含光伏电源的电动汽车换电站运行与控制研究

【摘要】：电动汽车与光伏发电是新能源领域的两大重要发展方向，本文以电动汽车换电站与光伏发电系统为研究对象，对光伏电源接入电动汽车换电站的能量分配方式、换电站配电系统的设计、站内直流微电网各单元接口变流器的拓扑结构及控制策略和系统的工作模式等问题进行了系统深入的研究。 论文首先介绍国内外电动汽车充/换电站的发展趋势及研究现状，阐述含光伏电源电动汽车换电站的研究意义，分析当前我国在该领域研究与应用中的不足，在此基础上提出对含光伏电源电动汽车换电站运行与控制研究的设想。 接着从可靠性分析的角度对电动汽车换电站典型拓扑结构进行研究，计算出了典型拓扑结构下换电站的可靠度与平均无故障时间。通过对典型拓扑结构的对比分析，权衡可靠性与经济性两项指标，考虑光伏电源接入的能量分配方式，设计含光伏电源电动汽车换电站的交直流混合供电系统。并对换电站在实际运行过程中的经营模式、对电力系统的影响与社会经济效益进行了分析。 然后，本文对换电站内直流微电网进行研究，其包含光伏单元、储能单元、充电单元、并网单元，对各单元接口变流器所采用的电路拓扑结构及其控制策略进行分析及原理的介绍，仿真验证各接口变流器所选拓扑结构及控制策略的准确性。 最后，本文对换电站的控制原则与系统的工作模式进行研究。在能量平衡的基础上，并结合换电站实际运行的情况，对换电站的直流微电网各单元采用分布式控制策略，各单元依据直流母线的电压值及系统运行状态的改变来自动切换其控制策略，实现各模块之间有功功率的最优分配。系统分为两种运行状态：并网运行与独立运行。为了最大限度的利用新能源，光伏电源始终工作在最大功率跟踪状态；充电装置用来对动力电池进行充电，在充电的过程中根据蓄电池的状态进行恒流与恒压充电控制的无缝切换。系统独立运行时，储能装置维持光伏电源与充电装置之间能量的平衡，根据直流母线的实际电压与参考值的比较判定其双向变流器的工作状态；系统并网运行时，并网装置通过自动切换整流与逆变的工作状态，实现电网与系统之间能量的双向流动，维持光伏电源与充电装置之间功率的平衡。论文最后对直流微电网系统的四种工作模式进行仿真，验证了本文对含光伏电源电动汽车换电站运行与控制研究的准确性。 【关键词】：电动汽车换电站 光伏电源 直流微电网 分布式控制策略
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM910.6;U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究的背景与意义11-12
• 1.2 电动汽车充/换电站的发展现状与趋势12-14
• 1.2.1 国外电动汽车充/换电站的发展现状及趋势12-13
• 1.2.2 国内电动汽车充/换电站的发展现状及趋势13-14
• 1.3 含光伏电源电动汽车换电站研究的意义与现状14-15
• 1.3.1 含光伏电源电动汽车换电站的研究意义14
• 1.3.2 含光伏电源电动汽车换电站的研究现状14-15
• 1.4 论文的主要内容和篇章结构15-17
• 第2章 含光伏电源的电动汽车换电站方案设计17-27
• 2.1 光伏电源接入换电站的能量分配方式17-18
• 2.2 换电站的供电方式18-19
• 2.2.1 交流供电方式18
• 2.2.2 直流供电方式18-19
• 2.3 换电站的可靠性分析19-24
• 2.3.1 交流和直流供电方式的可靠性分析19-23
• 2.3.2 变压器的可靠性分析23-24
• 2.4 含光伏电源的电动汽车换电站配电系统设计24-25
• 2.5 换电站运行过程中要考虑的主要因素25-26
• 2.5.1 经营模式25
• 2.5.2 对电网的影响25-26
• 2.5.3 社会经济效益26
• 2.6 本章小结26-27
• 第3章 换电站光伏单元与储能单元的工作特性研究27-36
• 3.1 光伏单元的工作特性研究27-32
• 3.1.1 光伏电池的工作原理27-28
• 3.1.2 单体光伏电池的等效电路28-29
• 3.1.3 光伏电池板的输出特性分析29-30
• 3.1.4 光伏电池板仿真模型及输出特性30-32
• 3.2 储能单元的工作特性研究32-35
• 3.2.1 电池的工作特性32-34
• 3.2.2 储能蓄电池的容量配置34-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第4章 换电站直流微电网单元接口变流器及其控制策略分析36-58
• 4.1 换电站直流微电网的整体结构36-37
• 4.2 并网变流器及其控制策略分析37-42
• 4.2.1 三相全桥 PWM 双向变流器的拓扑结构37-38
• 4.2.2 电压定向的空间矢量控制38-39
• 4.2.3 仿真分析39-42
• 4.3 光伏电源 DC/DC 变流器及其控制策略分析42-46
• 4.3.1 光伏发电系统常用 DC/DC 电路工作原理分析42-44
• 4.3.2 光伏电源模块控制44-45
• 4.3.3 仿真分析45-46
• 4.4 储能装置变流器及其控制策略分析46-52
• 4.4.1 储能装置常用 DC/DC 电路工作原理分析46-49
• 4.4.2 双向 DC/DC 变流器控制策略49-50
• 4.4.3 仿真分析50-52
• 4.5 充电机结构及其控制策略分析52-57
• 4.5.1 拓扑结构52-53
• 4.5.2 充电方式的选择53-54
• 4.5.3 充电控制策略54-55
• 4.5.4 仿真分析55-57
• 4.6 小结57-58
• 第5章 换电站直流微电网运行与控制研究58-71
• 5.1 换电站的控制原则和控制拓扑58-59
• 5.2 系统运行过程中的工作模式分析59-62
• 5.3 系统运行过程中的等效电路分析62-64
• 5.4 系统各运行模式的仿真分析64-70
• 5.4.1 并网运行过程中不同工作模式的仿真分析64-67
• 5.4.2 独立运行过程中不同工作模式的仿真分析67-70
• 5.5 小结70-71
• 结论71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的主要学术论文78

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