可站网互动的高压交流共磁场型光储充智慧充电站及控制方法

技术领域

本发明涉及新能源光伏储能充电站技术领域，具体涉及一种可站网互动的高压交流共磁场型光储充智慧充电站及控制方法。

背景技术

目前电动汽车充电站系统结构单一，主要采用通过配电网供电形式。站内通常设有多台直流充电机，因单台直流充电机的功率较大，单次充电时间较短，这一特点导致充电站在晚间电网负荷低谷时期的利用率较低，而在日间电网负荷高峰时期，若有大量电动车同时需要快速充电时，大功率的充电需求将对电网带来短时的负荷冲击。随着数据驱动型充电站的大规模实施，这一问题势必会影响电网的稳定运行，甚至可能威胁电力系统安全，因此有必要对电动汽车充电站现有的系统架构进行改善。

发明内容

本发明的目的是提供一种可站网互动的高压交流共磁场型光储充智慧充电站，与现有充电站系统架构相比，本文所提出的可站网互动的高压交流共磁场型光储充智慧充电站能高效地降低负荷峰谷差，起到“削峰填谷”的作用。

本发明所采用的技术方案是：

一种可站网互动的高压交流共磁场型光储充智慧充电站，包括高压进线柜、高压计量柜、高压出线柜、充电柜、若干个国网计费单元、若干个充电枪、光伏发电单元、锂电储能单元；充电柜包括变压器单元、双向充电堆单元、投切单元；变压器单元为原边采用单Δ型绕组，副边采用n路Y型绕组的多副边绕组变压器；双向充电堆单元由n组双向AC/DC模块组成；投切单元由接触器投切开关矩阵组成；每组双向AC/DC模块与变压器副边绕组之间均配置低压交流检测装置，每组双向AC/DC模块通过直流检测装置与投切单元的接触器投切开关矩阵连接；任何一个国网计费单元、光伏发电单元、锂电储能单元通过投切单元可与任何一组或者多组双向AC/DC模块形成电路链接，双向AC/DC模块可对国网计费单元、锂电储能单元进行充电或者放电控制，对光伏发电单元进行放电控制；投切单元用于将国网计费单元投切到不同的双向AC/DC模块，实现对连接到充电枪头的电动汽车的柔性充电锂电储能单元锂电储能单元锂电储能单元锂电储能单元。

进一步的，10kV交流电经高压进线柜、高压计量柜、高压出线柜后，进入多副边绕组变压器降压成n路低压交流，再通过n组双向AC/DC模块输出；电能经过投切单元的功率分配后，到达国网计费单元或者锂电储能单元，国网计费单元再通过充电枪给电动汽车充电，电能也可在双向AC/DC模块输出后，经过投切单元的功率分配给锂电储能单元的锂电池充电。

进一步的，充电柜是双向的，电能可双向流动；电动汽车的动力电池经过充电枪、国网计费单元后，再根据投切单元与某个或者多个双向AC/DC模块形成电路链接，电能经过双向AC/DC模块逆变后到达变压器副边，再通过变压器升压后，回馈10kV电网；光伏发电单元所发出的电能、锂电储能单元存储的电能根据投切单元与某个或者多个双向AC/DC模块形成电路链接，电能经过双向AC/DC模块逆变后到达变压器副边，再通过变压器升压后，回馈10kV电网。

进一步的，所述双向AC/DC模块内部集成MPPT算法，投切开关矩阵可任意选择一个使光伏发电单元工作在MPPT模式。

进一步的，所述n取值为10。

一种电动汽车充放电控制方法，采用上述可站网互动的高压交流共磁场型光储充智慧充电站进行，所述方法具体按照以下步骤实施：

步骤a，投切单元任意选择一组或多组双向AC/DC模块与光伏发电单元连接，此时双向AC/DC模块工作在逆变状态，光伏发电单元始终工作在MPPT模式下，即此时光伏发电单元的功率大小为P

步骤b，投切单元通过充电桩获取电动汽车充电功率需求P

步骤c，若条件P

(1)本发明提供了一种可站网互动的高压交流共磁场型光储充智慧充电站，通过采取多副边绕组变压器、双向AC/DC模块的灵活复用等措施来实现光储充电站各单元的协调控制，与传统的充电站系统架构相比，本发明所提供的充电站系统能够有效地适应未来数据驱动型的电动汽车充电站运营模式，维持电网运行状态的稳定性，提高系统运行效率，达到经济运行的目的；

(2)本发明所提供的充电站系统采用的双向AC/DC模块可灵活复用，投切单元可根据光储充电站各单元的功率关系进行投切控制，可以实现能量的自由分配和电动汽车的柔性充放电。

附图说明

图1是本发明可站网互动的高压交流共磁场型光储充智慧充电站的主电路拓扑架构示意图；

图2是本发明可站网互动的高压交流共磁场型光储充智慧充电站中接触器投切开关矩阵的结构图；

图3是本发明实施例提供的60kw双向AC/DC充电系统的结构示意图；

图4是本发明一种电动汽车充放电控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明可站网互动的高压交流共磁场型光储充智慧充电站实施例提供了光储充电站主电路拓扑结构图，所述可站网互动的高压交流共磁场型光储充智慧充电站包括高压进线柜、高压计量柜、高压出线柜、充电柜、若干个国网计费单元、若干个充电枪、光伏发电单元、锂电储能单元；充电柜包括变压器单元、双向充电堆单元、投切单元；变压器单元为原边采用单Δ型绕组，副边采用n路Y型绕组的多副边绕组变压器；双向充电堆单元由n组双向AC/DC模块组成；投切单元由接触器投切开关矩阵组成；每组双向AC/DC模块与变压器副边绕组之间均配置低压交流检测装置，每组双向AC/DC模块通过直流检测装置与投切单元的接触器投切开关矩阵连接；任何一个国网计费单元、光伏发电单元、锂电储能单元通过投切单元可与任何一组或者多组双向AC/DC模块形成电路链接，双向AC/DC模块可对国网计费单元、锂电储能单元进行充电或者放电控制，对光伏发电单元进行放电控制；投切单元用于将国网计费单元投切到不同的双向AC/DC模块，实现对连接到充电枪头的电动汽车的柔性充电。

充电站进线端为10kV配电，经过多副边绕组变压器将10kV高压降压至200V多路低压交流电输出，再经过充电堆里的各双向AC/DC整流至200～750V直流，经过投切开关矩阵柔性控制分配后，将电能分配到各国网计费单元充电桩。充电桩单枪可实现0～180kW功率自适应平滑输出(其中配置一组水冷枪头，360kW输出)，单枪电流输出范围为0～250A，单枪电压输出范围为200～750V。电能也可从充电枪投切到一个或者多个双向DC/AC模块形成电路链接，通过变压器升压后回馈给电网。

如图2所示，本发明可站网互动的高压交流共磁场型光储充智慧充电站实施例中的投切单元由接触器投切开关矩阵组成，每个接触器开关矩阵由4个半导体开关为1组的切换单元组成，系统以3组切换单元为一个整体能够为10个充电枪头自由充电，每个DC/DC的正负极都能连接到充电枪1～充电枪10，若需配置更多的充电枪为电动汽车充电，只需要按照需求配置相应数量的开关矩阵即可。

如图3所示，本发明可站网互动的高压交流共磁场型光储充智慧充电站实施例提供了60kw双向AC/DC充电系统结构图，其中主电路由三个电网侧交流电感、三相二电平桥式电路和一个直流侧稳压电容构成，采用三相对称无中线连接方式，共有6个开关管。三相桥臂由两个串联的IGBT开关器件组成，电网侧电感的主要作用为抑制电路纹波和控制网侧电流，直流侧的母线电容起到稳压滤波的作用，保证控制环路稳定；主控制单元是三相双向DC/AC的核心单元，三相PWM整流器的控制算法、维持环路的稳定运行都是通过在主控制单元的控制芯片(德州仪器的工业控制芯片TMS320F28335)上编程实现的。它的额外任务还包括对整个系统进行电压、电流、温度保护，当前运行状态监测等。电流电压采样单元的主要作用是通过模拟电路将电网侧的电压、电流以及直流侧的电压、负载电流等状态变量转换为主控制单元控制芯片可以检测到的电压范围。辅助供电单元将电网侧交流电压转换成较小的直流电压给各个模块，其总体功率不大，效率较高。驱动单元通过将主控单元的PWM信号转换成功率驱动电压来控制IGBT的通断，具备IGBT短路保护功能，且实现控制电路与功率电路的隔离。

如图4所示，本发明可站网互动的高压交流共磁场型光储充智慧充电站实施例提供了一种电动汽车充放电控制方法，其采用上述充电站进行，所述方法具体按照以下步骤实施：

步骤a，投切单元任意选择一组或多组双向AC/DC模块与光伏发电单元连接，此时双向AC/DC模块工作在逆变状态，光伏发电单元始终工作在MPPT模式下，即此时光伏发电单元的功率大小为P

步骤b，投切单元通过充电桩获取电动汽车充电功率需求P

步骤c，若条件P

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。