本发明属于电网调控治理领域，具体是涉及一种自动调控补偿电网的电动汽车充电优化系统及其方法。
背景技术：
全球范围的能源危机正在发生，石油等不可再生能源的日趋耗尽，温室效应及大气污染日益加剧，资源可持续利用问题已成为各国政府关注的聚焦点。政府及汽车企业也认识到能源问题是未来汽车技术发展的重要标准，研发利用新能源驱动的汽车即电动汽车的主意应运而生，其中纯电动汽车开辟了汽车工业的新世纪。电动汽车（Electric Vehicle，EV）因其环保、节能的优良特性而倍受人们推崇。因此，全球各大汽车公司及一些科研院所也不断投入大量的精力开发新型的电动汽车，这使得电动汽车的数量得以快速地増加。目前我国正积极推广普及电动汽车，预计2020年，我国EV将计划超过500万辆。当电动汽车大规模遍及之后，电网系统无疑将更加复杂化。若是如此超大数目的电动汽车进行无序的充电，则有可能会给电网带来极大的负担，再则电动汽车的电池作为一个巨大的电能存储元件，如何发挥其最大优势使得电能有效利用，也是一个广受关注的焦点。
同时，一方面，随着电动汽车的普及，大规模投建电动汽车充电站也将必不可少，由于其占地大投资多，充分利用EV充电站进行协调电网的调控成为了世界各国研究的方向。另一方面，针对目前日益严重的电能质量问题，传统提出的电能质量代替方法都存在着一定的不足。且随着电网结构不断复杂化，尤其是微电网的出现，这些补偿装置并不是解决电能质量问题的最好的方法。本发明解决这些问题。
技术实现要素：
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种自动化调控补偿电网的电动汽车充电站优化系统及其优化方法，通过电动汽车充电站对电网系统进行电能质量调控。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种自动化调控补偿电网的电动汽车充电优化系统，包括
电动汽车；
充电站，所述充电站用于给上述电动汽车充电；
电网，所述电网连接在所述充电站与所述电动汽车之间；所述电网与所述充电站通过实时信息交互系统连接；
PID调节器，所述PID调节器连接于所述电网与所述实时信息交互系统之间，用于实现输出补偿；
两级双向的DC/DC变换器，所述两级双向的DC/DC变换器连接在所述电动汽车与所述电网之间。
进一步地，所述实时信息交互系统包括监控管理中心、通信链路、电动汽车智能车载终端和通信接入装置；所述电动汽车智能车载终端通过通信链路与所述通信接入装置通信连接，所述通信接入装置与所述监控管理中心通信连接。
进一步地，所述充电站包括串联变流器、并联变流器、串联补偿装置和并联补偿装置；所述串联变流器、并联变流器与站内直流储能系统通信连接，所述串联补偿装置经滤波电感、电容、耦合变压器串联于电网电源、电动汽车充电站和电动汽车电池组并用来保证负荷侧电压质量正常；所述并联补偿装置经滤波电感、电容并联于电网、电动汽车充电站和电动汽车电池组。
进一步地，当电网给电动汽车充电时所述两级双向的DC/DC变换器正向升压工作；当电动汽车给电网充电时所述两级双向的DC/DC变换器反向降压工作。
进一步地，所述串联补偿装置的电容器组是由多个电容器单元通过串、并联方式组合而成，通常将电容器分为4个桥臂接成H形，在其中加上不平衡电路互感器。
进一步地，并联电容器补偿装置的主体为并联电容器组，加入串抗电抗器以抑制合闸涌流，抑制电网谐波，加入放电装置，采用氧化锌避雷器及过电压保护装置。
进一步地，所述电动汽车充电的方法具体包括以下步骤：
步骤一，电网、电动汽车的充电控制V2G系统、充电站之间通过三相电压型PWM整流入网变流器及两级双向DC/DC变换器进行信息交互，便于电网调度部门进行阶段负荷预测与调控；
步骤二，在电网紧急断电时，电动汽车的电动汽车电池组对电网进行供电；
步骤三，在电网和电动汽车均稳定运行时，电网对电动汽车充电站进行充电；
步骤四，在电网和电动汽车均稳定运行时，电动汽车充电站采用有源电力滤波器APF、静态无功补偿器STACOM、统一潮流控制器UPQC对电网进行电能质量调节补偿；
进一步地，所述电网对电动汽车充电站进行充电通过SVPWM整流实现；具体包括如下步骤：首先在电网中设置数据采集装置，采集到的数据传递到SVPWM核心运算模块，由SVPWM核心运算模块控制IGBT的高频通断达到整流；通过整流再经过两级双向的DC/DC电力电子变换器可以较短时间内得到稳定的直流700V电压进行充电。
本发明的有益效果：本发明提供一种自动化调控补偿电网的电动汽车充电站优化系统及其优化方法，通过实时信息交互系统实现充电站与电网间的实时信息交互，电动汽车充电站进行的有效充放电管理改善区域配电网的电能质量，满足用户优质供电需求，并在电网紧急故障时利用站内电动汽车群有序放电，实现可靠持续供电的作用。
附图说明
图1为本发明优化系统的一种实施例的结构示意图；
图2为本发明优化方法的流程图；
图3为本发明所提出的充电站内部系统结构图；
图4是本发明所采用的Clarke变换滤波模型；
图5是本发明所采用的滞环控制反馈电网模块；
图6是本发明模拟的负载端模型；
图3中的各标注为：1串联变流器，2并联变流器，3站内直流储能系统。
具体实施方式
下面结合附图说明对本发明做进一步地阐述。
实施例1
如图1至图2所示，一种自动化调控补偿电网的电动汽车充电优化系统，其特征在于，包括电动汽车；充电站，所述充电站用于给上述电动汽车充电；电网，所述电网连接在所述充电站与所述电动汽车之间；所述电网与所述充电站通过实时信息交互系统连接；PID调节器，所述PID调节器连接于所述电网与所述实时信息交互系统之间，用于实现输出补偿；两级双向的DC/DC变换器，所述两级双向的DC/DC变换器连接在所述电动汽车与所述电网之间。当电网给电动汽车充电时所述两级双向的DC/DC变换器正向升压工作；当电动汽车给电网充电时所述两级双向的DC/DC变换器反向降压工作。
所述电网对电动汽车充电站进行充电通过SVPWM整流实现；具体包括如下步骤：首先在电网中设置数据采集装置，采集到的数据传递到SVPWM核心运算模块，由SVPWM核心运算模块控制IGBT的高频通断达到整流；通过整流再经过两级双向的DC/DC电力电子变换器可以较短时间内得到稳定的直流700V电压进行充电。
所述实时信息交互系统包括监控管理中心、通信链路、电动汽车智能车载终端和通信接入装置；所述电动汽车智能车载终端通过通信链路与所述通信接入装置通信连接，所述通信接入装置与所述监控管理中心通信连接。
如图3所示，所述充电站包括串联变流器1、并联变流器2、串联补偿装置和并联补偿装置；所述串联变流器1、并联变流器2与站内直流储能系统3通信连接，所述串联补偿装置经滤波电感、电容、耦合变压器串联于电网电源、电动汽车充电站和电动汽车电池组并用来保证负荷侧电压质量正常；所述并联补偿装置经滤波电感、电容并联于电网、电动汽车充电站和电动汽车电池组。
在电网和电动汽车均稳定运行时，电动汽车充电站采用传统的有源电力滤波器APF、静态无功补偿器STACOM、统一潮流控制器UPQC这样的电能质量补偿控制系统；从而实现整个充电站对外呈现出较好的长时间的稳定功率输入或输出的同时对电网的电能质量实施补偿。
所述串联补偿装置的电容器组是由多个电容器单元通过串、并联方式组合而成，通常将电容器分为4个桥臂接成H形，在其中加上不平衡电路互感器。所述并联电容器补偿装置的主体为并联电容器组，加入串抗电抗器以抑制合闸涌流，抑制电网谐波，加入放电装置，采用氧化锌避雷器及过电压保护装置。
并联电容器补偿装置的主体为并联电容器组，加入串抗电抗器以抑制合闸涌流，抑制电网谐波，加入放电装置，采用氧化锌避雷器及过电压保护装置，抑制操作过压，安装接地刀闸，用于检修时的安全接地安装隔离刀闸，用于检修时使电容器装置进线母线产生一个明显的断开点。
如图2所示，一种自动化调控补偿电网的电动汽车充电站优化方法，包括如下步骤：
步骤一，电网、电动汽车的充电控制G2V系统、充电站之间通过三相电压型PWM整流入网变流器及双向DC/DC变换器进行信息交互，便于电网调度部门进行阶段负荷预测与调控；
步骤二，在电网紧急断电时，电动汽车的电动汽车电池组对电网进行供电；电网对电动汽车充电站进行充电通过SVPWM整流实现；具体包括如下步骤：首先在电网中设置数据采集装置，采集到的数据传递到SVPWM核心运算模块，由SVPWM核心运算模块控制IGBT的高频通断达到整流；通过整流再经过双向DC/DC电力电子变换器可以较短时间内得到稳定的直流700V电压进行充电。
需要说明的是：SVPWM 的理论基础是平均值等效原理，即在一个开关周期内通过对基本电压矢量加以组合，使其平均值与给定电压矢量相等。在某个时刻，电压矢量旋转到某个区域中，可由组成这个区域的两个相邻的非零矢量和零矢量在时间上的不同组合来得到。两个矢量的作用时间在一个采样周期内分多次施加，从而控制各个电压矢量的作用时间，使电压空间矢量接近按圆轨迹旋转，通过逆变器的不同开关状态所产生的实际磁通去逼近理想磁通圆，并由两者的比较结果来决定逆变器的开关状态，从而形成PWM 波形。这样的设计，开关损耗小，利用电压空间矢量计算三相PWM波简单，且在较短时间内就可以得到稳定的直流700V电压进行充电。将电网220V三相交流电压通过现有成熟的PWM技术进行实时整流，然后经稳压模块，最终达到电压等级为700V的直流充电，以提供相应的电池组充电。
步骤三，在电网和电动汽车均稳定运行时，电网对电动汽车充电站进行充电；
电动汽车充电站对电网进行电能质量调节补偿的具体方法包括如下步骤：
步骤a，信息的快速采集和处理；
对电网上的电能质量信息进行采集分析，主要包括电网的谐波电流分量、电压波动信息、三相不平衡度等，分析的方法采用瞬时无功功率理论实现，即对采集的电网三相电流信号借助电压的相位信息进行克拉克变换并进行瞬时有功功率、瞬时无功功率的计算，设计相应参数的巴特沃斯低通滤波器进行滤波，最终将需要补偿的电能质量信息转换为电流分量的补偿；
步骤b，滞环PID调节器控制物理开断来实现输出补偿；
通过PID调节器根据已分析得到的需要补偿的电流分量进行跟踪，通过逆变器产生滞环控制指令信息，控制IGBT的高频通断；将2组电压等级为500V的电池组作为IGBT的工作电压，使得逆变器输出需要补偿的电能分量并入电网，抵消电网的波动情况，最终实现电能质量的补偿与控制。
需要说明的是：分析方法主要采用日本学者赤木泰文提出的瞬时无功功率理论来实现，瞬时无功功率理论如下所述：
== （2.1）
= （2.2）
其中=
e=+=e∠ (2.3)
i=+=i∠ (2.4)
=icosφ (2.5)
=isinφ (2.6)
p=e (2.7)
q=e (2.8)
其中，φ=-，则有：
p=eicosφ=eicos(-)=eicoscos+eisin=+ (2.9)
q=eisinφ=eisin(-)=eisincos+eisin= (2.10)
== (2.11)
其中，=。
将式(2.1)、(2.2)代入上式，则得出瞬时无功功率p与瞬时有功功率q与相电压与电流关系的表达式：
p=++ (2.12)
q= (2.13)
步骤四，在电网和电动汽车均稳定运行时，电动汽车充电站采用有源电力滤波器APF、静态无功补偿器STACOM、统一潮流控制器UPQC对电网进行电能质量调节补偿。
在电动汽车充电时，通过实时信息交互系统实现电动汽车充电站与电网的实时信息交互，便于电网调度部门进行阶段负荷预测与调控，充电站采用串联电流补偿器实现充电功能。
电动汽车放电则出现在电网紧急断电时，充电站微网此时可在孤岛模式下运行，实现持续稳定供电EPS功能。而在区域配电网电压跌落、过电压、波形畸变以及非线性、冲击性、不平衡负荷带来的电能质量问题，通过控制串联变流器使其相当于一个非正弦电源，其作用则是増大电网支路谐波阻抗以产生相应的由于主电网电压故障所产生的矢量差，使并网电压变成与主电网电压基波正序同相的平衡对称的三相电压。同时，控制并联变流器使其相当于一个非正弦电流源，其作用则是消除微电网中由于存在非线性及不平巧负载而引起的谐波和不平衡电流，从而实现微电网的并网为单位功率因数。
本发明滤波装置采用通过监测模块检测区域配电网的电能质量，然后对采集的电网三相电流信号借助电压的相位信息进行克拉克Clarke变换并进行瞬时有功功率、瞬时无功功率的计算，设计相应参数的巴特沃斯低通滤波器进行滤波，最终将需要补偿的电能质量信息转换为电流分量的补偿；根据已分析得到的需要补偿的电流分量设计对应的PID调节器进行跟踪，并产生逆变器的控制指令信息，使得逆变器输出需要补偿的电能分量并入电网，抵消电网的波动情况，最终实现电能质量的补偿与控制。
如图4所示，一种电动汽车充电站主动参与电网调节的方法实现，实现电动汽车充电站与电网的实时信息交互，在电动汽车充电时，主要体现电网到电动汽车的充电控制G2V及充电站与电网的实时信息交互，便于电网调度部门进行阶段负荷预测与调控，采用串联电流补偿器实现充电功能。电动汽车放电则出现在电网紧急断电时，充电站微网此时可在孤岛模式下运行，利用电动汽车到电网V2G为重要的负荷实现持续稳定供电EPS功能。而在区域配电网电压跌落、过电压、波形畸变以及非线性、冲击性、不平衡负荷带来的电能质量问题，通过控制串联变流器使其相当于一个非正弦电源，其作用则是増大电网支路谐波阻抗以产生相应的由于主电网电压故障所产生的矢量差，使并网电压变成与主电网电压基波正序同相的平衡对称的三相电压。同时，控制并联变流器使其相当于一个非正弦电流源，其作用则是消除微电网中由于存在非线性及不平巧负载而引起的谐波和不平衡电流，从而实现微电网的并网为单位功率因数。另外，本发明滤波装置采用通过监测模块检测区域配电网的电能质量，然后对采集的电网三相电流信号借助电压的相位信息进行Clarke变换并进行瞬时有功功率、瞬时无功功率的计算，设计相应参数的巴特沃斯低通滤波器进行滤波，最终将需要补偿的电能质量信息转换为电流分量的补偿。根据已分析得到的需要补偿的电流分量设计对应的PID调节器进行跟踪，并产生逆变器的控制指令信息，使得逆变器输出需要补偿的电能分量并入电网，抵消电网的波动情况，最终实现电能质量的补偿与控制。
如图5所示，本发明反馈部分采用的是滞环控制反馈，具有结构简单，响应速度快，参数鲁棒性好的特点。通过输出端检测电流，与给定的电流相比较，来控制IGBT模块，使输出电流就在给定电流附近做来回振动。
如图6所示，本发明模拟负载端用电，既有三相平衡负载，又采用几个高频开关的开断来模拟三相不平衡的部分，从而实现小区负载的模型的还原。
本发明提供一种自动化调控补偿电网的电动汽车充电站优化系统及其优化方法，通过实时信息交互系统实现充电站与电网间的实时信息交互，电动汽车充电站进行的有效充放电管理改善区域配电网的电能质量，满足用户优质供电需求，并在电网紧急故障时利用站内电动汽车群有序放电，实现可靠持续供电的作用。