应用于电动汽车换电站的光伏发电接入系统研究

【摘要】：日益凸显的石油供需矛盾和大气污染问题迫使传统动力汽车向新能源汽车转型，而电动汽车作为新能源汽车的代表，已被公认为21世纪汽车工业发展的主要方向。作为电动汽车的能量补给站，电动汽车换电站的建设必不可少。如何将光伏发电与电动汽车换电站有机结合，实现新能源系统的接入，对电动汽车电池进行充电，亦是当前的一个研究热点。 本文针对电动汽车换电站的实际结构，提出了一套应用于电动汽车换电站的光伏发电接入系统。不同于传统光伏发电系统，该系统采用新型的主结构和最大功率点跟踪(MPPT)控制策略，具有升压效率高，输出电压稳定等特性，在电动汽车换电站的应用中具有其独特优点。 提出应用于电动汽车换电站的光伏发电接入系统的设计方案。该方案在系统主结构上采用新型的Z-Source变换器，在光伏阵列MPPT控制上采用基于系统输出电流的控制策略。分别对系统光伏发电模块和三相PWM整流模块的结构进行介绍，并对各模块的控制策略进行分析。 对新型Z-Source变换器进行理论分析与仿真验证。针对传统Boost变换器升压效率低、输出电压有限可能导致光伏系统的输出电压达不到电动汽车换电站直流母线电压要求的问题，提出在光伏系统DC/DC环节采用新型Z-Source变换器。对比于传统Boost变换器，分别从拓扑结构、工作原理、升压因子等方面对两者进行理论对比研究及仿真对比分析，仿真结果验证了理论分析的正确性。 对基于系统输出电流的MPPT控制策略进行理论分析与仿真验证。针对电动汽车换电站存在电压稳定的直流母线这一特点，提出一种新颖的基于系统输出电流的光伏发电MPPT控制策略，该控制策略能够在保证光伏系统的输出电压恒定的前提下，同时实现对光伏阵列的MPPT控制。分析了该控制策略的工作原理，并与传统控制方法进行对比仿真，仿真结果验证了该控制策略的可行性。 系统总体建模与仿真。分别对系统的光伏电池阵列、Z-Source变换器、PWM整流器进行参数计算和建模仿真，在此基础上建立系统的整体模型并进行仿真分析，仿真结果验证了所提出系统的正确性、可行性。 【关键词】：电动汽车换电站 光伏发电 Z-Source变换器 最大功率点跟踪
【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】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 我国发展电动汽车及电动汽车换电站的必要性10-15
• 1.1.1 电动汽车是汽车工业发展的必然趋势10-12
• 1.1.2 我国建设电动汽车换电站的必要性12-13
• 1.1.3 光伏发电系统在电动汽车换电站中的应用13-15
• 1.2 电动汽车换电站及其光伏发电接入系统发展现状15-16
• 1.2.1 国外建设发展现状15
• 1.2.2 国内建设发展现状15-16
• 1.3 本文所做的研究工作16-18
• 第2章 应用于电动汽车换电站的光伏发电接入系统结构与控制策略18-26
• 2.1 应用于电动汽车换电站的光伏发电接入系统基本结构18-22
• 2.2 电动汽车换电站光伏发电接入系统控制策略22-25
• 2.2.1 光伏发电 MPPT 控制策略22-23
• 2.2.2 三相 VSR 整流控制策略23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 Z-Source 变换器与传统 Boost 变换器对比研究26-35
• 3.1 拓扑结构对比26-27
• 3.2 工作原理对比27-29
• 3.2.1 Boost 变换器27-28
• 3.2.2 Z-Source 变换器28-29
• 3.3 升压因子对比29
• 3.4 仿真对比分析29-33
• 3.4.1 传统 Boost 变换器30-31
• 3.4.2 Z-Source 变换器31-33
• 3.4.3 仿真结果对比分析33
• 3.5 本章小结33-35
• 第4章 基于输出电流的光伏发电 MPPT 控制策略35-53
• 4.1 光伏电池伏安特性35-39
• 4.2 常见光伏发电 MPPT 方法39-43
• 4.2.1 恒定电压法39
• 4.2.2 扰动观察法39-41
• 4.2.3 电导增量法41-43
• 4.3 基于输出电流的 MPPT 控制策略43-52
• 4.3.1 基于输出电流控制工作原理43-47
• 4.3.2 对比仿真分析47-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 应用于电动汽车换电站的光伏发电接入系统仿真研究53-69
• 5.1 系统技术参数53
• 5.2 光伏阵列建模53-58
• 5.2.1 数学模型53-55
• 5.2.2 建模仿真55-58
• 5.3 Z-Source 变换器建模58-61
• 5.3.1 参数设计59-60
• 5.3.2 建模仿真60-61
• 5.4 PWM 整流电路建模61-63
• 5.4.1 参数设计61-63
• 5.4.2 建模仿真63
• 5.5 系统整体仿真分析63-67
• 5.5.1 系统仿真模型63-65
• 5.5.2 仿真结果分析65-67
• 5.6 本章小结67-69
• 结论69-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录75

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