一种能源驱动型充电系统及管理方法与流程

本发明涉及一种能源驱动型充电系统及管理方法，属于电动汽车充换电技术领域。

背景技术：

大力推广新能源电动汽车是节能减排的重要举措，也是实现绿色交通可持续发展的重要手段之一。大量的电动汽车都进行快速充电时，需要结合电网的实际运行情况和外部其他系统的实际运行状态，对电动汽车的充电过程进行合理的安排与管理，可提升电动汽车充电灵活性和保证电网优化运行特性、从而提高用户端的能效管理。为了保证大量电动汽车快速充电的安全有序，电动汽车快充点需要获得包括充电电价、功率限制、充电计划等复杂的外部信息。同时需要综合分析电动汽车、动力电池、电动汽车用户等信息，制定合理的充电策略来满足电动汽车安全有序充电的需要，目前还缺乏针对大量电动汽车快速充电应用时有效的控制

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能源驱动型充电系统及管理方法，以实现对电动汽车的快速充电过程进行协调管理控制。

本发明为解决上述技术问题而提供一种能源驱动型充电系统，该充电系统采用端、站、云三层架构，包括作为云层的充电服务平台、作为站层的充电控制终端和作为端层的能源驱动型发电单元、电能转换器和配电网，各层之间通信连接，能源驱动型发电单元和配电网通过电能转换器用于连接电动汽车，所述的充电服务平台用于根据电动汽车用户的充放电需求制定相应的充放电计划并下发给充电控制终端，所述的充电控制终端用于根据充电服务平台提供的充放电计划和能源驱动型发电单元的发电参数协调控制电动汽车的充放电策略，使电动汽车尽可能的使用能源驱动型发电单元的电能。

所述充电控制终端采用的充放电策略如下：当没有电动汽车充电时，将能源驱动型发电单元发出的电能通过电能转换器全部接入配电网；当有电动汽车充电而能源驱动型发电单元不发电时，配电网通过电能转换器为电动汽车充电；当电动汽车充电且能源驱动型发电单元输出的功率大于电动汽车充电功率时，将能源驱动型发电单元发出的电能提供给电动汽车充电，并将多余的电能经过电能转换器传递给配电网；当电动汽车充电而能源驱动型发电单元的输出功率小于电动汽车的充电功率时，将能源驱动型发电单元发出的电能全部提供给电动汽车，不足的部分由配电网通过电能转换器提供。

所述充放电策略还包括当电动汽车有放电需求时，将能源驱动型发电单元发出的电能和电动汽车放电的电能通过电能转换器传递给配电网。

所述充电服务平台与充电控制终端之间、充电控制终端与电能转换器之间、充电控制终端与电动汽车之间采取请求/应答通讯机制；能源驱动型发电单元与充电控制终端之间采取发布/订阅通讯机制。

所述充电控制终端通过现场总线与能源驱动型发电单元、电动汽车、电能转换器通信连接，通过有线/无线以太网方式与充电服务平台通信。

所述的能源驱动型发电单元采用光伏发电系统。

所述的充电服务平台获取的充放电需求是电动汽车用户通过网络向充电服务平台提交的，充电服务平台根据电动汽车用户设定的预计充电时间和目标荷电状态编制相应的充放电计划。

本发明还提供了一种能源驱动型充电管理方法，该管理方法的步骤如下：

1)根据电动汽车用户的充放电需求制定相应的充放电计划；

2)实时采集能源驱动型发电单元的发电参数、电动汽车BMS信息和电能转换器的参数；

3)根据制定的充放电计划和实时采集的参数协调控制电动汽车的充放电策略，使电动汽车尽可能的使用能源驱动型发电单元的电能。

步骤3)中采用充放电策略为：

当没有电动汽车充电时，将能源驱动型发电单元发出的电能通过电能转换器全部接入配电网；当有电动汽车充电而能源驱动型发电单元不发电时，配电网通过电能转换器为电动汽车充电；当电动汽车充电且能源驱动型发电单元输出的功率大于电动汽车充电功率时，将能源驱动型发电单元发出的电能提供给电动汽车充电，并将多余的电能经过电能转换器传递给配电网；当电动汽车充电而能源驱动型发电单元的输出功率小于电动汽车的充电功率时，将能源驱动型发电单元发出的电能全部提供给电动汽车，不足的部分由配电网通过电能转换器提供。

所述的充放电策略还包括当电动汽车有放电需求时，将能源驱动型发电单元发出的电能和电动汽车放电的电能通过电能转换器传递给配电网。

本发明的有益效果是:本发明采用端、站、云三层架构，包括作为云层的充电服务平台、作为站层的充电控制终端和作为端层的能源驱动型发电单元、电能转换器和配电网，各层之间通信连接，充电服务平台用于根据电动汽车用户的充放电需求制定相应的充放电计划并下发给充电控制终端，由充电控制终端根据充电服务平台提供的充放电计划和能源驱动型发电单元的发电参数协调控制电动汽车的充放电策略，使电动汽车尽可能的使用能源驱动型发电单元的电能。本发明实现了能源驱动型发电单元、配电网和电动汽车三者之间的协调工作，保证电动汽车充电过程的顺利执行。本发明满足了电动汽车快速充电的应用需求，减小充电对配电网的影响，降低用户充电成本，适合电动汽车在城市充电站、小区、单位停车场等场所的充电管理。

附图说明

图1是本发明能源驱动型充电系统的总体结构示意图；

图2是本发明能源驱动型充电系统管理方法的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

本发明的一种能源驱动型充电系统的实施例

该充电系统如图1所示，采用端、站、云三层架构，包括作为云层的充电服务平台101、作为站层的充电控制终端111、作为端层的光伏发电系统121、电能转换器122和配电网124，光伏发电系统121和配电网124通过电能转换器122用于连接电动汽车，由电能转换器负责对光伏发电系统到配电网，电动汽车到配电网的能量转换。充电控制终端111负责完成与光伏发电系统121、电动汽车123，能源驱动型电能转换器122实时通信，对电动汽车充放电过程进行实时决策和协调控制，实现光伏发电系统121、配电网124、电动汽车123三者之间的协调工作，保证电动汽车充电过程的顺利执行。本发明满足电动汽车快速充电的应用需求，减小充电对配电网的影响，降低用户充电成本，适合电动汽车在城市充电站、小区、单位停车场等场所的充电管理。

充电服务平台与充电控制终端之间、充电控制终端与电能转换器之间、充电控制终端与电动汽车之间采取请求/应答通讯机制；光伏发电系统与充电控制终端之间采取发布/订阅通讯机制。充电控制终端通过CAN等现场总线与光伏发电系统、电动汽车、电能转换器通信；充电控制终端通过有线/无线以太网方式与能源驱动型充电平台通信；光伏发电系统和电动汽车通过电能转换器完成能量的转换。各层之间的协调机制如下：充电控制终端用于完成与光伏发电系统、电动汽车和电能转换器实时通信，协调控制光伏发电系统和配电网能量输出，保证电动汽车尽可能的使用光伏发电系统的电能。当电动汽车有放电需求时，协调能源驱动型电能转换器向配电网放电；当电动汽车没有充放电需求时，光伏发电系统输出的富裕电能直接通过能源驱动型电能转换器输出到配电网；多辆电动汽车同时充放电情况下，光伏发电系统输出的电能不足以满足多车充电的需求，需要协调配电网输出一部分电能来保证多辆电动汽车充电的能量需求。充电控制终端需要通过与车辆BMS通信交互，实时采集车辆充电能量信息，并通过电动汽车有序充放电管理策略协调光伏发电系统的输出能量与配电网输出能量，实现多车同时充放电时，保证多辆电动汽车的充放电需求，完成充放电最优功率分配。

充电服务平台负责根据电动汽车用户提出的充放电需求，制定相应的用户充放电计划，电动汽车用户利用手机APP或者上网方式，提出电动汽车充放电需求。充电服务平台根据充电用户设定的预计充电时间、目标荷电状态(SOC)等参数，编制相应的充放电计划，下发给能源驱动型充电控制终端。其功能包括：1)结合电动汽车用户需求，制定并发布充放电计划；2)发布电动汽车充电功率限制信息；3)发布电价信息。

充电控制终端从充电服务平台获取用户充放电计划信息，充电控制终端的功能包括：1)接受充电服务平台提供的充电计划；2)制定最合适的充电方案。

电能转换器用于负责对光伏发电系统到配电网，电动汽车到配电网能量转换。充电控制终端所采用的充放电协调控制策略有三种工作模式。第一种工作模式是没有电动汽车充电的情况下，光伏发电系统发出的电能全部通过能源驱动转换器接入配电网，电动汽车不参与工作。第二种工作模式是有电动汽车充电，电动汽车可以作为储能装置，与配电网协调，共同平抑光伏发电系统的不稳定能量，夜晚或者阴雨天光伏发电系统不发电的情况下，电动汽车动力电池直接与配电网进行能量交换，利于夜晚谷电进行充电，白天用电高峰进行放电，起到“削峰填谷”的作用。第三种工作模式是当光伏发电系统发出的电能而电动汽车动力电池充电时，且光伏发电系统输出的功率大于动力电池充电功率，此时光伏发电系统转换的电能提供给动力电池充电，而多余的电能经过能源驱动转换器传递给电网；当光伏发电系统的输出功率小于动力电池的充电功率，此时光伏发电系统转换的电能全部提供给动力电池充电，不足的部分则由配电网提供。当配电网的负荷过高时，可采取光伏发电系统发出的电能，同时电动汽车动力电池放电，此时二者同时向配电网传递电能。

该充电系统的工作过程如图2所示，具体步骤如下：

1)电动汽车用户通过手机APP/上网等方式，将充放电需求提交给能源驱动型充电服务平台；

2)充电服务平台收到电动汽车用户提交的充放电需求，编制相应的充放电计划，并下发给能源驱动型充放电控制终端；

3)充放电控制终端通过实时采集光伏发电系统发电参数、电动汽车BMS相关信息、能源驱动型电能转换器参数、结合能源驱动型充电服务平台发送的充放电需求计划，按照互动协调的充放电策略与算法，设置最优化的充放电参数下发给能源驱动型充放电电能转换器；

4)电能转换器利用最优化的充放电功率分配给电动汽车，完成电动汽车充放电需求。

本发明的一种能源驱动型充电管理方法的实施例

本发明的能源驱动型充电管理方法是以电动汽车尽可能的使用光伏发电系统发的电为目标，通过建立目标函数，以电动汽车充电整体功率上下限及充电系统整体能量需求为约束条件。该方法根据电动汽车用户设定的预计充电时间和目标荷电状态制定相应的充放电计划；实时采集能源驱动型发电单元的发电参数、电动汽车BMS信息和电能转换器的参数；根据制定的充放电计划和实时采集的参数协调控制电动汽车的充放电策略，使电动汽车尽可能的使用能源驱动型发电单元的电能。

具体的控制策略有三种工作模式，第一种工作模式是没有电动汽车充电的情况下，光伏发电系统发出的电能全部通过能源驱动转换器接入配电网，电动汽车不参与工作。

s.t.{-P_wk＜＜p_Gk-p_1k＜＜0}

p_Gk为常规电源的计划出力，表示第k个时段配电网中常规电源的总体出力；p_wk为光伏功率的预测值，表示第k个时段接入光伏总体出力；p_1k为负荷预测值，表示第k个时段配电网中的总负荷；Δt为计算时段长度；m为计算时段数量。

第二种工作模式是有电动汽车充电，电动汽车可以作为储能装置，与配电网协调，共同平抑光伏发电系统的不稳定能量，夜晚或者阴雨天光伏发电系统不发电的情况下，电动汽车动力电池直接与配电网进行能量交换，利于夜晚谷电进行充电，白天用电高峰进行放电，起到“削峰填谷”的作用。

s.t{P_EVmink＜＜p_EVk＜＜P_EVmaxk}

s.t.{-P_wk＜＜p_Gk-p_1k-p_EVk＜＜0}

p_Gk为常规电源的计划出力，表示第k个时段配电网中常规电源的总体出力；P_wk为光伏功率的预测值，表示第k个时段接入光伏总体出力；p_1k为负荷预测值，表示第k个时段配电网中的总负荷；p_EVk为在第个时段电动汽车总体功率限值，当电动汽车充电时为正值，当电动汽车放电时为负值E_EVn为电动汽车在n个计算时段内所需的电能总量；Δt为计算时段长度；n为计算时段数量；P_EVmaxk表示第k时段内电动汽车的整体功率上限；P_EVmink表示第k时段内电动汽车的整体功率下限。

第三种工作模式是当光伏发电系统发出的电能而电动汽车动力电池充电时，且光伏发电系统输出的功率大于动力电池充电功率，此时光伏发电系统转换的电能提供给动力电池充电，而多余的电能经过能源驱动转换器传递给电网；当光伏发电系统的输出功率小于动力电池的充电功率，此时光伏发电系统转换的电能全部提供给动力电池充电，不足的部分则由配电网提供。当配电网的负荷过高时，可采取光伏发电系统发出的电能，同时电动汽车动力电池放电，此时二者同时向配电网传递电能。

当光伏发电系统输出的功率大于动力电池充电功率时：

s.t{P_EVmink＜＜p_EVk＜＜P_EVmaxk}

s.t.{-P_wk＜＜p_Gk-p_1k-p_EVk＜＜0}

当光伏发电系统的输出功率小于动力电池的充电功率时：

s.t{P_EVmink＜＜p_EVk＜＜P_EVmaxk}

s.t.{-P_wk＜＜p_Gk-p_1k-p_EVk＜＜0}

p_Gk为常规电源的计划出力，表示第k个时段配电网中常规电源的总体出力；P_wk为光伏功率的预测值，表示第k个时段接入光伏总体出力；p_1k为负荷预测值，表示第k个时段配电网中的总负荷；p_EVk为在第个时段电动汽车总体功率限值，当电动汽车充电时为正值，当电动汽车放电时为负值；E_EVn为电动汽车在n个计算时段内所需的电能总量；Δt为计算时段长度；n为计算时段数量；P_EVmaxk表示第k时段内电动汽车的整体功率上限；P_EVmink表示第k时段内电动汽车的整体功率下限。

当配电网的负荷过高时，可采取光伏发电系统发出的电能，同时电动汽车动力电池放电，此时二者同时向配电网传递电能。

本发明通过协调控制光伏发电系统和配电网的能量输出，保证电动汽车尽可能的使用光伏发电系统的电能。当电动汽车有放电需求时，协调电能转换器向配电网放电，当电动汽车没有充放电需求时，光伏发电系统输出的富裕电能直接通过电能转换器输出到配电网。通过与车辆BMS通信交互，实时采集车辆充电能量信息，并通过电动汽车有序充放电管理策略协调光伏发电系统的输出能量与配电网输出能量，实现多车同时充放电时，保证多辆电动汽车的充放电需求，完成充放电最优功率分配。