基于光伏并网的V2G系统研究与设计

摘要

随着分布式可再生能源渗透率的不断提高，光伏等可再生能源接入电网的方式更加多样。同时近年来电动汽车飞速发展，解决充电问题已成为当务之急。在减少大规模充电对电网产生影响的同时，将电动汽车作为储能单元参与电网的调峰调频有利于电网的安全经济运行。本文研究基于光伏发电的V2G系统，旨在增加新能源消纳并促进电动汽车的清洁化和低碳化。系统的最大创新点在于实现了光伏发电并网、电动汽车充电与V2G服务的分时复用。
　　针对家庭单相并网选取了双向两级式的电路拓扑，不仅结构简单而且易于控制。对双向全桥电路和Buck-Boost电路设计了相互独立的控制系统，实现控制系统的完全解耦。提出基于直流母线电压信号的控制策略，实现两级变换器之间的功率平衡与能量的双向流动。结合小信号模型的传递函数，分别设计了充电、光伏并网和V2G模式下变换器的闭环控制器。
　　在此基础上介绍了基于TMS320F28335控制的软硬件设计过程，其中硬件设计包括功率器件的选型、采样电路以及外围电路的设计。软件设计介绍了控制软件设计方案，包括DSP/BIOS系统、控制系统的框架以及部分功能实现。
　　最后研制了一台3.3kW的样机进行了原理验证实验，仿真和实验结果证明了本文设计的正确性和有效性。

目录

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摘要

第一章 课题背景及研究意义

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 V2G技术研究现状

1．2．2 光伏充电站研究现状

1．2．3 单相光伏逆变器研究现状

1．3 选题意义

1．4 本文研究内容

第二章 光伏并网与V2G变换器理论分析

2．1 使用习惯可行性分析

2．2 技术实现可行性分析

2．2．1 光伏并网功能实现

2．2．2 电动汽车充放电功能实现

2．3 系统主电路拓扑选择

2．4 系统功能概述

2．4．1 功能要求

2．4．2 工作模式

2．4．3 最大功率点追踪

2．4．4 电池充电技术

2．5 本章小结

第三章 数学模型与控制策略设计

3．1 拓扑分析

3．1．1 双向AC／DC变换器拓扑分析

3．1．2 双向DC／DC变换器拓扑分析

3．2 主电路拓扑数学模型建立

3．2．1 双向AC／DC全桥电路模型分析

3．2．2 Buck-Boost变换器模型分析

3．2．3 光伏电池等效电路及数学建模

3．3 系统充电模式控制策略分析

3．4 系统并网模式控制策略分析

3．4．1 V2G模式控制策略分析

3．4．2 光伏并网模式控制策略分析

3．5 系统仿真模型

3．6 本章小结

第四章 主电路设计

4．1 系统构成及指标

4．2 主电路设计与参数选取

4．2．1 功率器件IGBT选型

4．2．2 交流侧滤波电感设计

4．2．3 输入滤波电容设计

4．2．4 直流母线稳压电容设计

4．2．5 Buck-Boost储能电感设计

4．2．6 直流侧滤波电容设计

4．3 控制系统电路设计

4．3．1 主控芯片资源配置

4．3．2 直流电压采样调理电路

4．3．3 交流电压采样调理电路

4．3．4 电流采样调理电路

4．3．5 辅助电源设计

4．4 本章小结

第五章 实验验证与结果分析

5．1 软件编译器及操作系统

5．1．1 主程序软件平台介绍

5．1．2 DSP／BIOS配置

5．2 主程序设计

5．2．1 系统初始化

5．2．2 系统主程序循环

5．2．3 子模块流程设计

5．3 实验结果与分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文工作总结

6．2 后续工作展望

参考文献

致谢