电动汽车换电站电池储能系统并网控制研究

摘要

随着化石能源的日益枯竭及环境污染的不断加剧，电动汽车因其使用二次清洁能源而倍受关注和青睐，其不可或缺的电动汽车充、换电系统及装备也得到迅速发展。因此，为推动电动汽车产业的发展，国家电网公司提出了按照“换电为主、插充为辅、集中充电、统一配送”的模式，来打造国家电网公司电动汽车能源统一供给体系——电动汽车充、换电站。当电动汽车充、换电站规模化建设后，可充分利用其电池储能系统与城市配电网进行双向能量交换，实现削峰填谷、提高系统稳定性、平抑功率波动及改善电能质量等功能。本文建立在湖南省工业支撑计划项目上:基于电动汽车电池更换式充电站的城市配网电能质量与潮流控制研究。本文的主要研究内容如下:
　　 首先通过分析国内外电动汽车换电站的研究及发展现状，对我国电动汽车换电站的发展趋势进行了展望;综述储能系统在电力系统的应用及各自的优缺点，在此基础上提出了电动汽车换电站储能系统并网的设想。
　　 接着对电池储能及其并网系统的拓扑结构进行研究;重点介绍了两种电池储能及其并网系统的拓扑结构:单级型、多级型;选择具备多电池组接入功能的储能双向变流器拓扑结构。
　　 电动汽车换电站储能并网系统的控制难点主要包括对三相并网PWM变流器和双向DC-DC变换器的控制，以及如何协调两者的控制，故本文第三章详细分析了三相并网PWM变流器和双向DC-DC变换器的拓扑结构、工作原理以及工作模式;并对并网系统主电路参数设计进行研究，重点对直流支撑电容、网侧滤波器、升压电感等关键参数进行了设计。
　　 然后，本文对并网系统的控制方法展开研究;根据三相PWM变流器和DC-DC变换器的控制原理，对其分别采用功率解耦控制和恒流控制方法进行控制，再对两者进行协调控制;并通过在MATLAB中建立电池储能系统并网的仿真模型，仿真结果验证了控制策略的可行性。
　　 最后，对并网控制系统主电路进行了硬件系统设计，重点设计了控制电路。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状和发展趋势

1．2．1 电力储能系统的研究现状和发展趋势

1．2．2 国内外EV充换电站的发展趋势

1．3 本论文完成的主要工作

第2章 电池储能系统及其并网拓扑

2．1 电池储能系统介绍

2．2 蓄电池储能并网拓扑

2．2．1 单级型拓扑

2．2．2 多级型拓扑

2．2．3 具备多电池组接入功能的储能双向变流器拓扑

2．3 本章小结

第3章 电动汽车换电站储能系统并网系统设计

3．1．1 变流器的拓扑结构和开关模式

3．1．2 PWM变流器的工作原理

3．1．3 变流器的数学模型

3．2 双向DC-DC变换器工作模式

3．3 并网系统主电路参数的设计

3．3．1 直流支撑电容的设计

3．3．2 网侧滤波器的设计

3．3．3 电池侧电感的设计

3．4 本章小结

第4章 并网系统控制策略及其仿真

4．1 并网系统控制策略

4．1．1 PWM并网变流器的控制

4．1．2 双向DC-DC变换器控制

4．1．3 并网系统总体控制

4．2 并网系统建模与仿真

4．3 仿真结果及分析

4．4 本章小结

第5章 储能系统并网控制系统硬件设计

5．1 硬件系统结构

5．2 主电路硬件设计

5．2．1 电池组的选取

5．2．2 IGBT的选取

5．3 控制电路设计

5．3．1 电源电路

5．3．2 时钟电路

5．3．3 通讯电路

5．3．4 采样电路

5．3．5 驱动电路

5．3．6 过零检测电路

5．3．7 保护电路

5．3．8 开关控制电路

5．3．9 复位电路

5．4 本章小结

结论

参考文献

附录A 硬件电路原理图

附录B PCB印制电路板布线图

附录C 硬件电路实物图