[发明专利]一种一体化直流充电站电气拓扑及其运行控制方法

权利要求书

1.一体化直流充电站电气拓扑，其特征在于：包括与直流源连接的供电侧直流母线(1001)、K个分立的充电桩单元和互济总直流母线(1002)；

每个充电桩单元均包括一个输入直流母线(2K61)、一个互济子直流母线(2K62)、一个输出直流母线(2K63)、N条隔离支路、一个非隔离DC/DC模块(2K01)、一个输出端子(2K51)；每个充电桩单元的输入直流母线(2K61)与供电侧直流母线(1001)相连，每个充电桩单元的互济子直流母线(2K62)与互济总直流母线(1002)连接；

每条隔离支路配置相同，均包括：一个隔离型DC/DC模块(2K1N)、一个输出开关(2K2N)和一个互济开关(2K3N)；

每条隔离支路中，隔离型DC/DC模块(2K1N)的输入侧与输入直流母线(2K61)连接，输出侧通过输出开关(2K2N)与输出直流母线(2K63)连接，此时构成输出支路，输出侧通过互济开关(2K3N)与互济子直流母线(2K62)连接，此时构成互济支路；互济子直流母线(2K62)通过开关(2K41)与输出直流母线(2K63)连接；输出直流母线(2K63)通过非隔离DC/DC模块(2K01)与输出端子(2K51)连接；

当电动汽车接入的充电桩单元中所有输出支路启动时，所输出的功率无法满足该电动汽车的需求功率时，通过启动其他充电桩单元的互济支路，满足电动汽车的需求功率。

2.根据权利要求1所述的一体化直流充电站电气拓扑，其特征在于：所述直流源为直流配电网馈线或充电站AC/DC模块的直流侧馈线。

3.根据权利要求1所述的一体化直流充电站电气拓扑，其特征在于：所述供电侧直流母线(1001)的额定电流I₁₁大于等于直流源的额定电流。

4.根据权利要求3所述的一体化直流充电站电气拓扑，其特征在于：互济总直流母线(1002)的额定电流I₁₂满足：I₁₂≥I₁₁×U₁₁/U₁₂，其中，U₁₁为供电侧直流母线(1001)的额定电压，U₁₂为互济总直流母线(1002)额定电压。

5.根据权利要求1所述的一体化直流充电站电气拓扑，其特征在于：每个输出开关和互济开关的额定电流大于等于隔离型DC/DC模块的输出侧额定电流I₃₂。

6.根据权利要求5所述的一体化直流充电站电气拓扑，其特征在于：每个隔离型DC/DC模块的输出侧额定电流I₃₂满足：I₃₂＝I₂₁×U₁₁/(U₁₂×N)，其中，I₂₁为输入直流母线的额定电流，I₂₁＝I₁₁/K，U₁₁为供电侧直流母线(1001)的额定电压；I₁₁为供电侧直流母线(1001)的额定电流；

每个输出直流母线的额定电流I₂₃满足：I₂₃≥I₃₂×N+I₂₂；其中，I₂₂为互济子直流母线的额定电流。

7.根据权利要求1所述的一体化直流充电站电气拓扑，其特征在于：每个非隔离DC/DC模块的输出侧额定电压U₄₂和输出侧额定电流I₄₂满足：U₄₂×I₄₂≥U₁₂×I₂₂×r；其中，U₁₂为互济总直流母线(1002)的额定电压，I₂₂为互济子直流母线的额定电流，r为同时率。

8.基于权利要求1至7任意一项所述的一种一体化直流充电站电气拓扑的运行控制方法，其特征在于：包括：

当一体化直流充电站正常运行时，所有输出开关、互济开关均处于断开状态，所有隔离型DC/DC模块与非隔离DC/DC模块均处于不工作状态；

当当前充电桩单元接入有电动汽车时，执行以下步骤：

步骤1：假设电动汽车的需求功率为P_v，判断P_v是否大于I₃₂×N；

若P_v大于I₃₂×N，则判断其他充电桩单元中处于空闲状态的隔离DC/DC模块数量d是否满足：(P_v/U₁₂-I₃₂×N)≤d×I₃₂，若满足，则转入步骤2；若不满足，即(P_v/U₁₂-I₃₂×N)＞d×I₃₂，则转入步骤3；

若P_v小于等于I₃₂×N，则启动当前充电桩单元内b个隔离DC/DC模块，与b个启动的隔离DC/DC模块连接的输出开关闭合，当前充电桩单元的非隔离DC/DC模块启动，当前充电桩单元输出电动汽车的需求功率，其中，b满足：(b-1)×I₃₂＜P_v/U₁₂≤b×I₃₂；

步骤2：启动当前充电桩单元内N个隔离DC/DC模块，与N个启动的隔离DC/DC模块连接的输出开关闭合，当前充电桩单元的非隔离DC/DC模块启动；同时，启动其他充电桩单元中处于空闲状态的c个隔离DC/DC模块，c满足：(c-1)×I₃₂＜(P_v/U₁₂-I₃₂×N)≤c×I₃₂，与c个启动的隔离DC/DC模块连接的互济开关闭合，此时，当前充电桩单元输出电动汽车的需求功率；

步骤3：启动当前充电桩单元内N个隔离DC/DC模块，与隔离DC/DC模块连接的输出开关闭合，当前充电桩单元的非隔离DC/DC模块启动；同时启动其他充电桩单元中处于空闲状态的d个隔离DC/DC模块，与d个隔离DC/DC模块连接的互济开关闭合，此时，当前充电桩单元输出功率小于电动汽车的需求功率。