含电动汽车充放电站的直流配电网规划研究

分布式电源、直流负荷的大量增加以及电动汽车产业的快速发展,使得交流配电网未来发展面临巨大阻力,直流配电网优势日益凸显。文中介绍了考虑交通流量的电动汽车充放电站的模型,以线路扩展费用、分布式电源发电费用、电动汽车充放电站成本费用最小值为目标,建立了含电动汽车充放电站的直流配电网规划模型,采用混合编码方法,利用自适应遗传算法求解。通过不同情形下的算例计算分析,验证了文中规划模型的优越性及合理性。     

多类型分布式电源接入下的低压交流与直流配电网运行经济性对比

配电网运行经济性是配电网经济评估的重要组成部分,直接影响着用户用电效益。随着直流配电网的快速发展以及多类型分布式电源接入低压配电网,如何定量评估低压交流与直流配电网运行损耗,进而对比二者运行经济性,对于未来低压配电系统的规划和运行具有重要指导意义。根据含有多类型分布式电源接入的低压交流与直流配电系统典型拓扑结构,建立了基于系统全环节功率损耗的交直流运行经济性对比评估模型,并以运行经济性为优化目标建立考虑储能充放电状态的配网运行策略优化模型。最后基于深圳中美中心低压直流配网示范工程实际数据对系统典型运行日的功率损耗进行分类统计,对比了交流与直流配网运行经济性的差异以及储能接入的影响。结果表明,在多类型分布式电源接入下,系统功率损耗呈现明显的时空分布差异性,且长期运行下低压直流配电网运行经济性具有一定优势。     

直流配电网拓扑结构及控制策略

对直流配电网的环状拓扑结构和两端拓扑结构的可行性进行了探讨,对直流配电网链式结构典型支路的功率方程等进行了推导与求解。对分布式能源和储能装置并入交流配电网和直流电网进行了对比研究,研究结果表明相较于接入交流配电网而言,接入直流配电网能够有效节省DC/AC变换器和滤波装置。采用了混合式直流断路器同时提出了一种直流配电网的协调控制模型。利用PSCAD/EMTDC对环状直流配电网结构的正常工况和故障情况进行仿真,仿真结果表明通过有效的控制和分布式能源的合理调度,能够有效限制短路故障对系统造成危害,缩短短路时间,使整个直流配电网更加有效稳定地运行。     

含分布式电源的交直流混合配电网潮流分析

随着电力电子技术的不断发展,直流输出型分布式电源不断接入不同等级配电系统,伴随着交直流敏感负荷数量的显著增加,急需研究一种满足分布式电源接入的交直流混合配电网潮流分析方法。针对具有多端点结构的交直流混合配电网,通过分析VSC(电压源变换器)损耗和直流、交流线路损耗对配电系统的影响,并考虑因换流站数量增加所导致的不可忽略的换流站损耗,提出混合交直流配电网连续潮流计算方法,建立混合交直流配电网模型,设计2种不同的混合交直流配电网的拓扑结构,并对其进行仿真分析。仿真结果表明,考虑网络损耗和网络内换流器数量较多的变换器损耗,特别是考虑到交流或直流母线占主导地位的网络,会导致网络间的潮流解和功率转移有很大的不同。     

电动汽车接入的电力电子变压器低压直流侧拓扑

为方便电动汽车接入电网实现电动汽车充放电功能,提出一种电动汽车接入的具有交直流切换技术的电力电子变压器低压直流侧拓扑。通过对电动汽车充电负荷曲线与基础交流负荷曲线两者的关系及峰值时刻的功率进行分析,提出一种容量配置方案,结合实例说明了所提拓扑具有节省变压器容量、提高容量利用率的特色。在PSCAD仿真环境下搭建了仿真模型,通过仿真验证了所提拓扑及采用控制策略的可行性。     

基于模块组合式LLC谐振变换器的直流配电网研究

相比于传统交流配电网,直流配电网在线路成本、输电损耗和供电可靠性等方面具有较强优势,并且更加适合分布式电源和负载的接入。首先根据具有可再生能源接入的典型应用场景,设计了一种具有高、中和低电压等级的环状直流配电网拓扑,给出了应用于不同直流电网间直流互联设备拓扑方案——模块组合式LLC谐振变换器,包括输入串联输出串联(Input-Series Output-Series,ISOS)结构、输入并联输出串联(Input-Parallel Output-Series,IPOS)结构以及输入串联输出并联(Input-Series Output-Parallel,ISOP)结构。在此基础上,提出了模块组合式LLC谐振变换器的基本控制策略,并结合直流配电网多源和多负荷特性,提出了一种基于下垂控制的直流配电网多源协调控制策略,实现直流电压稳定控制和功率灵活分配。搭建了直流配电网的仿真模型,仿真结果验证了所提出直流配电网设计方案及控制策略的有效性和可行性。     

考虑电动汽车虚拟储能的高渗透配电网鲁棒优化调度

针对可再生分布式电源和电动汽车大量接入后给配电网带来的挑战,提出了一种综合考虑电动汽车接入随机性和分布式电源出力不确定性的鲁棒优化调度模型.首先,分析了分布式电源与电动汽车负荷的协同特性,结合电动汽车充放电管理方法与各类电动汽车的停驶特点,建立了可供调度的电动汽车虚拟储能容量估算模型;然后,利用鲁棒随机优化理论描述风光不确定性,以净负荷波动最小和电动汽车用能成本最低为目标函数,构造了优化调度模型及求解算法.最后,以某配电网为算例对所提模型与算法进行验证,结果表明:对电动汽车的充放电价格、功率及时间进行集中优化调控,能够达到协同可再生能源出力、平抑负荷波动的目的,削峰填谷效果显著.     

基于前端电流平衡器概念的分布式直流系统极间均衡策略

针对含高比例分布式电源的双极性直流配电系统所面临的极间均衡控制与电能质量问题,本文提出一种基于前端电流平衡器的解决方案。该方案通过在每一用户所对应的公共连接点处配备电流平衡电路,实现配电网内任意用户节点的正/负极电流均衡控制,进而实现全网正负极对称运行。在此基础上本文提出一种适用于双极性低压直流配电网的前端电流平衡器拓扑及其控制策略,并给出基于P/N型Boost电路的分布式发电单元并网架构,形成具体的分布式直流电源双极性接入技术方案。该方案一方面可实现分布式电源与直流型负载的高效率、灵活化接入;另一方面可以保证任意用户与配电网正/负极线路间交换电流相等,保证可再生能源高渗透率接入条件下直流双极间均衡运行。针对正/负极侧分布式电源功率失衡典型工况,仿真结果表明理论分析正确可靠。该方案在未来分布式直流配电系统中具备潜在应用价值。     

基于Z型变压器的交直流混合配电网仿真分析

随着智能电网的快速发展,分布式新能源配电网接入是未来发展的必然趋势。文中提出一种包含Z型变压器和升压斩波电路的新型单导线交直流混合配电网拓扑,以融合交流配电网与直流配电网的优势。Z型变压器因同一相的电压相互抵消而无明显的铁芯饱和现象,可用于实现交流和直流功率的耦合与解耦。升压斩波电路用于实现直流功率的流动,并维持各节点的电压等级。建立了分布式新能源配电网接入新型拓扑的仿真模型,验证了该新型拓扑的可行性。     

电动汽车接入充放电对配电网继电保护的影响

随着电动汽车的逐渐普及,具有可移动储能性质的电动汽车将大量接入配电网进行充放电。这影响了配电网原有的电源、负荷以及网络结构,改变了配电网的潮流水平及方向,势必给配电网的继电保护造成了极大的影响。除此之外汽车在时间与空间上还具有很强的充放电随机性,这会给配电网的继电保护配置及整定造成困难。对此,文中基于电动汽车放电时的分布式电源特性与充电时的随机负荷特性,对电动汽车接入配电网充放电时的故障特征进行梳理与总结,分析了电动汽车对配电网中电流保护、距离保护及重合闸受到的具体影响。最后,并以此为基础,探讨了大量电动汽车渗透下配电网的继电保护研究方向,为配电网保护的后续研究提供参考。     

Energy Management and Control of Electric Vehicle Charging Stations

Abstract

Charging infrastructure is an important component for the healthy growth of the electric vehicle industry. This article presents an energy management and control study of an electric vehicle charging station. The charging station consists of an AC/DC converter for grid interface and multiple DC/DC converters for electric vehicle battery management. For the grid-side AC/DC converter, a direct-current control mechanism is employed for reactive power, AC system bus voltage, and DC-link voltage control. For the electric vehicle-side DC/DC converters, constant current and constant voltage control mechanisms are developed for electric vehicle charging and discharging management. The article considers energy management needs for charge and discharge of multiple electric vehicles simultaneously in a dynamic price framework. A real-time simulation system is developed to evaluate how the electric vehicle charging station can meet grid-to-vehicle, vehicle-to-grid, and vehicle-to-vehicle charging and discharging requirements.     

考虑安全约束的交直流配电网储能与换流站协调经济调度

直流配电网技术的发展,为分布式电源、储能的接入提供了更高效的方式,同时也使配电网呈现出交直流混合的拓扑形态。提出了基于安全约束的交直流混合配电网储能与换流站协调经济调度方法,通过优化换流站的无功调节与储能的充放电,一方面能确保配电系统安全运行,另一方面在输配分离的电力市场环境下可最小化供电公司从上级电网购电的成本。另外,交直流混合配电网经济调度模型属于混合整数非线性规划,缺乏快速有效的求解方法,通过线性化技术将原模型转化为能有效求解的混合整数线性规划问题。最后,通过算例测试验证了所提方法的效果及求解的快速性。     

（17期已排）交直流混合微电网系统建模及协调控制研究

微电网是指由分布式电源、能量转换装置、负荷监控和保护装置汇集而成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制和管理的自治系统。交直流混合微电网是分布式电源、配网以及负荷在种类多样化和低成本化发展进程中较为理想的产物。文章针对未来交直流互联的混合配网中高密度分布式电源、负荷接入和管控的应用场合,提出了一种新型的互为支撑的交直流混合微电网拓扑结构,建立了相应的仿真模型,并进行了交直流混合微电网的系统稳定性分析。仿真结果进一步验证了文中所建交直流混合微电网模型的正确性和所提交直流混合微电网及其方案的可行性。     

面向电动汽车集群实时充放电优化的分群调度机制

大规模电动汽车无序充电会加剧电网的峰谷差,并影响电能质量和变压器寿命。文章从群体的角度考虑分布式控制框架下电动汽车实时充放电优化的互动调度策略,根据接入电动汽车不同的充电需求,提出以充电结束时刻为分群特征的实时调度方法,并采用双层优化模型求解集群整体和单辆电动汽车的最优充放电功率问题。上层以日负荷波动和调度惩罚最小化为目标,建立考虑电动汽车充放电的大规模集群实时互动调度模型。下层考虑电动汽车车主的充放电成本,求解单辆电动汽车充放电功率的最优跟踪问题。以典型的区域配电网负荷数据为例,通过仿真验证了分布式控制下的实时充电优化策略可以保证电网的可靠运行,同时兼顾各方利益。     

基于电动汽车V2G的柔性直流供电系统灵活资源调控策略研究

为了提高清洁能源消纳率,降低碳排放量,给出一种柔性交直流供电系统拓扑,该拓扑通过直流母线实现光伏发电、储能及电动汽车充放电的能量交互,通过双向AC/DC设备实现交直流系统能量互动.为保证该系统的安全、稳定、经济运行,提出一种多时间尺度调度控制策略,包含毫秒级、秒级到分钟级、小时级到日等不同时间尺度.策略结合储能、光伏发...     

交直流一体电动汽车充电站模拟试验平台设计

基于对现有电动汽车充电站拓扑结构以及慢充、快充、电池快速更换三种电能补给方式的分析,本文设计了一种交流与直流母线供电系统共存,兼顾三种电能补给方式的电动汽车充换电站试验平台,包括谐波治理、直流母线供电、交流母线供电、锂离子蓄电池等部分。平台可以对交、直流供电系统的电能利用效率进行比较,并且能够作为一个储能系统展开相关研究。     

柔性直流配电网在深圳电网的应用研究

为解决深圳市配电网所面临的线路扩容、电能质量治理、分布式电源并网发电以及直流负荷用电需求增大等问题,分析了柔性直流配电技术的优势特点和解决深圳配网上述问题的可行性与有效性,并针对深圳宝龙工业城交流配网现状,分布式电源、负荷和储能的实际情况,设计了柔性直流配网示范工程的拓扑网架和运行方式。最后对柔性直流配网技术领域有待进一步解决的问题和未来发展方向进行了简要说明。     

基于模糊控制的区域电动汽车入网充放电调度策略

提出一种基于模糊控制的电动汽车入网(V2G)充放电调度策略。首先,提出V2G管理系统的整体结构,其主要由有序充电调度系统和V2G变流器控制系统组成,前者合理安排各充电桩的充放电功率,实现削峰填谷的辅助功能;后者响应上层调度下发的功率指令,控制实际充放电行为,提供稳定的电能变换和能量交换的接口。然后,在有序充电调度系统中综合当前配电网的负荷特点,对当前接入充电站的全部电动汽车进行调配,并采用模糊控制算法计算充放电功率并下发给各充电桩,改善区域电网的负荷特性,实现削峰填谷的辅助功能。最后,通过仿真实验证明所提有序充电调度系统在满足电动汽车充电需求的同时,能够充分地利用电动汽车负荷的灵活性;在实现对电网削峰填谷的同时,有效地避免了电网负荷低谷时段大量电动汽车充电引起新负荷尖峰的问题。     

基于虚拟电机的V2G新型充放电控制策略

为了提高电动汽车车辆到电网(V2G)的稳定性,增强其友好互动,设计了一种新型电动汽车V2G充放电模型,并提出了基于虚拟电机的电动汽车V2G充放电控制策略。电动汽车DC接口采用虚拟直流电机控制,电网AC接口采用虚拟同步电机控制。与传统V2G结构相比,在两侧接口处采用隔离型双向DC/DC变换器连接。在此基础上,对于虚拟直流电机的参数整定,根据电动汽车初始电池荷电状态(SOC)确定阻尼系数以决定电动汽车组的功率分配,并根据SOC的变化实时调节虚拟惯量以提高电动汽车参与电网频率调节的能力。在不同电网状态下对具有不同初始SOC的电动汽车采用所提控制策略进行仿真测试,结果表明,该策略能够在兼顾电动汽车用户需求的同时,有效协调V2G功率双向流动,并减少并网点谐波电流,进而维持电网稳定运行。