基于模型预测控制的电动汽车参与电网调压优化控制研究

发布时间：2020-06-15 11:11

【摘要】：随着环境恶化和能源短缺的压力日益增大,电动汽车作为可再生清洁能源得到越来越广泛的应用。但是大量电动汽车并网将不可避免地对智能电网产生诸如过载、电压波动和频率波动等负面影响。而电动汽车的优良储能特性、灵活性及响应速度快等特点,可以实现电动汽车更好的为电网提供电压调节等辅助服务。目前,如何利用电动汽车为电网提供调压服务已被国内外学者广泛关注。然而常规的方法对于如何平衡用户的充电需求、用户参与调压的经济性以及电网电压稳定性的研究仍存在着较大挑战。将先进的控制技术应用到V2G系统中可以实现更好的性能。模型预测控制是少数能够处理线性和非线性模型的先进控制技术之一。目前将模型预测控制结合电动汽车的研究大多只考虑电池或能量管理等单方面因素。针对上述问题,本文就基于模型预测控制的电动汽车参与电网调压的控制方法实行深入研究。主要研究内容如下:第一,依据电动汽车参与电网调压的基本工作原理与一般电网基础系统结构,本文提出了电动汽车并网调压的系统拓扑结构。并基于系统网络模型和电动汽车充电模型建立被控对象总的线性状态空间模型。第二,基于上述系统模型,本文设计了基于模型预测控制的电动汽车参与电网调压的控制策略。首先,分析了控制过程中的各约束条件,其中包括:电动汽车的充电需求、充电器限制、无功补偿装置限制和电网电压的稳定等约束。其次,建立了优化目标函数:以最小化电网电压距期望值的偏差和电动汽车的SOC偏差为目标。最后,在考虑电动汽车动态响应能力的基础上设计了模型预测控制的分层控制算法,包括给定轨迹的最佳可达参考计算和预测控制器的设计。第三,在上述提出的基于模型预测控制的电动汽车参与电网调压的基础上,结合电动汽车用户的充电成本、电池损耗成本以及用户提供相应服务的经济利益问题,进一步设计了基于模型预测控制的考虑电动汽车用户经济利益的控制方法。基于上述研究工作,在MATLAB平台上分别对提出的两种多目标优化控制模型进行仿真验证与结果分析。仿真结果表明,本文提出的控制方法能在满足用户充电需求的基础上达到比传统无功补偿装置调压更优的性能,保证电网电压的稳定性。同时激励电动汽车参与进电压调节服务,有效减少用户的成本支出,有利于电动汽车的推广。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM73
【图文】：

V2G技术概念模型

基于模型预测控制的电动汽车参与电网调压优化控制研究

电力系统组成结构

【参考文献】