一種新能源微電網電動汽車充電站的製作方法

2023-05-29 16:14:46

本實用新型涉及一種新能源微電網電動汽車充電站。

背景技術：
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隨著以電池為動力的電動車輛不斷面世並快速走向市場，能否解決好這些車輛的動力電池的充電問題，已經成為這類新能源車輛能否推廣應用的關鍵之一。

常規的電動汽車充(換)電站的電源取自於公共配電網，經降壓後向電動汽車充電樁(充電機)提供電源。其存在如下的不足：

1)現有新能源微電網電動汽車充電站的控制管理布局不合理、不靈活；只有一級或者二級簡單控制管理，控制管理功能不完善，缺乏微電網中長期穩定控制和能量管理，也缺乏協調指揮變配電模塊、儲能模塊、分布式新能源發電單元、負荷、功率補償設備的工作負責微電網中暫態穩定控制，因此整個系統控制不穩定，不高效；

2)缺乏一套控制系統進行調度、管理與控制，控制系統採集單元內的數據單一，不具備信息遠程訪問與傳送能力，不可接入遠程調度控制中心和信息化雲服務。

3)常規電動汽車充(換)電站不提供分布式新能源發電、儲能裝置的接入與管理功能，當市電失電時充電站亦停運，而且在電網未覆蓋區域則無法建設。

4)常規電動汽車充(換)電站並非模塊化集成，安裝建設複雜，建設周期長；

5)目前出現的光伏充電站，雖然可以接入與消納光伏發電，但能源品種單一；適用範圍窄。

技術實現要素：
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本實用新型的第一目的是提供一種新能源微電網電動汽車充電站，解決目前充(換)電站的控制管理功能不完善，缺乏微電網中長期穩定控制和能量管理，也缺乏協調指揮變配電模塊、儲能模塊、分布式新能源發電單元、負荷、功率補償設備的工作負責微電網中暫態穩定控制，導致整個系統控制不穩定，不高效。

本實用新型的第二目的是提供一種新能源微電網電動汽車充電站，解決目前充(換)電站非模塊化集成，安裝建設複雜，建設周期長。

本實用新型的目的是通過下述技術方案予以實現的。

一種新能源微電網電動汽車充電站，至少包括有一個新能源微電網電動汽車充電站單元模塊，所述的新能源微電網電動汽車充電站單元模塊包括變配電模塊、儲能模塊、分布式新能源發電單元、負荷、無功功率補償設備和微電網控制管理系統，所述的負荷是電動汽車充電樁或電動汽車充電機，其特徵在於：新能源微電網電動汽車充電站單元模塊分成3級控制管理，其中：儲能模塊的控制器、分布式新能源發電單元的控制器、負荷的控制器、功率補償設備的控制器作為一級控制器；微電網控制管理系統包括實時協調控制器和能量管理控制系統，實時協調控制器作為二級控制器，能量管理控制系統作為頂層控制器；實時協調控制器分別與儲能模塊的控制器、分布式新能源發電單元的控制器、負荷的控制器、分布式新能源發電單元的控制器連接通信，實時協調控制器協調指揮變配電模塊、儲能模塊、分布式新能源發電單元、負荷、功率補償設備的工作負責微電網中暫態穩定控制；能量管理控制系統與實時協調控制器相互連接通信，能量管理控制系統收集微電網的各項運行參數和指揮實時協調控制器工作，負責微電網中長期穩定控制和能量管理。

上述能量管理控制系統還連接一遠動通信裝置，能量管理控制系統將微電網的全景數據通過遠動通信裝置向外發送，也可通過遠動通信裝置接入遠程調度控制中心和信息化雲服務。

上述微電網的全景數據包括模擬量和狀態量，模擬量包括電流、電壓、有功功率、無功功率、諧波分量、環境變量；狀態量包括開關設備的位置信號、設備警告信號、就地控制裝置動作及警告信號和運行監視信號。

上述實時協調控制器、能量管理控制系統和遠動通信裝置通過通信網絡連接。

上述的通信總線還連接有衛星時鐘，衛星時鐘為實時協調控制器、能量管理控制系統、遠動通信裝置和就地控制器提供精確的時間信號。

上述通信總線連接一個光纖盒，微電網控制管理系統通過光纖盒分別與變配電模塊、儲能模塊、分布式新能源發電單元、負荷、功率補償設備連接通信。

上述光纖盒還連接若干個測控裝置，測控裝置用於採集新能源微電網電動汽車充電站單元模塊裡面的某設備運行數據以及控制某些設備通電或者斷電或者運行狀態。

上述能量管理控制系統是安裝有微電網能量管理控制軟體模塊的計算機系統。

上述實時協調控制器是安裝有微電網實時協調管理控制軟體模塊的嵌入式計算機裝置。

上述所述的變配電模塊包含高壓配電裝置、配電變壓器和低壓配電裝置，高壓配電裝置的輸入端接入外部的高壓電網，所述的配電變壓器一次側連接於高壓配電裝置的輸出端，二次側連接於低壓配電裝置的輸入端，低壓配電裝置提供額定電壓為LM(kV)的低壓主母線，所述的儲能模塊、分布式新能源發電單元、負荷以及功率補償設備均連接於低壓配電裝置的低壓主母線上，微電網控制管理系統控制整個新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的工作，高壓配電裝置包括高壓電主母線、高壓電網接入開關、變壓器連接開關和模塊級聯開關，高壓電網接入開關、變壓器連接開關和模塊級聯開關的一端都分別連接在高壓電主母線上，高壓電網接入開關輸入端接入外部的高壓電網，變壓器連接開關的輸出端連接配電變壓器一次側，模塊級聯開關的引出端用於連接下一級的新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的高壓電網接入開關。

上述當新能源微電網電動汽車充電站單元模塊含有多個時，選擇一個新能源微電網電動汽車充電站單元模塊作為第一級，其高壓電網接入開關的輸入端接入外部的高壓電網，其模塊級聯開關與第二級的新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的高壓電網接入開關連接，其餘各級的新能源微電網電動汽車充電站單元模塊也按以上方式連接串聯起來，獲取高壓電網提供的額定電壓為HM(kV)的高壓電。

上述選取其中一個新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的微電網控制管理系統為主，其餘新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的微電網控制管理系統為從屬的方式，將主微電網控制管理系統與各從屬微電網控制管理系統連接起來相互通信，由主微電網控制管理系統統一向外傳送數據及協調各新能源微電網電動汽車充電站單元模塊工作。

上述高壓電主母線、高壓電網接入開關、變壓器連接開關和模塊級聯開關安裝在一個櫃中形成高壓配電櫃；低壓配電裝置包括低壓主母線接線和若干個低壓接線開關，若干個低壓接線開關的一端分別與低壓主母線接線連接，另一端連接內置的設備或者引出，將低壓主母線接線和若干個低壓接線開關安裝在一個櫃中形成低壓配電櫃。

上述高壓配電裝置、配電變壓器和低壓配電裝置是集成安裝在一個箱體內形成箱式成套變配電設備。

上述儲能模塊包含配電櫃、儲能雙向變流器以及電池組，將配電櫃、儲能雙向變流器以及電池組集成安裝形成箱式成套設備，儲能模塊是1個或者多個。

上述分布式新能源發電單元可以1個或者多個，分布式新能源發電單元的種類是光伏發電、或者是風力發電、或者是燃料電池、或者是水力發電、或者是內燃機發電機組、或者是燃氣輪機發電機組。

本實用新型與現有技術相比，具有如下效果：

1)本實用新型的新能源微電網電動汽車充電站，新能源微電網電動汽車充電站單元模塊分成3級控制管理，其中：儲能模塊的控制器、分布式新能源發電單元的控制器、負荷的控制器、無功功率補償設備的控制器作為一級控制器；微電網控制管理系統包括實時協調控制器和能量管理控制系統，實時協調控制器作為二級控制器，能量管理控制系統作為頂層控制器；一級控制器屬於就地控制器，根據就地採集的各類設備信息對各類電源和負荷進行控制；二級控制器是微電網控制協調層，是微電網系統運行的核心，負責微網整體協調控制，具備其在併網和孤網兩種模式及切換條件下的控制功能；頂層控制器(即三級控制器)是微網能量管理系統層，實現對分布式發電供能系統的電源進行優化調度、調配儲能和合理分配出力，保證微網安全、穩定、經濟運行；這樣的布局，靈活方便，適應性強，各級控制器分工明確，各負其責，且有機聯繫成一個整體，功能完善，控制高效，適用多種控制策略。

2)能量管理控制系統還連接一遠動通信裝置，能量管理控制系統將微電網的全景數據通過遠動通信裝置向外發送，也可通過遠動通信裝置接入遠程調度控制中心和信息化雲服務，功能完善，使用方便。

3)實時協調控制器、能量管理控制系統和遠動通信裝置通過通信網絡連接，上述的通信網絡還連接有衛星時鐘，衛星時鐘為實時協調控制器、能量管理控制系統、遠動通信裝置和就地控制器提供精確的時間信號，相互通信快捷方便，且連接結構簡單，功能完善；

4)通信網絡連接一個光纖盒，微電網控制管理系統通過光纖盒分別與變配電模塊、儲能模塊、分布式新能源發電單元、負荷、功率補償設備連接通信，結構簡單，實施容易；

5)光纖盒還連接若干個測控裝置，測控裝置用於採集新能源微電網電動汽車充電站單元模塊裡面的某設備運行數據以及控制某些設備通電或者斷電或者運行狀態，結構簡單，安裝方便；

6)當新能源微電網電動汽車充電站單元模塊含有多個時，上述選取其中一個新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的微電網控制管理系統為主，其餘新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的微電網控制管理系統為從屬的方式，將主微電網控制管理系統與各從屬微電網控制管理系統連接起來相互通信，由主微電網控制管理系統統一向外傳送數據及協調各新能源微電網電動汽車充電站單元模塊工作，這樣實施，簡單方便。

附圖說明：

圖1是本實用新型實施例一的原理示意圖；

圖2是本實用新型實施例一具體方框原理圖；

圖3是本實用新型的新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的高壓電控方框圖；

圖4是本實用新型實施例一中微電網控制管理系統與各部分的連接示意圖；

圖5是本實用新型實施例一中微電網控制管理系統的結構示意圖；

圖6是本實用新型實施例一中微電網控制管理系統的進一步展開的示意圖。

二的原理示意圖；

圖7是本實用新型實施例二的具體的方框原理圖；

圖8是本實用新型實施例二的具體的高壓電氣接線示意圖；

圖9是本實用新型實施例二的具體的低壓控制接線示意圖；

圖10是本實用新型實施例三的原理示意圖。

具體實施方式：

下面通過具體實施例並結合附圖對本實用新型作進一步詳細的描述。

實施例一：

如圖1至圖3所示，本實施例提供的是一種新能源微電網電動汽車充電站，包括有一個新能源微電網電動汽車充電站單元模塊，所述的新能源微電網電動汽車充電站單元模塊包括變配電模塊、儲能模塊、分布式新能源發電單元、負荷、分布式新能源發電單元和微電網控制管理系統，所述的負荷是電動汽車充電樁或電動汽車充電機，其中：所述的變配電模塊包含高壓配電裝置、配電變壓器和低壓配電裝置，高壓配電裝置的輸入端接入外部的高壓電網，所述的配電變壓器一次側連接於高壓配電裝置的輸出端，二次側連接於低壓配電裝置的輸入端，低壓配電裝置提供額定電壓為LM(kV)的低壓主母線，所述的儲能模塊、分布式新能源發電單元以及負荷均連接於低壓配電裝置的低壓主母線上，微電網控制管理系統控制整個新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的工作。

上述高壓配電裝置包括高壓電主母線、高壓電網接入開關、變壓器連接開關和模塊級聯開關，高壓電網接入開關、變壓器連接開關和模塊級聯開關的一端都分別連接在高壓電主母線上，高壓電網接入開關輸入端接入外部的高壓電網，變壓器連接開關的輸出端連接配電變壓器一次側，模塊級聯開關的引出端用於連接下一級的新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的高壓電網接入開關。

上述高壓電主母線、高壓電網接入開關、變壓器連接開關和模塊級聯開關安裝在一個櫃中形成高壓配電櫃；低壓配電裝置包括低壓主母線接線和若干個低壓接線開關，若干個低壓接線開關的一端分別與低壓主母線接線連接，另一端連接內置的設備或者引出，將低壓主母線接線和若干個低壓接線開關安裝在一個櫃中形成低壓配電櫃。

高壓配電裝置、配電變壓器和低壓配電裝置是集成安裝在一個箱體內形成箱式成套變配電設備。高壓配電裝置按充電站容量以及外部高壓電網，外部高壓電網提供的額定電壓為HM(kV)為6kV，或者10kV，或者20kV或35kV，低壓配電裝置提供額定電壓為LM(kV)為0.4KV。

上述儲能模塊包含配電櫃、儲能雙向變流器以及電池組，將配電櫃、儲能雙向變流器以及電池組集成安裝形成箱式成套設備，儲能模塊是1個或者多個，圖3中只畫出儲能模塊1和儲能模塊N，N是整數，即儲能模塊可能有1-N的個數範圍，因圖表述面積有限，所以只畫出儲能模塊1和儲能模塊N，其實儲能模塊可以有1個、2個、3個、4個、5個、甚至N個。

分布式新能源發電單元是光伏發電、或者是風力發電、或者是燃料電池、或者是水力發電、或者是內燃機發電機組、或者是燃氣輪機發電機組，分布式新能源發電單元可以1個或者多個，圖3中只畫出分布式新能源發電單元1和分布式新能源發電單元N，N是整數，即儲分布式新能源發電單元可能有1-N的個數範圍，因圖表述面積有限，所以只畫出分布式新能源發電單元1和分布式新能源發電單元N，其實分布式新能源發電單元可以有1個、2個、3個、4個、5個、甚至N個。

上述所述的低壓配電裝置提供額定電壓為LM(kV)的低壓主母線還連接無功補償設備SVG，無功補償設備SVG受微電網控制管理系統控制，無功補償設備SVG安裝在低壓配電櫃中。

上述低壓配電裝置提供額定電壓為LM(kV)的低壓主母線接線還連接一個接插口，該接插口可直接接入380V市電中帶負荷運行工作。

上述在低壓配電櫃中還可以安裝一個內置電動汽車充電樁，該內置電動汽車充電樁與低壓主母線連接；低壓主母線還連接外置電動汽車充電樁，該外置電動汽車充電樁位於低壓配電櫃外，儲能模塊還可以安裝內置電動汽車充電樁，該內置電動汽車充電樁安裝儲能模塊的箱體上由儲能模塊直接供電。

如圖4、圖5、圖6所示，本實用新型的一種新能源微電網電動汽車充電站，至少包括有一個新能源微電網電動汽車充電站單元模塊，所述的新能源微電網電動汽車充電站單元模塊包括變配電模塊、儲能模塊、分布式新能源發電單元、負荷、無功功率補償設備和微電網控制管理系統，所述的負荷是電動汽車充電樁或電動汽車充電機，其特徵在於：新能源微電網電動汽車充電站單元模塊分成3級控制管理，其中：

儲能模塊的控制器、分布式新能源發電單元的控制器、負荷的控制器、功率補償設備的控制器作為一級控制器；

微電網控制管理系統包括實時協調控制器和能量管理控制系統，實時協調控制器作為二級控制器，能量管理控制系統作為頂層控制器；

實時協調控制器分別與儲能模塊的控制器、分布式新能源發電單元的控制器、負荷的控制器、分布式新能源發電單元的控制器連接通信，實時協調控制器協調指揮變配電模塊、儲能模塊、分布式新能源發電單元、負荷、無功功率補償設備的工作負責微電網中暫態穩定控制；

能量管理控制系統與能量管理控制系統相互連接通信，能量管理控制系統收集微電網的各項運行參數和指揮實時協調控制器工作，負責微電網中長期穩定控制和能量管理。

微電網控制管理系統的三層控制結構體系，每層控制器的實時性要求有所不同，一級控制器(或稱就地控制器)響應速度最快，為毫秒級別，控制分布式微電源(以下簡稱微源)的運行和出力；二級控制器(即實時協調控制器)為毫秒、秒級，負責微網暫態穩定控制；三級控制器(能量管理控制系統)最慢，為秒、分鐘及以上級別，負責微網中長期穩態控制和能量管理。

上述能量管理控制系統還連接一遠動通信裝置，能量管理控制系統將微電網的全景數據通過遠動通信裝置向外發送，也可通過遠動通信裝置接入遠程調度控制中心和信息化雲服務。上述微電網的全景數據包括模擬量和狀態量，模擬量包括電流、電壓、有功功率、無功功率、諧波分量、環境變量；狀態量包括開關設備的位置信號、設備警告信號、就地控制裝置動作及警告信號和運行監視信號。

上述實時協調控制器、能量管理控制系統和遠動通信裝置通過通信網絡連接。上述的通信網絡還連接有衛星時鐘，衛星時鐘為實時協調控制器、能量管理控制系統、遠動通信裝置和就地控制器提供精確的時間信號。上述通信網絡連接一個光纖盒，微電網控制管理系統通過光纖盒分別與變配電模塊、儲能模塊、分布式新能源發電單元、負荷、功率補償設備連接通信。上述光纖盒還連接若干個測控裝置，測控裝置用於檢測新能源微電網電動汽車充電站單元模塊裡面的某設備運行數據以及控制某些設備通電或者斷電。上述能量管理控制系統是安裝有微電網能量管理控制軟體模塊的計算機系統。上述實時協調控制器是安裝有微電網實時協調管理控制軟體模塊的嵌入式計算機裝置。

如圖6所示，變配電模塊形成成套的箱式結構，裡面設置光纖盒和測控裝置，測控裝置可以有多個，可以測量高壓電主母線的電流、電壓及高壓電網接入開關、變壓器連接開關和模塊級聯開關的狀態，也可以控制高壓電網接入開關、變壓器連接開關和模塊級聯開關的關斷與閉合，測控裝置通過變配電模塊自帶的光纖盒引出，變配電模塊自帶的光纖盒通過光纖與微電網控制管理系統的光纖盒連接通信。

無功補償設備SVG內置控制器，無功補償設備SVG的控制器通過光纖與微電網控制管理系統的光纖盒連接通信。

分布式新能源發電單元也帶有控制器、內置式光纖盒和測控裝置，測控裝置和控制器連接內置式光纖盒，分布式新能源發電單元的控制器通過內置式光纖盒與微電網控制管理系統的光纖盒連接通信。

儲能模塊也帶有控制器、內置式光纖盒和測控裝置，儲能模塊的控制器一般是指電池管理系統BMS，電池管理系統BMS控制儲能雙向變流器工作；電池管理系統BMS通過內置式光纖盒與微電網控制管理系統的光纖盒連接通信。

負荷也帶有控制器和內置式光纖盒，負荷的控制器通過內置式光纖盒與微電網控制管理系統的光纖盒連接通信。

實施例二：

如圖7、圖8所示，本實施例提供的是一種新能源微電網電動汽車充電站，包括有2個新能源微電網電動汽車充電站單元模塊，分別為一級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊和二級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊，一級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊和二級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊是與實施例一所描述的新能源微電網電動汽車充電站單元模塊是相同

的。圖8中由於圖片篇幅的關係，沒有將一級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊和二級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的結構全部畫出來，只是畫出了變配電模塊部分的電氣原理圖，因為一級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊和二級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的連接只是在變配電模塊的連接。

一級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的高壓電網接入開關的輸入端接入外部的高壓電網，一級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的模塊級聯開關與第二級的新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的高壓電網接入開關連接，獲取高壓電網提供的額定電壓為HM(kV)的高壓電。

圖9中由於圖片篇幅的關係，沒有將一級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊和二級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的結構全部畫出來，只是畫出了微電網控制管理系統的原理框圖，一級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的微電網控制管理系統與二級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的微電網控制管理系統通過光纖連接通信，即利用微電網控制管理系統的光纖盒實現，非常簡單方便。選取其中一級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的微電網控制管理系統為主，二級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的微電網控制管理系統為從屬的方式，將一級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的主微電網控制管理系統與二級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的從屬微電網控制管理系統連接起來相互通信，由主微電網控制管理系統統一向外傳送數據及協調各新能源微電網電動汽車充電站單元模塊工作。

實施例三：

圖10所示，本實施例提供的是一種新能源微電網電動汽車充電站，包括有4個新能源微電網電動汽車充電站單元模塊，分別為一級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊、二級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊、三級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊和四級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊；一級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊高壓電網接入開關的輸入端接入外部的高壓電網，一級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的模塊級聯開關與第二級的新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的高壓電網接入開關連接，其餘各級的新能源微電網電動汽車充電站單元模塊也按以上方式連接串聯起來，獲取高壓電網提供的額定電壓為HM(kV)的高壓電。

選取其中一級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的微電網控制管理系統為主，二級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的微電網控制管理系統、三級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的微電網控制管理系統、四級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的微電網控制管理系統為從屬的方式，將一級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的主微電網控制管理系統與各級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的從屬微電網控制管理系統連接起來相互通信，由主微電網控制管理系統統一向外傳送數據及協調各新能源微電網電動汽車充電站單元模塊工作。

一級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的主微電網控制管理系統與二級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的從屬微電網控制管理系統通過光纖連接通信，即利用微電網控制管理系統的光纖盒實現，非常簡單方便。三級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的從屬微電網控制管理系統和四級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的從屬微電網控制管理系統也通過光纖連接一級新能源微電網電動汽車充電站單元模塊的微電網控制管理系統。

以上實施例為本發明的較佳實施方式，但本發明的實施方式不限於此，其他任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。