基于多端口变换器的电动汽车与电网集成网络研究

摘要

大力发展清洁能源汽车特别是电动汽车以缓解当前严峻的能源危机和环境问题已成为世界各国政府的共识。
　　电动汽车兼具“荷”与“源”双重属性，令其成为未来能源互联网构建过程中不可或缺的一环。未来大规模电动汽车应用一方面可能会因其充电负荷的不确定性造成电网的阻塞，另一方面大规模电动汽车配置的车载蓄电池使得电动汽车集群本身又可以看成大规模移动储能单元，可以为电网提供旋转备用、电压/频率支撑、故障穿越等服务。但电动汽车发挥作用的大小依赖于其高效智能与电网互动的组网方式。目前尽管电动汽车充电机拓扑形式多样，但都是通过各充电机并联至交流母线或者直流母线进行集成，这些结构至少有以下缺点:1.单台充电机仅供一辆电动汽车充电，充电站土地使用效率低，增加一辆电动汽车都需另配置额外的充电机;2.各充电机之间需要配置通信装置实现各电动汽车的协调管理;3.整个集成系统功率变换级数多，开关装置多，每台充电机都需要独立的控制系统，建设成本高。
　　为解决上述问题，本文研究了具有结构紧凑、功率变换级数少、同时集成多台电动汽车、可集成新能源发电、控制集中等特点的多端口电动汽车与电网互动集成系统。具体研究内容与研究成果工作如下:
　　1.在广泛搜集和整理参考文献的基础上，对现有电动汽车充电机拓扑进行了分类，分析了现有电动汽车与电网互动集成方式的特点以及电动汽车与电网互动技术研究现状，并对现有多端口变换器的拓扑和控制进行了梳理和对比分析;
　　2.对现有的电动汽车三种主要的入网集成模式，即基于交流母线集成模式、基于直流母线集成模式和基于交直流混合母线集成模式进行了具体分析，总结了其各自特点，并以基于直流母线的集成模式为例，详细分析了其系统结构、总体控制目标和策略，并在Matlab环境下进行了仿真研究;
　　3.针对现有集成模式的不足，重点研究了基于多端口变换器的电动汽车集成入网方案。研究了两种具体的多端口变换器集成拓扑:一为基于多端口双向Buck-Boost变换器的非隔离型多端口集成拓扑，一为基于磁耦合的隔离型多端口集成拓扑。并各自以三端口拓扑为例，详细分析了其拓扑结构、工作原理以及控制策略，最后在Matlab/Simulink环境下搭建了相应的仿真模型，验证了所研究集成拓扑的可行性和有效性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 电动汽车入网集成研究现状

1．2．1 电动汽车入网拓扑研究现状

1．2．2 电动汽车入网集成模式研究现状

1．2．3 电动汽车与电网互动研究现状

1．2．4 现有集成方式存在的问题

1．3 多端口变换器研究现状

1．3．1 多端口变换器的拓扑

1．3．2 多端口变换器的控制

1．4 本文研究的主要内容

第二章 现有电动汽车与电网集成网络分析

2．1 几种常见的电动汽车与电网集成网络

2．1．1 基于交流母线的电动汽车与电网集成网络

2．1．2 基于直流母线的电动汽车与电网集成网络

2．1．3 基于交直流混合母线的电动汽车与电网集成网络

2．2 基于直流母线的电动汽车与电网集成网络仿真

2．2．1 系统总体描述及模块建模

2．2．2 系统控制目标及控制策略

2．2．3 系统仿真模型及结果分析

2．3 本章小结

第三章 多端口变换器的电动汽车集成方案

3．1 现有集成方案与基于多端口变换器集成的比较

3．2 非隔离型多端口电动汽车集成方案

3．2．1 系统拓扑结构介绍

3．2．2 系统工作原理分析

3．2．3 系统控制方法实现

3．3 隔离型多端口电动汽车集成方案

3．3．1 DAB拓扑及工作原理

3．3．2 基于TAB的隔离型电动汽车多端口集成系统

3．4 本章小结

第四章 仿真实验及结果分析

4．1 非隔离型多端口电动汽车与电网集成方案仿真研究

4．1．1 理想条件下相关仿真

4．1．2 非理想条件下相关仿真

4．2 隔离型多端口电动汽车与电网集成方案仿真研究

4．2．1 系统总体描述

4．2．2 系统相关仿真

4．2．3 仿真结果分析

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本文工作总结

5．2 未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况