电动汽车储能式直流快速充电站系统集成设计研究

随着电动汽车的不断推广,充分解决未来电动汽车长距离行驶过程中的电能补给需求,研究电动汽车快速充电站系统将会推动新能源行业的发展。研究经济合理的基于直流母线的电动汽车储能式直流快充站系统集成总体集装箱方案,提出基于直流母线的直流快充站能量管理控制策略,研制基于直流母线的模块化直流快充站直流充电设备和监控管理系统,建立接入梯次电池储能系统的直流快充站示范工程,为未来电动汽车充电设施技术发展及实践验证提供一定的参考价值。     

典型住宅小区接入电动汽车的供电方式研究

针对3种典型住宅小区的供电方式,首先计算了住宅小区供电系统公共连接点及低压母线上的电能质量指标及变压器的K系数,然后深入讨论了规模化电动汽车接入对居民住宅小区的电能质量影响、小区现有设备接纳电动汽车的能力、小区供电改造等问题,最后,提出适合规模化电动汽车充电负荷接入的小区供电方式和允许接入小区的电动汽车车载充电机的特性条件。研究发现:别墅小区生活供电系统可同时承担电动汽车车载充电负荷和普通负荷;多层小区及高层小区生活供电系统无法支撑电动汽车车载充电负荷直接接入,需为其配置独立的供电设施。采取上述充电供能方式后,普通型电动汽车车载充电机也能满足各住宅小区生活供电电能质量指标,以及公共连接点的电能质量指标。     

办公用光伏直流供电系统研究

对办公场所常用电子设备笔记本电脑、台式电脑、手机和数码相机后级供电电路的结构进行了研究,分析了其使用直流供电取代交流供电的优点和可行性。在此基础上,提出了一种由光伏电池、蓄电池、AC/DC模块、DC/AC模块和直流负载组成的直流供电系统。光伏电池作为主供电单元通过直流稳压电路与直流母线相连,通过实时调节其输出功率,可以维持母线电压稳定;蓄电池模块通过双向Boost-BUCK电路与直流母线连接,可以根据母线电压的变化实时进行充放电控制;AC/DC模块作为备用与直流母线相连接,可以实时检测母线电压变化,决定其是否启动;DC/AC模块可以对一般的交流负荷供电;直流负载多通过DC/DC变换器与母线连接吸收电能。     

面向重要负荷的可靠供电岛拓扑结构及应用

针对重要负荷高可靠和高品质供电需求,提出并设计了一种可靠供电岛方案,包括电源侧电能控制器、负荷侧电能控制器、母线电能控制器、应急电源系统、交流母线和直流母线等部分,可以实现多电源无缝转换供电、电源潮流有效控制、负荷电力定制供给、应急电源无缝并网、母线电量始终平稳等功能。全面阐述可靠供电岛的基本结构和工作原理,给出双电源带双负荷供电、采用三相四线制接线、高速电子开关替代LPC、储能系统接于直流母线、采用互备式双交流母线等5种不同可靠性等级的应用实例,并对工业设备供电、信息设备供电、安全应急供电、重要场合保电等4种典型应用场景进行分析。研究表明,可靠供电岛是一种提高供电可靠性和改善电能质量的综合性解决方案。     

基于微电网的电动汽车充换电系统研究

分析比较传统交流微电网和直流微电网,结合两者特点和优势,组建交直流混合微电网。针对飞速发展的电动汽车技术和节能减排的时代背景,将电动汽车充换电装置与交直流混合微电网储能装置进行有机结合,一定程度上解决了限制电动汽车发展的充电瓶颈和单一形式交流或直流微电网转换效率低等问题。在Matlab/Simulink平台下进行了混合微电网中电动汽车充换电系统数值仿真,电能质量满足IEEE1547TM标准要求,系统可行性强。     

充换电站模式下电动汽车参与物流配送的电能补给方式规划

摘 要：考虑充换电站（battery charging and swapping station, BCSS）同时提供充、换电2种电能补给方式的运营模式,相比仅在充电站或换电站模式下,电动汽车（electric vehicle, EV）参与物流配送的电能补给方式规划可能获得更低的物流配送成本。在满足EV配送途中的行驶约束和回到配送中心的慢速充放电约束的前提下,以EV配送路径、充换电模式选择以及慢速充放电策略为决策变量,以EV参与物流配送的快速充电成本、换电成本、车辆损耗成本和慢速充放电成本之和最小为优化目标,构建了确定EV在BCSS模式下的电能补给方式的最优规划模型。最后,以33节点的物流配送系统为例进行数值仿真,分析了电动汽车在配送途中的电能补给方式对运输成本和慢速充放电成本的影响,以及电动汽车回到配送中心的慢速充放电策略对物流配送总成本的影响。     

直流母线供电的LED教室照明系统设计

针对以太阳能光伏发电为供电电源的楼宇照明系统应用需求,研究设计了一套新型的基于直流母线供电的LED教室照明系统,详细介绍了系统的组成,并对其专用驱动电路及控制器系统进行了设计开发。该系统较常规交流供电系统可大幅减少电能变换损耗,提高系统的供电效率和电能利用率,特别适用于利用太阳能等新能源供电的楼宇照明系统。最后通过测试实验,验证了该系统适用性和优越性。     

适用于分布式新能源的直流供电模式及其在江苏电网的应用

为实现分布式直流电源的高效利用,基于分布式光伏、电动汽车等新能源的直流输出特性,直接向直流负载供电,构建局部的直流供电系统是一种行之有效的方法,可有效降低新能源的交直流变换损耗,提高利用效率。文章以分布式新能源、储能和直流负载构成的低压直流供电系统为对象,分析了直流供电系统的典型模式,结合江苏电科院直流试验系统和南京城市电网直流供电示范工程,分析直流供电系统与现有交流系统的融合方案,能够为未来大规模分布式新能源直流供电系统的推广应用提供参考。     

电动汽车充换电站光伏发电/全钒液流储能系统

作为全国首批电动汽车充换电站之一,大连友谊街充换电站率先引入光伏发电/全钒液流储能系统,具有非常重要的示范意义。电动汽车充换电站是电动汽车电能补给的重要场所,可提供充电和换电服务。光伏发电系统和全钒液流储能系统作为2种独立的新型充换电站电力来源装置,在减少污染、支撑常规电力方面起到了重要作用。1充换电站电力来源大连友谊街充换电站电力主要由市电作为主要供电来     

电动汽车充电机电能集成监测系统的设计

针对电动汽车充电机传统电能测试系统为手工方式,存在功能不全、效率低等缺点,提出了一种充电机电能集成监测系统,主要由三相交流程控模块、交流测量分析模块、直流测量分析模块、直流模拟负载和工控机组成,具有智能、高效的特点.由于充电机三相交流侧供电电源存在电压不平衡和畸变,使无功电流及谐波电流难以精确检测.对此问题,提出了一种...     

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.     

多模式下风电直流微网功率协调控制策略研究

直流微电网系统的功率平衡是电网安全稳定运行的重要保证。综合考虑微网的运行方式和换流站功率裕量,将含有全功率笼型异步风电机组、储能蓄电池、交直流负载的直流微电网系统分为5种运行模式,即并网运行模式、限流运行模式、短时故障运行模式、孤岛减载运行模式和孤岛降功率运行模式。针对以上5种运行模式,提出一种基于多变量的功率协调控制策略。该策略根据并网变流器电流、蓄电池荷电状态以及直流电压的变化量自动协调各端换流站的工作方式,保证各工况下微网内部的功率平衡和直流母线电压的稳定。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台中进行了仿真实验,验证所提出功率协调控制方法的有效性和可行性。     

变电站用蓄电池在线有源逆变核容放电研究

利用在线方式控制阀控式密封铅酸蓄电池进行核容放电,蓄电池始终不脱离直流母线,无需后备电池。当母线电压正常,蓄电池直流电经有源逆变放电单元回馈至电网,实现节能环保;当母线电压过低或交流电停电,在线控制器控制蓄电池立即向母线供电,实现母线供电的无缝投切。能通过变电站计算机管理系统,在远方控制核容放电,实现蓄电池管理无人值守。     

适用于电动汽车充放电功能的虚拟同步机技术的研究

针对典型可控负荷电动汽车,提出一种基于虚拟同步机技术的充放电控制策略.采用两级式拓扑进行研究,前级AC/DC控制引入基于充放电模式的新型虚拟同步机技术,使电动汽车具备传统同步机相似的惯量、阻尼及频率、电压调节特性的同时,该控制中设置的充放电方式防止电池满充满放,提高使用寿命;将直流母线电压的双闭环控制应用于后级DC/DC控制,提高直流接口的电压稳定性.该控制的特点是虚拟同步机和充放电控制均由前级整流器实现,具有较好的协调性.在MATLAB/Simulink平台中通过典型算例证明,在不同初始电池状态、不同电网负荷和分布式电源接入情况下,所提控制策略使电动汽车不仅能向电网提供惯量、阻尼支撑,还可根据电网频率、电压变化情况自动调整有功、无功功率实现功率双向调节,满足用户需求的同时提高电网动态稳定性.     

交直流系统主导节点选择与无功分区的概率优化方法

为保证分区电源对其分区内部换流站节点具有较强的电压控制能力,提出了一种交直流系统主导节点选择与无功分区的概率优化方法。通过对换流站进行负荷等值,模拟了源-荷-换流站节点功率的典型场景,进而采用机会约束计及源-荷-换流站节点功率变化时无功的分区平衡要求,建立考虑交直流耦合点可控性目标的优化模型,并基于目标相对占优的免疫遗传算法进行求解,从而进一步加强区域内电源对换流站的电压控制能力。基于IEEE 39节点系统进行仿真分析,仿真结果验证了所提方法的有效性。     

考虑铅炭电池组一致性的储能系统功率控制策略

针对储能系统不规则充放电导致的电池组一致性变差及单体电池过充/过放问题,研究铅炭电池组一致性变化规律,提出考虑电池组一致性的储能系统功率控制策略。采用包含储能电池组、风/光发电、电动汽车和常规负荷的共直流母线型集中式微电网并网示范平台的实测数据对所提功率控制策略与传统控制策略进行对比仿真分析。仿真结果表明,所提控制策略可有效降低电池组荷电状态(SOC)变化范围,提升电池健康状态,提高电池组一致性,减少过放电池数量,增强储能系统双向调节能力。     

基于RT-LAB的电动汽车车载充放电系统设计

基于RT-LAB设计了一种双向单相AC/DC+双向半桥DC/DC的车载充放电装置,能进行电动汽车充放电过程中的电压电流控制,实现电动汽车与电网的双向能量互动,并且在不接电网时可提供220 V/50 Hz车载电源。通过RT-LAB实时仿真,验证了控制策略的正确性。实时仿真平台可为V2G(Vehicle to Grid)技术的进一步研究提供借鉴意义。     

海岛直流微网复合储能系统控制策略设计与实现

针对海岛直流微网中发电微源输出功率不稳定造成的母线电压大幅度波动问题,基于300 kW海洋能集成供电系统的功率输出特点,采用由蓄电池和超级电容组成的复合储能系统,对其3种拓扑结构进行了对比分析,优选了对该供电系统而言最佳的拓扑结构,并提出了一种新型复合储能协调控制策略。该控制策略依据母线电压的3个阈值将系统划分成5个工作区域,储能系统依据直流母线电压值实现充放电工作模式的自动识别和切换;以蓄电池为主要出力单元,避免超级电容的频繁投切,减少不必要开关动作造成的系统谐波。利用搭建的实验平台验证了所述控制策略的有效性和可靠性。     

基于多智能体的电池储能系统SOC均衡控制策略

针对应用二级频率控制器来解决分布式电池储能系统中SOC(荷电状态)的一致性问题,提出一种基于多智能体与下垂控制相结合的SOC均衡控制方法。该方法在不需要中心控制器的情况下,实现多电池储能系统的SOC一致性,不仅能够实现不同容量电池SOC的均衡控制,还能提高交流母线频率的稳态偏差。考虑电池长期使用带来的容量衰减,设计了相应的自适应容量估计算法用于消除扰动。在包含3个电池储能系统和恒功率负载的孤岛交流微电网仿真平台上进行实验,验证了所提方法的有效性。     

含无线充电电动汽车的孤岛直流微电网运行模式研究

为改进电动汽车充电设施的供电方式,研究了无线充电电动汽车与光储直流微电网的融合,并重点研究充电功率发生变化时微电网的能量管理策略。分别建立光伏、储能、无线充电电动汽车能量传递的数学模型,推导各部分功率、端口电压电流等的关联性,基于此设计了相应的控制器。考虑充电功率需求以及储能电池状态信息,定义微电网运行的3种模式,并提出基于功率缺额判据的能量管理策略。最后搭建实验平台,验证系统的3种运行模式均可实现充电负荷的可靠供电。当充电功率发生变动时,所设计的能量管理策略可实现模式切换,维持母线电压稳定。