基于MMC的大规模电动汽车集群集成网络及控制研究

摘要

近年来由于环境污染和能源危机，电动汽车和新能源发电已经成为工业界和学术界关注的焦点。具有“源”“荷”双重特性的电动汽车将在新能源发电渗透率很高的电网中起到维持系统稳定的重要作用，电动汽车作为储能和可控负荷来维持系统稳定可以降低配备储能的成本，减缓电网升级的速度。
　　但是如何充分利用电动汽车功率双向特性，同时考虑电动汽车用户的用户需求，是大规模电动汽车与电网高效集成的关键问题。模块化多电平变换器可能成为一种将电动汽车集群与电网集成的高效拓扑，相比较于传统MMC变换器用于电动汽车的MMC网络结构控制具有以下难点:即传统子模块电压可以通过控制子模块电容吸收或者释放的能量来控制，本文所提的结构中子模块电压由电动汽车电池端电压决定，不同的电动汽车具有不同的充电需求、不同的SOC和不同的端电压，因此维持并网接口三相功率平衡、控制环路电流都将是新的挑战。本文围绕模块化多电平变换器在电动汽车与电网集成中的应用展开研究，其主要工作与创新点如下:
　　1.提出一种将MMC子模块作为电动汽车充电接口的新型电动汽车集群集成于电网的网络结构。分析了基于MMC的网络结构、运行原理，并对其进行d-q坐标系下的建模，根据建模结果设计了本文仿真案例下的系统容量及电路参数。
　　2.提出了基于虚拟SOC模型的多目标功率管理策略，同时实现用户充放电功率差异化控制、保证并网接口电能质量控制和响应电网调度控制。所提的功率管理策略主要包括:考虑用户需求的集成网络系统与电网交互功率管理策略，基于零序电压和环路电流的相间功率管理策略，基于环路电流的上下桥臂之间功率管理策略，以及基于载波层叠调制策略和基于载波移相调制策略的桥臂内子模块间功率管理策略。
　　3.在MATLAB/Simulink环境下建立了含72台EV的基于MMC的大规模电动汽车集群集成网络仿真模型，分别对基于载波层叠调制策略下电动汽车充电状态、放电状态以及基于载波移相调制策略下电动汽车充电状态、放电状态和充放电切换状态五种情形进行了仿真，仿真结果表明各台电动汽车充放电功率可以按照用户需求差异化控制，并网接口三相功率平衡，电流THD小于5％满足并网要求，验证了本文提出基于MMC的集成网络及其功率管理策略的正确性和有效性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．1．1 新能源的发展现状

1．1．2 电动汽车的发展现状

1．1．3 大规模电动汽车集群集成入网研究现状

1．2 电动汽车的充电方式研究现状

1．2．1 电动汽车的充电拓扑

1．2．2 电动汽车的充电行为

1．3 电动汽车集成网络分析

1．3．1 直流微电网集成方式

1．3．2 交流微电网集成方式

1．3．3 交直流混合微电网集成方式

1．3．4 多端口变换器集成方式

1．4 MMC变换器应用现状

1．5 本文主要研究内容

第二章 基于MMC的大规模EVs集群集成网络建模与参数设计

2．1 基于MMC的大规模EVs集群集成拓扑

2．2 基于MMC的大规模EVs集群集成网络的数学模型

2．2．1 电动汽车电池模型

2．2．2 MMC拓扑数学模型

2．3 基于MMC的大规模EVs集群集成网络容量配置及参数设计

2．3．1 基于MMC的大规模EVs集群集成网络容量配置

2．3．2 基于MMC的大规模EVs集群集成网络参数设计

2．4 本章小结

第三章 基于MMC的大规模EVs集群集成网络多目标控制策略

3．1 基于MMC的大规模EVs集群集成网络运行模式

3．2 MMC拓扑的调制策略

3．2．1 载波层叠调制策略

3．2．2 载波移相调制策略

3．3 基于MMC的大规模EVs集群集成系统功率管理

3．3．1 虚拟SOC的定义

3．3．2 基于MMC的大规模EVs集群集成系统并网接口功率管理

3．3．3 基于MMC的大规模EVs集群集成系统相单元之间功率管理

3．3．4 基于MMC的大规模EVs集群集成系统桥臂之间功率管理

3．3．5 基于MMC的大规模EVs集群集成系统桥臂内功率管理

3．4 本章小结

第四章 基于MMC的大规模EVs集群集成网络仿真验证

4．1 基于载波层叠调制策略下功率管理策略仿真

4．1．1 案例一：电动汽车充电状态

4．1．2 案例二：电动汽车放电状态

4．2 基于载波移相调制策略下功率管理策略仿真

4．2．1 案例一：电动汽车充电状态

4．2．2 案例二：电动汽车放电状态

4．2．3 案例三：电动汽车充放电状态切换

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本文工作总结

5．2 下一步工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况