,适用多种控制策略。

2)能量管理控制系统还连接一远动通信装置,能量管理控制系统将微电网的全景数据通过远动通信装置向外发送,也可通过远动通信装置接入远程调度控制中心和信息化云服务,功能完善,使用方便。

3)实时协调控制器、能量管理控制系统和远动通信装置通过通信网络连接,上述的通信网络还连接有卫星时钟,卫星时钟为实时协调控制器、能量管理控制系统、远动通信装置和就地控制器提供精确的时间信号,相互通信快捷方便,且连接结构简单,功能完善;

4)通信网络连接一个光纤盒,微电网控制管理系统通过光纤盒分别与变配电模块、储能模块、分布式新能源发电单元、负荷、功率补偿设备连接通信,结构简单,实施容易;

5)光纤盒还连接若干个测控装置,测控装置用于采集新能源微电网电动汽车充电站单元模块里面的某设备运行数据以及控制某些设备通电或者断电或者运行状态,结构简单,安装方便;

6)当新能源微电网电动汽车充电站单元模块含有多个时,上述选取其中一个新能源微电网电动汽车充电站单元模块的微电网控制管理系统为主,其余新能源微电网电动汽车充电站单元模块的微电网控制管理系统为从属的方式,将主微电网控制管理系统与各从属微电网控制管理系统连接起来相互通信,由主微电网控制管理系统统一向外传送数据及协调各新能源微电网电动汽车充电站单元模块工作,这样实施,简单方便。

附图说明:

图1是本实用新型实施例一的原理示意图;

图2是本实用新型实施例一具体方框原理图;

图3是本实用新型的新能源微电网电动汽车充电站单元模块的高压电控方框图;

图4是本实用新型实施例一中微电网控制管理系统与各部分的连接示意图;

图5是本实用新型实施例一中微电网控制管理系统的结构示意图;

图6是本实用新型实施例一中微电网控制管理系统的进一步展开的示意图。

二的原理示意图;

图7是本实用新型实施例二的具体的方框原理图;

图8是本实用新型实施例二的具体的高压电气接线示意图;

图9是本实用新型实施例二的具体的低压控制接线示意图;

图10是本实用新型实施例三的原理示意图。

具体实施方式:

下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。

实施例一:

如图1至图3所示,本实施例提供的是一种新能源微电网电动汽车充电站,包括有一个新能源微电网电动汽车充电站单元模块,所述的新能源微电网电动汽车充电站单元模块包括变配电模块、储能模块、分布式新能源发电单元、负荷、分布式新能源发电单元和微电网控制管理系统,所述的负荷是电动汽车充电桩或电动汽车充电机,其中:所述的变配电模块包含高压配电装置、配电变压器和低压配电装置,高压配电装置的输入端接入外部的高压电网,所述的配电变压器一次侧连接于高压配电装置的输出端,二次侧连接于低压配电装置的输入端,低压配电装置提供额定电压为LM(kV)的低压主母线,所述的储能模块、分布式新能源发电单元以及负荷均连接于低压配电装置的低压主母线上,微电网控制管理系统控制整个新能源微电网电动汽车充电站单元模块的工作。

上述高压配电装置包括高压电主母线、高压电网接入开关、变压器连接开关和模块级联开关,高压电网接入开关、变压器连接开关和模块级联开关的一端都分别连接在高压电主母线上,高压电网接入开关输入端接入外部的高压电网,变压器连接开关的输出端连接配电变压器一次侧,模块级联开关的引出端用于连接下一级的新能源微电网电动汽车充电站单元模块的高压电网接入开关。

上述高压电主母线、高压电网接入开关、变压器连接开关和模块级联开关安装在一个柜中形成高压配电柜;低压配电装置包括低压主母线接线和若干个低压接线开关,若干个低压接线开关的一端分别与低压主母线接线连接,另一端连接内置的设备或者引出,将低压主母线接线和若干个低压接线开关安装在一个柜中形成低压配电柜。

高压配电装置、配电变压器和低压配电装置是集成安装在一个箱体内形成箱式成套变配电设备。高压配电装置按充电站容量以及外部高压电网,外部高压电网提供的额定电压为HM(kV)为6kV,或者10kV,或者20kV或35kV,低压配电装置提供额定电压为LM(kV)为0.4KV。

上述储能模块包含配电柜、储能双向变流器以及电池组,将配电柜、储能双向变流器以及电池组集成安装形成箱式成套设备,储能模块是1个或者多个,图3中只画出储能模块1和储能模块N,N是整数,即储能模块可能有1-N的个数范围,因图表述面积有限,所以只画出储能模块1和储能模块N,其实储能模块可以有1个、2个、3个、4个、5个、甚至N个。

分布式新能源发电单元是光伏发电、或者是风力发电、或者是燃料电池、或者是水力发电、或者是内燃机发电机组、或者是燃气轮机发电机组,分布式新能源发电单元可以1个或者多个,图3中只画出分布式新能源发电单元1和分布式新能源发电单元N,N是整数,即储分布式新能源发电单元可能有1-N的个数范围,因图表述面积有限,所以只画出分布式新能源发电单元1和分布式新能源发电单元N,其实分布式新能源发电单元可以有1个、2个、3个、4个、5个、甚至N个。

上述所述的低压配电装置提供额定电压为LM(kV)的低压主母线还连接无功补偿设备SVG,无功补偿设备SVG受微电网控制管理系统控制,无功补偿设备SVG安装在低压配电柜中。

上述低压配电装置提供额定电压为LM(kV)的低压主母线接线还连接一个接插口,该接插口可直接接入380V市电中带负荷运行工作。

上述在低压配电柜中还可以安装一个内置电动汽车充电桩,该内置电动汽车充电桩与低压主母线连接;低压主母线还连接外置电动汽车充电桩,该外置电动汽车充电桩位于低压配电柜外,储能模块还可以安装内置电动汽车充电桩,该内置电动汽车充电桩安装储能模块的箱体上由储能模块直接供电。

如图4、图5、图6所示,本实用新型的一种新能源微电网电动汽车充电站,至少包括有一个新能源微电网电动汽车充电站单元模块,所述的新能源微电网电动汽车充电站单元模块包括变配电模块、储能模块、分布式新能源发电单元、负荷、无功功率补偿设备和微电网控制管理系统,所述的负荷是电动汽车充电桩或电动汽车充电机,其特征在于:新能源微电网电动汽车充电站单元模块分成3级控制管理,其中:

储能模块的控制器、分布式新能源发电单元的控制器、负荷的控制器、功率补偿设备的控制器作为一级控制器;

微电网控制管理系统包括实时协调控制器和能量管理控制系统,实时协调控制器作为二级控制器,能量管理控制系统作为顶层控制器;

实时协调控制器分别与储能模块的控制器、分布式新能源发电单元的控制器、负荷的控制器、分布式新能源发电单元的控制器连接通信,实时协调控制器协调指挥变配电模块、储能模块、分布式新能源发电单元、负荷、无功功率补偿设备的工作负责微电网中暂态稳定控制;

能量管理控制系统与能量管理控制系统相互连接通信,能量管理控制系统收集微电网的各项运行参数和指挥实时协调控制器工作,负责微电网中长期稳定控制和能量管理。

微电网控制管理系统的三层控制结构体系,每层控制器的实时性要求有所不同,一级控制器(或称就地控制器)响应速度最快,为毫秒级别,控制分布式微电源(以下简称微源)的运行和出力;二级控制器(即实时协调控制器)为毫秒、秒级,负责微网暂态稳定控制;三级控制器(能量管理控制系统)最慢,为秒、分钟及以上级别,负责微网中长期稳态控制和能量管理。

上述能量管理控制系统还连接一远动通信装置,能量管理控制系统将微电网的全景数据通过远动通信装置向外发送,也可通过远动通信装置接入远程调度控制中心和信息化云服务。上述微电网的全景数据包括模拟量和状态量,模拟量包括电流、电压、有功功率、无功功率、谐波分量、环境变量;状态量包括开关设备的位置信号、设备警告信号、就地控制装置动作及警告信号和运行监视信号。

上述实时协调控制器、能量管理控制系统和远动通信装置通过通信网络连接。上述的通信网络还连接有卫星时钟,卫星时钟为实时协调控制器、能量管理控制系统、远动通信装置和就地控制器提供精确的时间信号。上述通信网络连接一个光纤盒,微电网控制管理系统通过光纤盒分别与变配电模块、储能模块、分布式新能源发电单元、负荷、功率补偿设备连接通信。上述光纤盒还连接若干个测控装置,测控装置用于检测新能源微电网电动汽车充电站单元模块里面的某设备运行数据以及控制某些设备通电或者断电。上述能量管理控制系统是安装有微电网能量管理控制软件模块的计算机系统。上述实时协调控制器是安装有微电网实时协调管理控制软件模块的嵌入式计算机装置。

如图6所示,变配电模块形成成套的箱式结构,里面设置光纤盒和测控装置,测控装置可以有多个,可以测量高压电主母线的电流、电压及高压电网接入开关、变压器连接开关和模块级联开关的状态,也可以控制高压电网接入开关、变压器连接开关和模块级联开关的关断与闭合,测控装置通过变配电模块自带的光纤盒引出,变配电模块自带的光纤盒通过光纤与微电网控制管理系统的光纤盒连接通信。

无功补偿设备SVG内置控制器,无功补偿设备SVG的控制器通过光纤与微电网控制管理系统的光纤盒连接通信。

分布式新能源发电单元也带有控制器、内置式光纤盒和测控装置,测控装置和控制器连接内置式光纤盒,分布式新能源发电单元的控制器通过内置式光纤盒与微电网控制管理系统的光纤盒连接通信。

储能模块也带有控制器、内置式光纤盒和测控装置,储能模块的控制器一般是指电池管理系统BMS,电池管理系统BMS控制储能双向变流器工作;电池管理系统BMS通过内置式光纤盒与微电网控制管理系统的光纤盒连接通信。

负荷也带有控制器和内置式光纤盒,负荷的控制器通过内置式光纤盒与微电网控制管理系统的光纤盒连接通信。

实施例二:

如图7、图8所示,本实施例提供的是一种新能源微电网电动汽车充电站,包括有2个新能源微电网电动汽车充电站单元模块,分别为一级新能源微电网电动汽车充电站单元模块和二级新能源微电网电动汽车充电站单元模块,一级新能源微电网电动汽车充电站单元模块和二级新能源微电网电动汽车充电站单元模块是与实施例一所描述的新能源微电网电动汽车充电站单元模块是相同

的。图8中由于图片篇幅的关系,没有将一级新能源微电网电动汽车充电站单元模块和二级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的结构全部画出来,只是画出了变配电模块部分的电气原理图,因为一级新能源微电网电动汽车充电站单元模块和二级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的连接只是在变配电模块的连接。

一级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的高压电网接入开关的输入端接入外部的高压电网,一级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的模块级联开关与第二级的新能源微电网电动汽车充电站单元模块的高压电网接入开关连接,获取高压电网提供的额定电压为HM(kV)的高压电。

图9中由于图片篇幅的关系,没有将一级新能源微电网电动汽车充电站单元模块和二级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的结构全部画出来,只是画出了微电网控制管理系统的原理框图,一级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的微电网控制管理系统与二级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的微电网控制管理系统通过光纤连接通信,即利用微电网控制管理系统的光纤盒实现,非常简单方便。选取其中一级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的微电网控制管理系统为主,二级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的微电网控制管理系统为从属的方式,将一级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的主微电网控制管理系统与二级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的从属微电网控制管理系统连接起来相互通信,由主微电网控制管理系统统一向外传送数据及协调各新能源微电网电动汽车充电站单元模块工作。

实施例三:

图10所示,本实施例提供的是一种新能源微电网电动汽车充电站,包括有4个新能源微电网电动汽车充电站单元模块,分别为一级新能源微电网电动汽车充电站单元模块、二级新能源微电网电动汽车充电站单元模块、三级新能源微电网电动汽车充电站单元模块和四级新能源微电网电动汽车充电站单元模块;一级新能源微电网电动汽车充电站单元模块高压电网接入开关的输入端接入外部的高压电网,一级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的模块级联开关与第二级的新能源微电网电动汽车充电站单元模块的高压电网接入开关连接,其余各级的新能源微电网电动汽车充电站单元模块也按以上方式连接串联起来,获取高压电网提供的额定电压为HM(kV)的高压电。

选取其中一级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的微电网控制管理系统为主,二级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的微电网控制管理系统、三级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的微电网控制管理系统、四级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的微电网控制管理系统为从属的方式,将一级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的主微电网控制管理系统与各级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的从属微电网控制管理系统连接起来相互通信,由主微电网控制管理系统统一向外传送数据及协调各新能源微电网电动汽车充电站单元模块工作。

一级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的主微电网控制管理系统与二级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的从属微电网控制管理系统通过光纤连接通信,即利用微电网控制管理系统的光纤盒实现,非常简单方便。三级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的从属微电网控制管理系统和四级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的从属微电网控制管理系统也通过光纤连接一级新能源微电网电动汽车充电站单元模块的微电网控制管理系统。

以上实施例为本发明的较佳实施方式,但本发明的实施方式不限于此,其他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,均为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

再多了解一些
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