一種具有無功補償裝置的電動汽車充電系統的製作方法
2023-05-10 21:53:19 3
本發明涉一種具有無功補償裝置的電動汽車充電系統。
背景技術：
：隨著全球能源危機的不斷加深，石油資源的日趨枯竭以及大氣汙染、全球氣溫上升的危害加劇，節能和減排是未來汽車技術發展的主攻方向。日本豐田公司率先開發出混合動力汽車Prius，揭開了電動汽車的時代序幕。電動汽車作為新一代的交通工具，在節能減排、減少人類對傳統化石能源的依賴方面具備傳統汽車不可比擬的優勢。2009年以來，中國政府密集出臺了鼓勵電動汽車及相關行業發展的政策措施，企業對電動汽車的研發和產業化投入顯著增強。目前的研究和預測表明，電動汽車負荷的增長對電力總負荷影響較小，對配電網的影響較大，因電動汽車自然使用特性，其自然形成的充電可能對原有配電網負荷高峰期造成額外的用電高峰，對電能質量、網損等造成很大影響。此外，當大量汽車充電機設備同時運行時，配電網可能會出現很大無功功率，這會降低電能傳輸效率。當無功功率不足時，配電網電壓會降低，嚴重時會引起配電網癱瘓。為了減少電動汽車集中充電時段充電負荷對配電網的影響，需要對電動汽車充電過程進行有效控制，並及時對充電系統進行無功補償，提高功率因素，提升充電效率，降低配電網損耗。在智能配電網背景下，對電動汽車充電實施智能管理，可避免電動汽車充電需求對配電網造成的不利影響，並提高配電網的運行效率。現代無功補償技術已發展到IGBT全控時代，靜止無功發生器(STATICVARGENERATOR簡稱SVG)是一種基於現代電力電子技術的新型無功補償裝置，具有優越的動態無功功率補償性能，能夠快速的跟蹤和補償配電網的無功功率，還能實現從感性到容性的全範圍無功功率的補償，因而成為各國競相研究的熱點。技術實現要素：為解決上述問題，本發明提供一種具有無功補償裝置的電動汽車充電系統，通過該系統，可對充電系統的配電網運行參數檢測後，控制動態無功補償模塊對配電網的無功功率進行補償，從而使配電網的無功功率因數達到相對較理想波動較小的範圍，此外，該系統在實時補償充電系統的總無功功率需求的同時，可以兼顧配電網及充電機的當前最大允許有功功率，極大提升了充電的效率和安全性。為了實現上述目的，本發明提供一種具有無功補償裝置的電動汽車充電系統，該系統包括：配電網檢測模塊，用於實時檢測與充電系統相連且為充電系統供電的配電網的運行參數，所述運行參數包括功率因素；多個充電機，用於對多個電動汽車的電池組進行充電，所述多個充電機均包括AC/DC轉換模塊；動態無功補償模塊，用於實時對充電系統進行無功補償，提高充電系統運行的功率因素；控制模塊，用於控制充電系統的運行，包括控制上述每個充電機對電池組的充電功率，控制動態無功補償模塊對充電系統的無功補償。優選的，所述配電網檢測模塊用於檢測所述配電網中的無功功率因數以及無功阻抗特性，所述配電網檢測模塊用於檢測單相線路電流與另外兩相線路之間電壓的相位差，從而確定所述配電網的無功阻抗特性。優選的，在三相供電中，假設三相的相電壓分別為Ua、Ub、Uc，A線電流為Ia則有Ua＝Usin(ωt)，Ub＝Usin(ωt+120°)，Uc＝Usin(ωt+240°)，從而得到BC間的線電壓為Ubc＝Ub-Uc＝Usin(ωt-90°)；若A線負載為純阻性，則A線電流Ia與A線電壓Ua同相，Ia超前Ubc的角度為90°；若A線負載為感性，則A線電流Ia滯後A線電壓Ua角度為Ia超前Ubc的角度為若A線負載為容性，則A線電流Ia超前A線電壓Ua角度為Ia超前Ubc的角度為優選的，所述動態無功補償模塊包括數個補償單元，每個所述補償單元受所述控制模塊控制；多個所述補償單元輸出的無功功率不完全相同；所述補償單元包括：串聯電抗器，用於輸出感性無功功率；並聯電容器，用於輸出容性無功功率；投切開關，受控於所述控制模塊，用於選擇導通所述串行電抗器或並聯電容器；保護器件，用於對所述補償單元進行保護；所述補償單元受控於所述控制模塊，並根據控制模塊的控制輸出容性無功功率。優選的，多個補償單元構成的動態無功補償模塊可以根據控制模塊的控制選擇任意多個的補償單元對配電網進行無功補償，盡可以能的降低補償響應時間，同時提高動態無功補償模塊的補償範圍。優選的，所述控制模塊包括控制器和與每個充電汽車電池組對應的充電機相連的均衡器，所述控制器根據各電池組的充電信息對各均衡器發出指令，各均衡器根據指令來控制與各充電機對各充電汽車電池組的充電功率。優選的，所述控制器包括：時間段劃分單元、電動汽車總充電負荷確定單元、車輛充電概率常數確定單元、隨機數生成單元和充電控制單元，其中：時間段劃分單元把充電時段範圍T劃分為J個階段；電動汽車總充電負荷確定單元確定所有電動汽車總充電負荷為：Pall=Σj=1JΣi=1MPEVi(j)=Σj=1JΣi=1Mφ-Pbase(j)Σj=1J(φ-Pbase(j))×Ci=Σi=1MΣj=1J(φ-Pbase(j))Σj=1J(φ-Pbase(j))×Ci=Σi=1MCi,]]>其中φ為配電網常規負荷與電動汽車充電負荷均值期望，Pbase為區域配電網常規負荷曲線，PEVi(j)為第i輛車在第j個階段的充電功率，Ci為第i輛車的充電需求，M為電動汽車總數；車輛充電概率常數根據所有電動汽車總充電負荷確定每輛電動汽車的充電平均功率，根據平均充電功率確定任意車輛充電概率常數；隨機數生成單元產生均勻分布隨機數，充電控制單元以任意車輛充電概率常數與隨機數生成單元的大小關係確定任意單位充電時間內的電動汽車充電功率。本發明提供的電動汽車充電系統具有如下優點：(1)充電機以恆定功率輸出，通過充電機的啟停進而控制單位時間內電動汽車充電數量，且使充電設備始終工作在能量轉化高效率區，提高電動汽車充電的整體能量利用率；(2)實時檢測配電網的運行參數，實時動態補償無功，提高充電系統運行的功率因素，提升電能利用效率。附圖說明圖1示出了本發明的一種具有無功補償裝置的電動汽車充電系統的框圖；圖2示出了一種具有無功補償裝置的電動汽車充電系統的監控方法的流程圖。具體實施方式圖1示出了一種具有無功補償裝置的電動汽車充電系統10的框圖，該系統10包括：配電網檢測模塊11，用於實時檢測與充電系統相連且為充電系統供電的配電網20的運行參數，所述運行參數包括功率因素；多個充電機12，用於對多個電動汽車電池組30進行充電，所述多個充電機均包括AC/DC轉換模塊；動態無功補償模塊13，用於實時對充電系統10進行無功補償，提高充電系統10運行的功率因素；控制模塊14，用於控制充電系統10的運行，包括控制上述每個充電機對電池組30的充電功率，控制動態無功補償模塊13對充電系統10的無功補償。優選的，所述配電網檢測模塊11用於檢測所述配電網20中的無功功率因數以及無功阻抗特性，所述配電網檢測模塊11用於檢測單相線路電流與另外兩相線路之間電壓的相位差，從而確定所述配電網20的無功阻抗特性。優選的，在三相供電中，假設三相的相電壓分別為Ua、Ub、Uc，A線電流為Ia則有Ua＝Usin(ωt)，Ub＝Usin(ωt+120°)，Uc＝Usin(ωt+240°)，從而得到BC間的線電壓為Ubc＝Ub-Uc＝Usin(ωt-90°)；若A線負載為純阻性，則A線電流Ia與A線電壓Ua同相，Ia超前Ubc的角度為90°；若A線負載為感性，則A線電流Ia滯後A線電壓Ua角度為Ia超前Ubc的角度為若A線負載為容性，則A線電流Ia超前A線電壓Ua角度為Ia超前Ubc的角度為優選的，所述動態無功補償模塊13包括數個補償單元，每個所述補償單元受所述控制模塊14控制；多個所述補償單元輸出的無功功率不完全相同；所述補償單元包括：串聯電抗器，用於輸出感性無功功率；並聯電容器，用於輸出容性無功功率；投切開關，受控於所述控制模塊，用於選擇導通所述串行電抗器或並聯電容器；保護器件，用於對所述補償單元進行保護；所述補償單元受控於所述控制模塊，並根據控制模塊的控制輸出容性無功功率。優選的，多個補償單元構成的動態無功補償模塊可以根據控制模塊的控制選擇任意多個的補償單元對配電網進行無功補償，盡可以能的降低補償響應時間，同時提高動態無功補償模塊的補償範圍。優選的，所述控制模塊14包括控制器和與每個充電汽車電池組對應的充電機相連的均衡器，所述控制器根據各電池組的充電信息對各均衡器發出指令，各均衡器根據指令來控制與各充電機對各充電汽車電池組的充電功率。優選的，所述控制器包括：時間段劃分單元、電動汽車總充電負荷確定單元、車輛充電概率常數確定單元、隨機數生成單元和充電控制單元，其中：時間段劃分單元把充電時段範圍T劃分為J個階段；電動汽車總充電負荷確定單元確定所有電動汽車總充電負荷為：Pall=Σj=1JΣi=1MPEVi(j)=Σj=1JΣi=1Mφ-Pbase(j)Σj=1J(φ-Pbase(j))×Ci=Σi=1MΣj=1J(φ-Pbase(j))Σj=1J(φ-Pbase(j))×Ci=Σi=1MCi,]]>其中φ為配電網常規負荷與電動汽車充電負荷均值期望，Pbase為區域配電網常規負荷曲線，PEVi(j)為第i輛車在第j個階段的充電功率，Ci為第i輛車的充電需求，M為電動汽車總數；車輛充電概率常數根據所有電動汽車總充電負荷確定每輛電動汽車的充電平均功率，根據平均充電功率確定任意車輛充電概率常數；隨機數生成單元產生均勻分布隨機數，充電控制單元以任意車輛充電概率常數與隨機數生成單元的大小關係確定任意單位充電時間內的電動汽車充電功率。圖2示出了一種具有無功補償裝置的電動汽車充電系統的監控方法的流程圖。該監控方法包括如下步驟：S1.實時檢測為充電系統供電的配電網運行參數，實時檢測充電的各電動汽車電池組的充電狀態；S2.根據檢測到的配電網運行參數，實時進行無功動態補償；S3.用於根據當前電池組充電狀態以及配電網運行參數，控制模塊制定適當的充電策略，實現充電系統內的充電負荷的整體優化控制。在S1中，配電網運行參數包括：配電網與充電系統連接點的功率因素，配電網與充電系統連接點的電壓和電流信息，以及功率流動情況。S2中，具體採用如下無功動態補償方法實現動態無功補償：S21.預設參數，預設的參數包括無功調整區間及無功穩定區間，所述無功調整區間為所述無功動態補償方法進行調整時無功功率因數的波動範圍，所述無功穩定區間為所述無功補償方法調整後配電網所處的無功功率因數範圍。在本發明的無功動態補償方法主要是將處於無功調整區間內的配電網無功功率因數調整至所述無功穩定區間內，該無功穩定區間的越小說明調整的效果越好。S22.獲取配電網無功功率因數及無功阻抗特性：在本步驟中，由於配電網是處於不斷的變化中，配電網的無功功率因數也是波動的，本無功動態補償方法只能對配電網當前的無功功率進行補償，那麼當前需要補償的無功功率就需要根據當前配電網中的無功功率因數進行計算。S23.根據所述配電網無功功率因數處在所述無功調整區間或無功穩定區間的範圍及所述無功阻抗特性，控制動態無功補償模塊的投切動作，從而使配電網中的無功功率因數處於所述無功穩定區間內，並保持投切動作一定時間。在本步驟中，當配電網的無功功率因數在無功穩定區間內，所述動態無功補償模塊和/或動態無功發生模塊的不做出投切動作，此時配電網的無功功率因數處於理想狀態，波動範圍極小；當配電網的無功功率因數在無功調整區間內，根據無功阻抗特性，由動態無功補償模塊做出投切補償動作。S24.重複執行步驟S21及步驟S23：當配電網檢測模塊進入下一次檢測周期後，獲得配電網變化後的無功功率因數，以及無功阻抗特性，並重新對配電網的無功功率進行補償，以使配電網的無功功率因數處於無功穩定區間內，然後進入下一次檢測及補償循環。所述步驟S23由包括分步驟，具體的包括：步驟S231：判斷所述配電網無功功率因數是否在所述無功穩定區間內，如果是執行步驟S2310。步驟S2310：執行步驟S24，即進行下一個對配電網的檢測和無功補償周期。如果步驟S231判斷為否，即檢測的配電網無功功率因數沒有在無功穩定區間內，則需要進行進一步的無功補償，此時執行步驟S232。步驟S232為：判斷所述配電網的無功阻抗特性為容性還是感性。在本實施方式中，進行了步驟S232的判斷後可以更加有針對性的對配電網進行補償，補償響應時間更短，可以使配電網的無功功率因數波動控制在極小的範圍內。如果步驟S232判斷後配電網的無功阻抗特性為容性的，則執行步驟S233，即切除所述動態無功補償模塊的容性無功輸出，使所述配電網處於無功穩定區間內，然後再執行步驟S24，進入下一個補償循環周期。如果在動態無功發生模塊的容性無功功率輸出最小時，配電網依然沒有進入所述無功穩定區間內，則說明此時配電網的容性無功功率較大，僅僅通過減小動態無功補償模塊的容性無功補償的容性無功補償依然無法使配電網回歸至無功穩定區間，此時就需要增加所述動態無功發生模塊的感性無功功率輸出，使所述配電網處於無功穩定區間內，然後執行步驟S24，進入下一個檢測、補償周期。如果即便動態無功發生模塊已經輸出了感性最大無功功率，配電網依然沒有進入無功穩定區間，那麼說明配電網的容性無功功率已經大於了本發明的無功補償方法所能調整的範圍，為異常狀態。如果在步驟S232中判斷配電網的無功阻抗特性為感性，則需要執行步驟S234：減小所述動態無功發生模塊的感性無功功率輸出，使所述配電網處於無功穩定區間內，執行步驟S24，進入下一個檢測及補償循環；當所述動態無功發生模塊的感性無功功率輸出最小時，所述配電網依然沒有進入所述無功穩定區間內，則說明此時配電網的感性無功功率較大，僅僅通過最小感性無功補償依然無法使配電網回歸至無功穩定區間，此時就需要執行步驟S236；所述步驟S236為增加所述動態無功發生模塊的容性無功功率輸出，使所述配電網處於無功穩定區間內，然後執行步驟S24，進入下一個檢測及無功補償循環；同樣的，如果在投入動態無功補償模塊輸出了最大容性無功功率後，配電網依然還是沒有進入無功穩定區間內，那麼說明配電網的感性無功功率已經大於了本發明的無功補償方法所能調整的範圍，為異常狀態。在上述步驟S233及步驟S234中，優先的選擇改變所述動態無功發生模塊的輸出無功功率，因為動態無功發生模塊反應迅速，可以縮短補償響應時間。在步驟S3中，具體包括如下步驟：S31.把充電時段範圍T劃分為J個階段；S32.在每個階段，確定所有電動汽車總充電負荷為：Pall=Σj=1JΣi=1MPEVi(j)=Σj=1JΣi=1Mφ-Pbase(j)Σj=1J(φ-Pbase(j))×Ci=Σi=1MΣj=1J(φ-Pbase(j))Σj=1J(φ-Pbase(j))×Ci=Σi=1MCi,]]>其中φ為區域配電網常規負荷與電動汽車充電負荷均值期望，Pbase為區域配電網常規負荷曲線，PEVi(j)為第i輛車在第j個階段的充電功率，Ci為第i輛車的充電需求，M為電動汽車總數；S33.根據所有電動汽車總充電負荷確定每輛電動汽車的充電平均功率，根據平均充電功率確定任意車輛充電概率常數，產生均勻分布隨機數，以二者的大小關係確定任意單位充電時間內的電動汽車充電功率。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應當視為屬於本發明的保護範圍。當前第1頁1 2 3