基于交直流双母线的电动车充电站系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电动车充电站、新能源发电接入和可靠性供电领域，系统具备电动车充电站完整功能，实现市电、柴油发电机、光伏、风电等多种能源交直流混合接入，可适用于DC250V-DC750V全系列电动车快速充电、AC220V慢速充电和DC30V-DC90V电动车电池换电站中独立电池组充电，并可用于新能源发电的多余电量并网。
【背景技术】
[0002]一方面，大量电动车同时进行快速充电会对配电网造成很大的负荷冲击，从而导致配电网潮流波动过大，难以维持稳定运行；同时，在很多偏远地区由于利用率低、建设成本高、电力输送困难等原因，常规电动车充电站网络很难延伸到这些地区，限制了电动车的使用范围。另一方面，光伏、风电等资源在偏远地区极其丰富，但由于新能源发电的间歇性、不稳定、不可控等特点，限制了此类资源的的充分利用。采用交直流双母线、配以双向变流器、在直流母线上设置储能子系统的办法，可以统一解决以上两方面问题；在并网运行情况下，既可以平抑大量电动车同时充电对配电网造成的负荷冲击，又可以平抑新能源发电的波动性；在离网运行情况下，利用新能源发电、柴油发电机、储能相配合，实现对偏远地区的电动车充电站供电。
【发明内容】
[0003]为克服现有技术中的不足，本发明提出了一种基于交直流双母线的电动车充电站系统，用于平抑大量电动车同时充电对配电网造成的冲击和新能源并网发电的波动性问题；通过新能源发电、柴油发电机、储能相配合的方法，解决偏远地区的电动车充电站供电冋题。
[0004]本发明的具体实现方案如下:
[0005]一种基于交直流双母线的电动车充电站系统，包括交流母线以及交流母线连接子系统、直流母线和直流母线连接的子系统、双向变流器；其特征在于:
[0006]双向变流器的交流侧连接交流母线，双向变流器的直流侧连接直流母线，能量通过双向变流器在交流母线和直流母线之间双向流动；
[0007]直流母线上连接的子系统包括储能子系统、光伏子系统、风电子系统和若干直流充电机子系统，将光伏、风电作为直流母线的直接输入电源，直流充电机直接从直流母线获取能量为电动车充电；
[0008]交流母线上连接的子系统包括市电接入子系统、有源电力滤波器APF接入子系统、柴油发电机接入子系统和若干交流充电机子系统，将市电、柴油发电机作为交流母线的直接输入电源，交流充电机直接从交流母线获取能量为电动车充电。
[0009]本发明还可以进一步优选采用以下技术方案:
[0010]交流充电机子系统和直流充电机子系统的数量可以根据实际需要灵活选择。
[0011]直流母线上连接的子系统，以及交流母线上连接的子系统均采用模块化设计，子系统可包含若干个模块，根据实际使用需要，灵活选择配置模块的数量及容量。功能模块主要由模块控制器和模块主电路组成，可独立实现电流、电压变化等基本功能。同一子系统中的功能模块完全相同，不同各子系统中的功能模块不同。
[0012]所述电动车充电站系统还包括系统主控制器、子系统控制器和模块控制器；子系统控制器与模块控制器之间设有独立信号交互通道；系统主控制器与子系统控制器之间设有独立信号交互通道，与交换机数据通道并行。
[0013]所述电动车充电站系统还设有数据交换机，数据交换机连接系统主控制器、各子系统控制器、计费工作站、安防工作站、视频监控工作站、数据服务器，并实现所连接设备间的数据交互。
[0014]所述系统主控制器负责整个电动车充电站系统的总体控制、工作模式切换和各子系统的功能协调等功能，方便充电站的多种能源接入、并网运行、离网运行、并离网切换、负荷优化管理，实现充电站的系统调配、监控和保护功能；各子系统控制器负责实现具体子系统内的信息收集、接收系统主控制器指令、生成子系统内部指令并下发给子系统内的模块控制器和继电保护等基本功能；各模块控制器负责实现各子系统中具体模块的基本功能。
[0015]系统主控制器与各子系统控制器进行数据交互，并可直接对各子系统中的快速开关下发分闸指令，也可将各子系统控制器采集并上传的各子系统的信息数据上传给交换机。
[0016]子系统控制器与子系统中的若干功能模块进行数据交互，对子系统内部母线进行数据采样、对快速开关进行分合闸控制，实现对子系统继电保护功能，也可将子系统数据上传给系统主控制器和交换机，并接收主控制器下发的控制调配信号。
[0017]模块控制器对模块内部进行数据采样，对模块进行实时控制，并将信号上传给子系统控制器。
[0018]所述系统主控制器通过各子系统控制器获取各子系统运行参数信息，并设有与各子系统中的快速开关进行信号交互的独立信号通道。子系统的内部母线设有采样传感器、快速开关设有信号反馈节点，子系统控制器根据系统主控制器的参数给定和在子系统内采集到的模拟量、开关状态量对子系统进行控制和保护，实现子系统的基本功能。模块内设有采样传感器、开关器件设有信号反馈节点，模块控制器根据子系统控制器的参数给定和在模块内采集到的模拟量、开关量对模块进行实时控制，实现模块的基本功能。
[0019]所述双向变流器由系统主控制器直接控制，根据不同系统状态实施不同系统调配策略，协调能量流向，保持系统稳定运行，并设有并离网两种控制模式。并网情况下，光伏子系统和风力子系统发电量之和大于直流母线负荷需要时，优先对储能子系统充电；储能子系统无需充电时，双向变流器再将直流能量逆变到交流母线，供给交流负荷或馈入电网。并网情况下，光伏子系统和风力子系统发电量之和小于直流母线负荷需要时，对市电冲击不超过阈值时，双向变流器将交流母线能量整流供给直流母线；对市电冲击超过阈值时，在双向变流器将交流母线能量整流供给直流母线的同时，储能子系统将储能元件中的能量释放到直流母线，抑制系统对市电冲击。离网情况下，光伏子系统和风力子系统发电量之和大于直流母线负荷需要时，优先对储能子系统充电；储能子系统无需充电时，限制柴油发电机出力，双向变流器再将直流能量逆变到交流母线，为交流负荷供电；交流母线无负荷要求或负荷要求较小，系统主控制器下发指令限制光伏和风力发电功率。离网情况下，光伏子系统和风力子系统发电量之和小于直流母线负荷需要时，优先使用储能子系统能量；储能子系统不能满足要求时，调整柴油发电机出力，双向变流器再将交流母线能量整流供给直流母线。
[0020]所述储能子系统包括若干储能元件组、若干储能双向模块、一条储能子系统内部母线、一个储能子系统快速开关和一个储能子系统控制器；每个储能双向模块一端与储能元件连接，另一端与储能子系统内部母线连接，储能子系统内部母线通过储能子系统快速开关与系统直流母线连接。
[0021]按照电路组成，每个储能双向模块包含手动开关、储能元件侧软启动开关组、升降压双向电路单元和母线侧软启动开关组；所述储能双向模块的手动开关一端与储能元件连接，另一端与储能元件侧软启动开关组连接；储能元件侧软启动开关组另一侧依次连接升降压双向电路单元和母线侧软启动开关组；母线侧软启动开关组另一端与储能子系统内部母线连接；在储能元件侧软启动开关组与升降压双向电路单元之间、内部母线侧设有电压电流传感器。
[0022]按照电路功能，每个储能双向模块独立完成电压变换和能量双向流动的基本功能；所述模块由三路具有独立功能、驱动脉冲交错控制的升降压双向变换电路组成，每个储能双向模块提供三路储能元件组接口，可以独立连接三个储能元件组，也可以三路并联后连接一个储能元件组；储能元件组配有储能元件管理单元。
[0023]所述光伏子系统包括若干光伏组串、若干光伏输入模块、一条光伏子系统内部母线、一个光伏子系统快速开关和一个光伏子系统控制器；每个光伏输入模块一端与光伏组串连接，另一端与光伏子系统内部母线连接，光伏子系统内部母线通过光伏子系统快速开关与系统直流母线连接。
[0024]按照电路组成，每个光伏输入模块包括手动开关、软启动开关组和升压电路单元；所述模块的手动开关一端与光伏组串连接，另一端与软启动开关组连接；软启动开关组另一端连接升压电路单元，升压电路单元的另一侧与光伏子系统内部母线连接；在软启动开关组与升压电路单元之间、内部母线侧设有电压电流传感器。
[0025]按照电路功能，每个光伏输入模块对所连接的一个光伏组串进行最大功率跟踪(MPPT)控制或限制输出功率控制；多个光伏输入模块同时工作时，通过光伏子系统控制器的调度协调，实现驱动脉冲交错控制。
[0026]所述风电子系统包括若干风机、若干风电输入模块、一条风电子系统内部直流母线、一个风电子系统快速开关和一个风电子系统控制器；每个风电输入模块一端与风机连接，另一端与风电子系统内部母线连接，风电子系统内部母线通过风电子系统快速开关与系统直流母线连接。
[0027]每个风电输入模块包括手动开关、不控整流桥、软启动开关组和升压电路单元；所述模块的手动开关一端与风机连接，另一端与不控整流桥交流端连接；不控整流桥直流端与软启动开关组连接，软启动开关组的另一端连接升压电路单元，升压电路单元的另一侧与风电子系统内部母线连接；在软启动开关组与升压电路单元之间、内部母线侧设有电压电流传感器。
[0028]所述直流充电机子系统包括若干直流充电模块、一条直流充电机子系统内部母线、一个直流充电机子系统快速开关和一个直流充电机子系统控制器；直流充电模块一端作为系统的直流充电接口，另一端与直流充电机子系统内部母线连接，直流充电机子系统内部母线通过直流充电机子系统快速开关与系统直流母线连接，所述直流充电机子系统控制器与子系统内直流充电模块控制器进行数据交