本發(fā)明涉及一種能源驅(qū)動型充電系統(tǒng)及管理方法，屬于電動汽車充換電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

大力推廣新能源電動汽車是節(jié)能減排的重要舉措，也是實(shí)現(xiàn)綠色交通可持續(xù)發(fā)展的重要手段之一。大量的電動汽車都進(jìn)行快速充電時，需要結(jié)合電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況和外部其他系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，對電動汽車的充電過程進(jìn)行合理的安排與管理，可提升電動汽車充電靈活性和保證電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行特性、從而提高用戶端的能效管理。為了保證大量電動汽車快速充電的安全有序，電動汽車快充點(diǎn)需要獲得包括充電電價、功率限制、充電計劃等復(fù)雜的外部信息。同時需要綜合分析電動汽車、動力電池、電動汽車用戶等信息，制定合理的充電策略來滿足電動汽車安全有序充電的需要，目前還缺乏針對大量電動汽車快速充電應(yīng)用時有效的控制

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能源驅(qū)動型充電系統(tǒng)及管理方法，以實(shí)現(xiàn)對電動汽車的快速充電過程進(jìn)行協(xié)調(diào)管理控制。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而提供一種能源驅(qū)動型充電系統(tǒng)，該充電系統(tǒng)采用端、站、云三層架構(gòu)，包括作為云層的充電服務(wù)平臺、作為站層的充電控制終端和作為端層的能源驅(qū)動型發(fā)電單元、電能轉(zhuǎn)換器和配電網(wǎng)，各層之間通信連接，能源驅(qū)動型發(fā)電單元和配電網(wǎng)通過電能轉(zhuǎn)換器用于連接電動汽車，所述的充電服務(wù)平臺用于根據(jù)電動汽車用戶的充放電需求制定相應(yīng)的充放電計劃并下發(fā)給充電控制終端，所述的充電控制終端用于根據(jù)充電服務(wù)平臺提供的充放電計劃和能源驅(qū)動型發(fā)電單元的發(fā)電參數(shù)協(xié)調(diào)控制電動汽車的充放電策略，使電動汽車盡可能的使用能源驅(qū)動型發(fā)電單元的電能。

所述充電控制終端采用的充放電策略如下：當(dāng)沒有電動汽車充電時，將能源驅(qū)動型發(fā)電單元發(fā)出的電能通過電能轉(zhuǎn)換器全部接入配電網(wǎng)；當(dāng)有電動汽車充電而能源驅(qū)動型發(fā)電單元不發(fā)電時，配電網(wǎng)通過電能轉(zhuǎn)換器為電動汽車充電；當(dāng)電動汽車充電且能源驅(qū)動型發(fā)電單元輸出的功率大于電動汽車充電功率時，將能源驅(qū)動型發(fā)電單元發(fā)出的電能提供給電動汽車充電，并將多余的電能經(jīng)過電能轉(zhuǎn)換器傳遞給配電網(wǎng)；當(dāng)電動汽車充電而能源驅(qū)動型發(fā)電單元的輸出功率小于電動汽車的充電功率時，將能源驅(qū)動型發(fā)電單元發(fā)出的電能全部提供給電動汽車，不足的部分由配電網(wǎng)通過電能轉(zhuǎn)換器提供。

所述充放電策略還包括當(dāng)電動汽車有放電需求時，將能源驅(qū)動型發(fā)電單元發(fā)出的電能和電動汽車放電的電能通過電能轉(zhuǎn)換器傳遞給配電網(wǎng)。

所述充電服務(wù)平臺與充電控制終端之間、充電控制終端與電能轉(zhuǎn)換器之間、充電控制終端與電動汽車之間采取請求/應(yīng)答通訊機(jī)制；能源驅(qū)動型發(fā)電單元與充電控制終端之間采取發(fā)布/訂閱通訊機(jī)制。

所述充電控制終端通過現(xiàn)場總線與能源驅(qū)動型發(fā)電單元、電動汽車、電能轉(zhuǎn)換器通信連接，通過有線/無線以太網(wǎng)方式與充電服務(wù)平臺通信。

所述的能源驅(qū)動型發(fā)電單元采用光伏發(fā)電系統(tǒng)。

所述的充電服務(wù)平臺獲取的充放電需求是電動汽車用戶通過網(wǎng)絡(luò)向充電服務(wù)平臺提交的，充電服務(wù)平臺根據(jù)電動汽車用戶設(shè)定的預(yù)計充電時間和目標(biāo)荷電狀態(tài)編制相應(yīng)的充放電計劃。

本發(fā)明還提供了一種能源驅(qū)動型充電管理方法，該管理方法的步驟如下：

1)根據(jù)電動汽車用戶的充放電需求制定相應(yīng)的充放電計劃；

2)實(shí)時采集能源驅(qū)動型發(fā)電單元的發(fā)電參數(shù)、電動汽車BMS信息和電能轉(zhuǎn)換器的參數(shù)；

3)根據(jù)制定的充放電計劃和實(shí)時采集的參數(shù)協(xié)調(diào)控制電動汽車的充放電策略，使電動汽車盡可能的使用能源驅(qū)動型發(fā)電單元的電能。

步驟3)中采用充放電策略為：

當(dāng)沒有電動汽車充電時，將能源驅(qū)動型發(fā)電單元發(fā)出的電能通過電能轉(zhuǎn)換器全部接入配電網(wǎng)；當(dāng)有電動汽車充電而能源驅(qū)動型發(fā)電單元不發(fā)電時，配電網(wǎng)通過電能轉(zhuǎn)換器為電動汽車充電；當(dāng)電動汽車充電且能源驅(qū)動型發(fā)電單元輸出的功率大于電動汽車充電功率時，將能源驅(qū)動型發(fā)電單元發(fā)出的電能提供給電動汽車充電，并將多余的電能經(jīng)過電能轉(zhuǎn)換器傳遞給配電網(wǎng)；當(dāng)電動汽車充電而能源驅(qū)動型發(fā)電單元的輸出功率小于電動汽車的充電功率時，將能源驅(qū)動型發(fā)電單元發(fā)出的電能全部提供給電動汽車，不足的部分由配電網(wǎng)通過電能轉(zhuǎn)換器提供。

所述的充放電策略還包括當(dāng)電動汽車有放電需求時，將能源驅(qū)動型發(fā)電單元發(fā)出的電能和電動汽車放電的電能通過電能轉(zhuǎn)換器傳遞給配電網(wǎng)。

本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用端、站、云三層架構(gòu)，包括作為云層的充電服務(wù)平臺、作為站層的充電控制終端和作為端層的能源驅(qū)動型發(fā)電單元、電能轉(zhuǎn)換器和配電網(wǎng)，各層之間通信連接，充電服務(wù)平臺用于根據(jù)電動汽車用戶的充放電需求制定相應(yīng)的充放電計劃并下發(fā)給充電控制終端，由充電控制終端根據(jù)充電服務(wù)平臺提供的充放電計劃和能源驅(qū)動型發(fā)電單元的發(fā)電參數(shù)協(xié)調(diào)控制電動汽車的充放電策略，使電動汽車盡可能的使用能源驅(qū)動型發(fā)電單元的電能。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了能源驅(qū)動型發(fā)電單元、配電網(wǎng)和電動汽車三者之間的協(xié)調(diào)工作，保證電動汽車充電過程的順利執(zhí)行。本發(fā)明滿足了電動汽車快速充電的應(yīng)用需求，減小充電對配電網(wǎng)的影響，降低用戶充電成本，適合電動汽車在城市充電站、小區(qū)、單位停車場等場所的充電管理。

附圖說明

圖1是本發(fā)明能源驅(qū)動型充電系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明能源驅(qū)動型充電系統(tǒng)管理方法的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明的一種能源驅(qū)動型充電系統(tǒng)的實(shí)施例

該充電系統(tǒng)如圖1所示，采用端、站、云三層架構(gòu)，包括作為云層的充電服務(wù)平臺101、作為站層的充電控制終端111、作為端層的光伏發(fā)電系統(tǒng)121、電能轉(zhuǎn)換器122和配電網(wǎng)124，光伏發(fā)電系統(tǒng)121和配電網(wǎng)124通過電能轉(zhuǎn)換器122用于連接電動汽車，由電能轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)對光伏發(fā)電系統(tǒng)到配電網(wǎng)，電動汽車到配電網(wǎng)的能量轉(zhuǎn)換。充電控制終端111負(fù)責(zé)完成與光伏發(fā)電系統(tǒng)121、電動汽車123，能源驅(qū)動型電能轉(zhuǎn)換器122實(shí)時通信，對電動汽車充放電過程進(jìn)行實(shí)時決策和協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)121、配電網(wǎng)124、電動汽車123三者之間的協(xié)調(diào)工作，保證電動汽車充電過程的順利執(zhí)行。本發(fā)明滿足電動汽車快速充電的應(yīng)用需求，減小充電對配電網(wǎng)的影響，降低用戶充電成本，適合電動汽車在城市充電站、小區(qū)、單位停車場等場所的充電管理。

充電服務(wù)平臺與充電控制終端之間、充電控制終端與電能轉(zhuǎn)換器之間、充電控制終端與電動汽車之間采取請求/應(yīng)答通訊機(jī)制；光伏發(fā)電系統(tǒng)與充電控制終端之間采取發(fā)布/訂閱通訊機(jī)制。充電控制終端通過CAN等現(xiàn)場總線與光伏發(fā)電系統(tǒng)、電動汽車、電能轉(zhuǎn)換器通信；充電控制終端通過有線/無線以太網(wǎng)方式與能源驅(qū)動型充電平臺通信；光伏發(fā)電系統(tǒng)和電動汽車通過電能轉(zhuǎn)換器完成能量的轉(zhuǎn)換。各層之間的協(xié)調(diào)機(jī)制如下：充電控制終端用于完成與光伏發(fā)電系統(tǒng)、電動汽車和電能轉(zhuǎn)換器實(shí)時通信，協(xié)調(diào)控制光伏發(fā)電系統(tǒng)和配電網(wǎng)能量輸出，保證電動汽車盡可能的使用光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能。當(dāng)電動汽車有放電需求時，協(xié)調(diào)能源驅(qū)動型電能轉(zhuǎn)換器向配電網(wǎng)放電；當(dāng)電動汽車沒有充放電需求時，光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的富裕電能直接通過能源驅(qū)動型電能轉(zhuǎn)換器輸出到配電網(wǎng)；多輛電動汽車同時充放電情況下，光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能不足以滿足多車充電的需求，需要協(xié)調(diào)配電網(wǎng)輸出一部分電能來保證多輛電動汽車充電的能量需求。充電控制終端需要通過與車輛BMS通信交互，實(shí)時采集車輛充電能量信息，并通過電動汽車有序充放電管理策略協(xié)調(diào)光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出能量與配電網(wǎng)輸出能量，實(shí)現(xiàn)多車同時充放電時，保證多輛電動汽車的充放電需求，完成充放電最優(yōu)功率分配。

充電服務(wù)平臺負(fù)責(zé)根據(jù)電動汽車用戶提出的充放電需求，制定相應(yīng)的用戶充放電計劃，電動汽車用戶利用手機(jī)APP或者上網(wǎng)方式，提出電動汽車充放電需求。充電服務(wù)平臺根據(jù)充電用戶設(shè)定的預(yù)計充電時間、目標(biāo)荷電狀態(tài)(SOC)等參數(shù)，編制相應(yīng)的充放電計劃，下發(fā)給能源驅(qū)動型充電控制終端。其功能包括：1)結(jié)合電動汽車用戶需求，制定并發(fā)布充放電計劃；2)發(fā)布電動汽車充電功率限制信息；3)發(fā)布電價信息。

充電控制終端從充電服務(wù)平臺獲取用戶充放電計劃信息，充電控制終端的功能包括：1)接受充電服務(wù)平臺提供的充電計劃；2)制定最合適的充電方案。

電能轉(zhuǎn)換器用于負(fù)責(zé)對光伏發(fā)電系統(tǒng)到配電網(wǎng)，電動汽車到配電網(wǎng)能量轉(zhuǎn)換。充電控制終端所采用的充放電協(xié)調(diào)控制策略有三種工作模式。第一種工作模式是沒有電動汽車充電的情況下，光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能全部通過能源驅(qū)動轉(zhuǎn)換器接入配電網(wǎng)，電動汽車不參與工作。第二種工作模式是有電動汽車充電，電動汽車可以作為儲能裝置，與配電網(wǎng)協(xié)調(diào)，共同平抑光伏發(fā)電系統(tǒng)的不穩(wěn)定能量，夜晚或者陰雨天光伏發(fā)電系統(tǒng)不發(fā)電的情況下，電動汽車動力電池直接與配電網(wǎng)進(jìn)行能量交換，利于夜晚谷電進(jìn)行充電，白天用電高峰進(jìn)行放電，起到“削峰填谷”的作用。第三種工作模式是當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能而電動汽車動力電池充電時，且光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的功率大于動力電池充電功率，此時光伏發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的電能提供給動力電池充電，而多余的電能經(jīng)過能源驅(qū)動轉(zhuǎn)換器傳遞給電網(wǎng)；當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率小于動力電池的充電功率，此時光伏發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的電能全部提供給動力電池充電，不足的部分則由配電網(wǎng)提供。當(dāng)配電網(wǎng)的負(fù)荷過高時，可采取光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能，同時電動汽車動力電池放電，此時二者同時向配電網(wǎng)傳遞電能。

該充電系統(tǒng)的工作過程如圖2所示，具體步驟如下：

1)電動汽車用戶通過手機(jī)APP/上網(wǎng)等方式，將充放電需求提交給能源驅(qū)動型充電服務(wù)平臺；

2)充電服務(wù)平臺收到電動汽車用戶提交的充放電需求，編制相應(yīng)的充放電計劃，并下發(fā)給能源驅(qū)動型充放電控制終端；

3)充放電控制終端通過實(shí)時采集光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電參數(shù)、電動汽車BMS相關(guān)信息、能源驅(qū)動型電能轉(zhuǎn)換器參數(shù)、結(jié)合能源驅(qū)動型充電服務(wù)平臺發(fā)送的充放電需求計劃，按照互動協(xié)調(diào)的充放電策略與算法，設(shè)置最優(yōu)化的充放電參數(shù)下發(fā)給能源驅(qū)動型充放電電能轉(zhuǎn)換器；

4)電能轉(zhuǎn)換器利用最優(yōu)化的充放電功率分配給電動汽車，完成電動汽車充放電需求。

本發(fā)明的一種能源驅(qū)動型充電管理方法的實(shí)施例

本發(fā)明的能源驅(qū)動型充電管理方法是以電動汽車盡可能的使用光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)的電為目標(biāo)，通過建立目標(biāo)函數(shù)，以電動汽車充電整體功率上下限及充電系統(tǒng)整體能量需求為約束條件。該方法根據(jù)電動汽車用戶設(shè)定的預(yù)計充電時間和目標(biāo)荷電狀態(tài)制定相應(yīng)的充放電計劃；實(shí)時采集能源驅(qū)動型發(fā)電單元的發(fā)電參數(shù)、電動汽車BMS信息和電能轉(zhuǎn)換器的參數(shù)；根據(jù)制定的充放電計劃和實(shí)時采集的參數(shù)協(xié)調(diào)控制電動汽車的充放電策略，使電動汽車盡可能的使用能源驅(qū)動型發(fā)電單元的電能。

具體的控制策略有三種工作模式，第一種工作模式是沒有電動汽車充電的情況下，光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能全部通過能源驅(qū)動轉(zhuǎn)換器接入配電網(wǎng)，電動汽車不參與工作。

s.t.{-P_wk＜＜p_Gk-p_1k＜＜0}

p_Gk為常規(guī)電源的計劃出力，表示第k個時段配電網(wǎng)中常規(guī)電源的總體出力；p_wk為光伏功率的預(yù)測值，表示第k個時段接入光伏總體出力；p_1k為負(fù)荷預(yù)測值，表示第k個時段配電網(wǎng)中的總負(fù)荷；Δt為計算時段長度；m為計算時段數(shù)量。

第二種工作模式是有電動汽車充電，電動汽車可以作為儲能裝置，與配電網(wǎng)協(xié)調(diào)，共同平抑光伏發(fā)電系統(tǒng)的不穩(wěn)定能量，夜晚或者陰雨天光伏發(fā)電系統(tǒng)不發(fā)電的情況下，電動汽車動力電池直接與配電網(wǎng)進(jìn)行能量交換，利于夜晚谷電進(jìn)行充電，白天用電高峰進(jìn)行放電，起到“削峰填谷”的作用。

s.t{P_EVmink＜＜p_EVk＜＜P_EVmaxk}

s.t.{-P_wk＜＜p_Gk-p_1k-p_EVk＜＜0}

p_Gk為常規(guī)電源的計劃出力，表示第k個時段配電網(wǎng)中常規(guī)電源的總體出力；P_wk為光伏功率的預(yù)測值，表示第k個時段接入光伏總體出力；p_1k為負(fù)荷預(yù)測值，表示第k個時段配電網(wǎng)中的總負(fù)荷；p_EVk為在第個時段電動汽車總體功率限值，當(dāng)電動汽車充電時為正值，當(dāng)電動汽車放電時為負(fù)值E_EVn為電動汽車在n個計算時段內(nèi)所需的電能總量；Δt為計算時段長度；n為計算時段數(shù)量；P_EVmaxk表示第k時段內(nèi)電動汽車的整體功率上限；P_EVmink表示第k時段內(nèi)電動汽車的整體功率下限。

第三種工作模式是當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能而電動汽車動力電池充電時，且光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的功率大于動力電池充電功率，此時光伏發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的電能提供給動力電池充電，而多余的電能經(jīng)過能源驅(qū)動轉(zhuǎn)換器傳遞給電網(wǎng)；當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率小于動力電池的充電功率，此時光伏發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的電能全部提供給動力電池充電，不足的部分則由配電網(wǎng)提供。當(dāng)配電網(wǎng)的負(fù)荷過高時，可采取光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能，同時電動汽車動力電池放電，此時二者同時向配電網(wǎng)傳遞電能。

當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的功率大于動力電池充電功率時：

s.t{P_EVmink＜＜p_EVk＜＜P_EVmaxk}

s.t.{-P_wk＜＜p_Gk-p_1k-p_EVk＜＜0}

當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率小于動力電池的充電功率時：

s.t{P_EVmink＜＜p_EVk＜＜P_EVmaxk}

s.t.{-P_wk＜＜p_Gk-p_1k-p_EVk＜＜0}

p_Gk為常規(guī)電源的計劃出力，表示第k個時段配電網(wǎng)中常規(guī)電源的總體出力；P_wk為光伏功率的預(yù)測值，表示第k個時段接入光伏總體出力；p_1k為負(fù)荷預(yù)測值，表示第k個時段配電網(wǎng)中的總負(fù)荷；p_EVk為在第個時段電動汽車總體功率限值，當(dāng)電動汽車充電時為正值，當(dāng)電動汽車放電時為負(fù)值；E_EVn為電動汽車在n個計算時段內(nèi)所需的電能總量；Δt為計算時段長度；n為計算時段數(shù)量；P_EVmaxk表示第k時段內(nèi)電動汽車的整體功率上限；P_EVmink表示第k時段內(nèi)電動汽車的整體功率下限。

當(dāng)配電網(wǎng)的負(fù)荷過高時，可采取光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能，同時電動汽車動力電池放電，此時二者同時向配電網(wǎng)傳遞電能。

本發(fā)明通過協(xié)調(diào)控制光伏發(fā)電系統(tǒng)和配電網(wǎng)的能量輸出，保證電動汽車盡可能的使用光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能。當(dāng)電動汽車有放電需求時，協(xié)調(diào)電能轉(zhuǎn)換器向配電網(wǎng)放電，當(dāng)電動汽車沒有充放電需求時，光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的富裕電能直接通過電能轉(zhuǎn)換器輸出到配電網(wǎng)。通過與車輛BMS通信交互，實(shí)時采集車輛充電能量信息，并通過電動汽車有序充放電管理策略協(xié)調(diào)光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出能量與配電網(wǎng)輸出能量，實(shí)現(xiàn)多車同時充放電時，保證多輛電動汽車的充放電需求，完成充放電最優(yōu)功率分配。