基于交直流雙母線的電動車充電站系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電動車充電站、新能源發電接入和可靠性供電領域，系統具備電動車充電站完整功能，實現市電、柴油發電機、光伏、風電等多種能源交直流混合接入，可適用于DC250V-DC750V全系列電動車快速充電、AC220V慢速充電和DC30V-DC90V電動車電池換電站中獨立電池組充電，并可用于新能源發電的多余電量并網。
【背景技術】
[0002]一方面，大量電動車同時進行快速充電會對配電網造成很大的負荷沖擊，從而導致配電網潮流波動過大，難以維持穩定運行；同時，在很多偏遠地區由于利用率低、建設成本高、電力輸送困難等原因，常規電動車充電站網絡很難延伸到這些地區，限制了電動車的使用范圍。另一方面，光伏、風電等資源在偏遠地區極其豐富，但由于新能源發電的間歇性、不穩定、不可控等特點，限制了此類資源的的充分利用。采用交直流雙母線、配以雙向變流器、在直流母線上設置儲能子系統的辦法，可以統一解決以上兩方面問題；在并網運行情況下，既可以平抑大量電動車同時充電對配電網造成的負荷沖擊，又可以平抑新能源發電的波動性；在離網運行情況下，利用新能源發電、柴油發電機、儲能相配合，實現對偏遠地區的電動車充電站供電。
【發明內容】
[0003]為克服現有技術中的不足，本發明提出了一種基于交直流雙母線的電動車充電站系統，用于平抑大量電動車同時充電對配電網造成的沖擊和新能源并網發電的波動性問題；通過新能源發電、柴油發電機、儲能相配合的方法，解決偏遠地區的電動車充電站供電冋題。
[0004]本發明的具體實現方案如下:
[0005]一種基于交直流雙母線的電動車充電站系統，包括交流母線以及交流母線連接子系統、直流母線和直流母線連接的子系統、雙向變流器；其特征在于:
[0006]雙向變流器的交流側連接交流母線，雙向變流器的直流側連接直流母線，能量通過雙向變流器在交流母線和直流母線之間雙向流動；
[0007]直流母線上連接的子系統包括儲能子系統、光伏子系統、風電子系統和若干直流充電機子系統，將光伏、風電作為直流母線的直接輸入電源，直流充電機直接從直流母線獲取能量為電動車充電；
[0008]交流母線上連接的子系統包括市電接入子系統、有源電力濾波器APF接入子系統、柴油發電機接入子系統和若干交流充電機子系統，將市電、柴油發電機作為交流母線的直接輸入電源，交流充電機直接從交流母線獲取能量為電動車充電。
[0009]本發明還可以進一步優選采用以下技術方案:
[0010]交流充電機子系統和直流充電機子系統的數量可以根據實際需要靈活選擇。
[0011]直流母線上連接的子系統，以及交流母線上連接的子系統均采用模塊化設計，子系統可包含若干個模塊，根據實際使用需要，靈活選擇配置模塊的數量及容量。功能模塊主要由模塊控制器和模塊主電路組成，可獨立實現電流、電壓變化等基本功能。同一子系統中的功能模塊完全相同，不同各子系統中的功能模塊不同。
[0012]所述電動車充電站系統還包括系統主控制器、子系統控制器和模塊控制器；子系統控制器與模塊控制器之間設有獨立信號交互通道；系統主控制器與子系統控制器之間設有獨立信號交互通道，與交換機數據通道并行。
[0013]所述電動車充電站系統還設有數據交換機，數據交換機連接系統主控制器、各子系統控制器、計費工作站、安防工作站、視頻監控工作站、數據服務器，并實現所連接設備間的數據交互。
[0014]所述系統主控制器負責整個電動車充電站系統的總體控制、工作模式切換和各子系統的功能協調等功能，方便充電站的多種能源接入、并網運行、離網運行、并離網切換、負荷優化管理，實現充電站的系統調配、監控和保護功能；各子系統控制器負責實現具體子系統內的信息收集、接收系統主控制器指令、生成子系統內部指令并下發給子系統內的模塊控制器和繼電保護等基本功能；各模塊控制器負責實現各子系統中具體模塊的基本功能。
[0015]系統主控制器與各子系統控制器進行數據交互，并可直接對各子系統中的快速開關下發分閘指令，也可將各子系統控制器采集并上傳的各子系統的信息數據上傳給交換機。
[0016]子系統控制器與子系統中的若干功能模塊進行數據交互，對子系統內部母線進行數據采樣、對快速開關進行分合閘控制，實現對子系統繼電保護功能，也可將子系統數據上傳給系統主控制器和交換機，并接收主控制器下發的控制調配信號。
[0017]模塊控制器對模塊內部進行數據采樣，對模塊進行實時控制，并將信號上傳給子系統控制器。
[0018]所述系統主控制器通過各子系統控制器獲取各子系統運行參數信息，并設有與各子系統中的快速開關進行信號交互的獨立信號通道。子系統的內部母線設有采樣傳感器、快速開關設有信號反饋節點，子系統控制器根據系統主控制器的參數給定和在子系統內采集到的模擬量、開關狀態量對子系統進行控制和保護，實現子系統的基本功能。模塊內設有采樣傳感器、開關器件設有信號反饋節點，模塊控制器根據子系統控制器的參數給定和在模塊內采集到的模擬量、開關量對模塊進行實時控制，實現模塊的基本功能。
[0019]所述雙向變流器由系統主控制器直接控制，根據不同系統狀態實施不同系統調配策略，協調能量流向，保持系統穩定運行，并設有并離網兩種控制模式。并網情況下，光伏子系統和風力子系統發電量之和大于直流母線負荷需要時，優先對儲能子系統充電；儲能子系統無需充電時，雙向變流器再將直流能量逆變到交流母線，供給交流負荷或饋入電網。并網情況下，光伏子系統和風力子系統發電量之和小于直流母線負荷需要時，對市電沖擊不超過閾值時，雙向變流器將交流母線能量整流供給直流母線；對市電沖擊超過閾值時，在雙向變流器將交流母線能量整流供給直流母線的同時，儲能子系統將儲能元件中的能量釋放到直流母線，抑制系統對市電沖擊。離網情況下，光伏子系統和風力子系統發電量之和大于直流母線負荷需要時，優先對儲能子系統充電；儲能子系統無需充電時，限制柴油發電機出力，雙向變流器再將直流能量逆變到交流母線，為交流負荷供電；交流母線無負荷要求或負荷要求較小，系統主控制器下發指令限制光伏和風力發電功率。離網情況下，光伏子系統和風力子系統發電量之和小于直流母線負荷需要時，優先使用儲能子系統能量；儲能子系統不能滿足要求時，調整柴油發電機出力，雙向變流器再將交流母線能量整流供給直流母線。
[0020]所述儲能子系統包括若干儲能元件組、若干儲能雙向模塊、一條儲能子系統內部母線、一個儲能子系統快速開關和一個儲能子系統控制器；每個儲能雙向模塊一端與儲能元件連接，另一端與儲能子系統內部母線連接，儲能子系統內部母線通過儲能子系統快速開關與系統直流母線連接。
[0021]按照電路組成，每個儲能雙向模塊包含手動開關、儲能元件側軟啟動開關組、升降壓雙向電路單元和母線側軟啟動開關組；所述儲能雙向模塊的手動開關一端與儲能元件連接，另一端與儲能元件側軟啟動開關組連接；儲能元件側軟啟動開關組另一側依次連接升降壓雙向電路單元和母線側軟啟動開關組；母線側軟啟動開關組另一端與儲能子系統內部母線連接；在儲能元件側軟啟動開關組與升降壓雙向電路單元之間、內部母線側設有電壓電流傳感器。
[0022]按照電路功能，每個儲能雙向模塊獨立完成電壓變換和能量雙向流動的基本功能；所述模塊由三路具有獨立功能、驅動脈沖交錯控制的升降壓雙向變換電路組成，每個儲能雙向模塊提供三路儲能元件組接口，可以獨立連接三個儲能元件組，也可以三路并聯后連接一個儲能元件組；儲能元件組配有儲能元件管理單元。
[0023]所述光伏子系統包括若干光伏組串、若干光伏輸入模塊、一條光伏子系統內部母線、一個光伏子系統快速開關和一個光伏子系統控制器；每個光伏輸入模塊一端與光伏組串連接，另一端與光伏子系統內部母線連接，光伏子系統內部母線通過光伏子系統快速開關與系統直流母線連接。
[0024]按照電路組成，每個光伏輸入模塊包括手動開關、軟啟動開關組和升壓電路單元；所述模塊的手動開關一端與光伏組串連接，另一端與軟啟動開關組連接；軟啟動開關組另一端連接升壓電路單元，升壓電路單元的另一側與光伏子系統內部母線連接；在軟啟動開關組與升壓電路單元之間、內部母線側設有電壓電流傳感器。
[0025]按照電路功能，每個光伏輸入模塊對所連接的一個光伏組串進行最大功率跟蹤(MPPT)控制或限制輸出功率控制；多個光伏輸入模塊同時工作時，通過光伏子系統控制器的調度協調，實現驅動脈沖交錯控制。
[0026]所述風電子系統包括若干風機、若干風電輸入模塊、一條風電子系統內部直流母線、一個風電子系統快速開關和一個風電子系統控制器；每個風電輸入模塊一端與風機連接，另一端與風電子系統內部母線連接，風電子系統內部母線通過風電子系統快速開關與系統直流母線連接。
[0027]每個風電輸入模塊包括手動開關、不控整流橋、軟啟動開關組和升壓電路單元；所述模塊的手動開關一端與風機連接，另一端與不控整流橋交流端連接；不控整流橋直流端與軟啟動開關組連接，軟啟動開關組的另一端連接升壓電路單元，升壓電路單元的另一側與風電子系統內部母線連接；在軟啟動開關組與升壓電路單元之間、內部母線側設有電壓電流傳感器。
[0028]所述直流充電機子系統包括若干直流充電模塊、一條直流充電機子系統內部母線、一個直流充電機子系統快速開關和一個直流充電機子系統控制器；直流充電模塊一端作為系統的直流充電接口，另一端與直流充電機子系統內部母線連接，直流充電機子系統內部母線通過直流充電機子系統快速開關與系統直流母線連接，所述直流充電機子系統控制器與子系統內直流充電模塊控制器進行數據交