光储式电动汽车充电站的设计与仿真研究

发布时间：2017-05-15 14:06

  本文关键词：光储式电动汽车充电站的设计与仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着世界工业的飞速发展,社会经济、环境与能源三者间的矛盾显得日益突出,成为影响人类社会可持续发展的主要因素。光伏发电和电动汽车的可再生特点优势和环境经济效益明显,未来随着储能技术的进步、电网智能水平以及电动汽车保有量的大幅提高,研究建设新型(光储式)电动汽车充电站是具有重要意义。本文主要针对新型光储式电动汽车充电站进行结构设计和仿真分析研究,包括充电站的基本构建、DC/DC和AC/DC变换器的结构与控制、充电站的设计及其协调控制和改进下垂控制。具体研究内容如下:首先,介绍了光伏发电系统、磷酸铁锂电池和飞轮储能系统,对它们的数学原理进行了分析,并分别进行了仿真建模。其中:光伏电池MPPT采用扰动观察法控制;磷酸铁锂电池基于Thevenin和指数曲线机理两种建模方式进行了对比分析;飞轮控制设置自由储放功率和空闲储备充放电两种运行模式,均能实现预期效果。其次,介绍了DC/DC和AC/DC变换器的拓扑结构、数学模型和控制策略。对于DC/DC,结合蓄电池的充放电策略,设计阶段式恒流充电控制和限流放电控制;设计CVC稳压控制策略,实现对光伏变换输出电压的稳定控制。对于AC/DC,对其工作于逆变器模式的PQ控制、U/f控制和Droop控制共3种控制策略进行了阐述,并进行仿真实现。然后,设计了本文光储式电动汽车充电站的基本结构,介绍了系统各部分的作用。提出了以飞轮和蓄电池混合储能作为系统的储能形式,在储能作为母线电压支撑时,飞轮平滑高频功率波动和部分低频功率,蓄电池平衡基准功率并维持母线电压平滑稳定。设计了基于5层的直流母线电压分层协调控制,实现充电站优化运行,又介绍了充电站中央控制结构。搭建了充电站仿真系统,在不同工况下进行了仿真验证。最后,针对光储式电动汽车充电站以DG形式接入微电网的情况,提出了一种基于SOC的改进型功率耦合下垂控制,在系统孤岛运行时,能根据充电站储能系统SOC的变化,改善充电站与其他DG之间的功率分配;在微电网并网/孤岛双模式切换时,结合相应的PQ并网输出功率的改变和预同步控制,来实现双模式切换的平滑过渡。在逆变器的双环控制中,电压外环采用准PR控制,电流内环采用比例P控制,实现对参考信号的快速跟踪和无差控制。并进行了仿真对比。
【关键词】：光储式电动汽车充电站 磷酸铁锂电池 飞轮 双向变换器 协调控制 下垂控制
【学位授予单位】：上海电力学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72;TM910.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 本课题来源、研究背景及意义10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 太阳能光伏发电技术研究现状11-12
• 1.2.2 电动汽车及新型充电站研究现状12
• 1.2.3 电动汽车的电池技术12-13
• 1.2.4 飞轮储能技术13
• 1.2.5 电动汽车V2G技术13-14
• 1.2.6 微电网运行控制14-15
• 1.3 本文的主要研究工作15-17
• 2 电动汽车充电站基本构建17-30
• 2.1 光伏发电系统17-21
• 2.1.1 光伏发电的原理及数学模型17-18
• 2.1.2 光伏最大功率点跟踪18-19
• 2.1.3 仿真分析19-21
• 2.2 磷酸铁锂电池21-26
• 2.2.1 磷酸铁锂电池原理21
• 2.2.2 两种建模方式21-24
• 2.2.3 仿真分析24-26
• 2.3 飞轮储能系统26-30
• 2.3.1 飞轮储能系统简介26
• 2.3.2 飞轮电机的数学模型及其控制策略26-28
• 2.3.3 仿真分析28-30
• 3 DC/DC和AC/DC变换器的研究30-44
• 3.1 DC/DC变换器的研究30-33
• 3.1.1 DC/DC变换器拓扑结构30-31
• 3.1.2 DC/DC变换器数学模型31
• 3.1.3 DC/DC变换器控制策略31-33
• 3.2 AC/DC变换器的研究33-37
• 3.2.1 AC/DC变换器拓扑结构及数学模型33-35
• 3.2.2 AC/DC逆变器控制策略35-37
• 3.3 仿真分析37-44
• 3.3.1 DC/DC仿真37-39
• 3.3.2 AC/DC仿真39-44
• 4 光储式电动汽车充电站的设计及其协调控制44-58
• 4.1 光储式电动汽车充电站结构设计44-47
• 4.1.1 光伏电动汽车充电站常规设计方案44-45
• 4.1.2 本文光储式电动汽车充电站结构设计45-47
• 4.2 充电站微电网协调控制策略47-52
• 4.2.1 混合储能系统协调控制47-48
• 4.2.2 充电站微电网运行模式48-49
• 4.2.3 直流母线电压分层协调控制49-52
• 4.2.4 充电站中央控制结构52
• 4.3 仿真分析52-58
• 4.3.1 孤岛运行53-55
• 4.3.2 并网运行55-58
• 5 基于SOC的改进型准PR下垂控制研究58-72
• 5.1 充电站与其他DG并联运行58
• 5.2 下垂控制功率外环研究58-63
• 5.2.1 基于功率耦合的通用下垂控制58-60
• 5.2.2 基于SOC的改进型下垂控制60-63
• 5.3 下垂控制电压电流内环研究63-65
• 5.3.1 内环PI、PCI、PR控制63-64
• 5.3.2 本文准PR内环控制设计64-65
• 5.4 仿真分析65-72
• 5.4.1 准PR控制与其他控制方式的对比65-66
• 5.4.2 基于SOC改进型下垂控制孤岛运行66-69
• 5.4.3 改进型下垂控制的并网离网切换69-72
• 6 总结与展望72-74
• 6.1 总结72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 研究生期间发表论文及科研情况79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 牟晓春;毕大强;任先文;;低压微网综合控制策略设计[J];电力系统自动化;2010年19期

2 蒋志君;;锂离子电池正极材料磷酸铁锂:进展与挑战[J];功能材料;2010年03期

3 熊倩;廖勇;姚骏;;含飞轮储能单元的直驱永磁风力发电系统有功功率平滑控制[J];电力自动化设备;2013年05期

4 张明锐;杜志超;王少波;孙华;;高压微网运行模式切换控制策略[J];电工技术学报;2014年02期

5 杨军;太阳能光伏发电前景展望[J];沿海企业与科技;2005年08期

6 李福东;吴敏;;微网孤岛模式下负荷分配的改进控制策略[J];中国电机工程学报;2011年13期

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本文编号：367960