电动汽车非车载充电机参与电网无功补偿技术的研究

摘要

随着环境污染和能源短缺等问题的日益突出，近年来以电能为动力的电动汽车得到了快速发展，非车载充电机等与此匹配的充电设施也大量分布在公共场所。考虑到无功功率对电网的不利影响和V2G(vehicle to grid)技术，本文研究了电动汽车通过非车载充电机在满足用户充电需求且不损害电池寿命的前提下对电网进行合理的无功补偿，主要研究内容如下:
　　(1)设计了一种非车载充电机，单辆电动汽车可通过该非车载充电机向电网进行合理的无功功率补偿。给出了该非车载充电机的简化模型，然后根据非车载充电机的额定功率求取了简化模型中交流侧和直流侧各部分电感电容及等效损耗电阻的取值范围。同时基于瞬时无功理论和解耦控制设计控制环节，对交流侧和直流侧均采用PI控制。最后根据计算得到的参数取值范围选取参数，在PSCAD/EMTDC中进行建模仿真。仿真结果表明，单辆电动汽车在充电的同时，通过设计的非车载充电机可以对电网进行合理的无功功率补偿。
　　(2)对规模化电动汽车通过非车载充电机对电网进行无功功率补偿的控制策略作了研究，以此确定每辆电动汽车需要向电网补偿无功功率的大小。首先对电动汽车通过非车载充电机向电网进行无功补偿时的运行特性作了分析，其次研究了三种电网模型及其节点电压与补偿的无功功率的关系。通过研究分析表明，三种电网模型的节点电压与补偿无功功率的关系可以用统一形式表示。然后对每辆电动汽车通过非车载充电机可对电网进行无功功率补偿的功率取值范围作了详细分析，确定了每辆车可向电网补偿的无功功率的范围及此时的电动汽车充电功率。最后对规模化电动汽车通过非车载充电机对电网进行无功功率补偿的控制策略作了研究，提出的控制策略既可以满足用户的充电需求又可以对电网进行合理的无功功率补偿。
　　(3)以北京某小区配电网模型为基础，对前面提出的控制策略进行仿真验证。仿真结果表明当电动汽车充电但不参与电网无功功率补偿时，节点电压波动增大，偏离额定电压值增大且可能超过电网规定的电压范围。当电动汽车按照本文提出的控制策略进行充电时，节点电压波动减小且偏离额定电压值的大小减小，当电压超过电网规定范围时能有效的将电压控制在规定范围内，且随着车辆数的增加这种控制效果会越来越好，既满足了用户的充电需求，又满足了电网需求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及研究目的和意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 非车载充电机发展及研究现状

1．2．2 电动汽车与电网互动研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 电动汽车非车载充电机的设计

2．1 无功功率补偿的简化模型

2．1．1 系统结构

2．1．2 非车载充电机结构

2．2 非车载充电机控制方法分析

2．2．1 dq变换和瞬时无功理论

2．2．2 交流侧整流电路的控制方法

2．2．3 直流侧Buck电路的控制方法

2．3 非车载充电机参数分析

2．3．1 交流侧参数分析

2．3．2 直流侧参数分析

2．4 仿真验证

2．5 本章小结

第3章 电动汽车无功补偿策略分析

3．1 电动汽车无功补偿运行特性

3．2 电网模型及节点电压分析

3．2．1 同接入点电网模型及节点电压分析

3．2．2 前接入点电网模型及节点电压分析

3．2．3 后接入点电网模型及节点电压分析

3．3 规模化电动汽车无功功率补偿策略

3．3．1 电动汽车向电网补偿无功功率的取值范围

3．3．2 电动汽车无功补偿控制策略模型

3．3．3 电动汽车无功补偿控制流程分析

3．4 最优无功功率的求解

3．4．1 遗传算法的简介

3．4．2 遗传算法的原理

3．4．3 遗传算法求解最优无功功率流程

3．5 本章小结

第4章 电动汽车无功补偿控制策略仿真验证

4．1 电动汽车SOC仿真分析

4．1．1 电动汽车日行驶里程数计算模型

4．1．2 日行驶里程的蒙特卡洛模拟

4．1．3 电动汽车SOC归算

4．2 电动汽车无功补偿的算例分析

4．3 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢