电动汽车有序充放电控制技术研究

研究电动汽车有序充放电装置与控制策略,能够解决高渗透率电动汽车并网问题,对未来电网的安全稳定经济运行意义重大。研究了电动汽车充放电负载特性及充放电设备结构与控制机理,分析了一种基于虚拟同步发电机算法的充放电机并网先进控制算法,并给出了电动汽车充放电机并网接口控制系统,指出基于虚拟同步发电机算法的电动汽车充放电并网控制策略,拥有良好的性能和推广价值。     

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。     

基于虚拟同步机的电动汽车双向变流器功率控制

在电动汽车储能充放电领域,对电动汽车双向变流器运用虚拟同步机(VSM)技术,可以实现与电网的友好交互与电能质量的显著提升.因此按照同步电动机的理论模型建立系统仿真模型,采用功率控制的控制策略对电动汽车双向变流器进行控制.研究了在电网电压暂升暂降故障以及网侧功率剧烈波动时,选用传统下垂控制策略与采用虚拟同步机技术的电动汽车充/放电器的动态行为.并对电网中电动汽车充电器在充/放电模式下经历此过程的耐受特性进行分析验证.仿真结果证明了研究方法的有效性与正确性.     

基于充放电裕度的电动汽车集群一次调频控制策略

针对未来电网一次调频资源不足的问题,提出一种基于充放电裕度的电动汽车集群虚拟储能参与电网一次调频的自适应控制策略。首先,分析电动汽车的调控运行范围。其次,研究电动汽车集群参与电网一次调频方法。考虑电动汽车充放电时间和电池荷电状态（SOC）裕度,设计电动汽车充放电裕度指标。接着,提出基于充放电裕度的自适应一次调频控制策略,优化电动汽车参与一次调频的下垂功率,从而兼顾电网一次调频和电动汽车充放电需求。然后,通过定时更新方式评估电动汽车集群虚拟储能的一次调频能力,并提出一次调频效果评价指标。最后通过区域电网仿真案例分析,验证了所提策略在减少系统频率偏差和优化电动汽车一次调频出力的有效性。     

基于同步逆变器的电动汽车V2G智能充放电控制技术

提出一种基于同步逆变器技术的电动汽车V2G充放电控制策略。首先,设计了一个T-S型模糊控制器,用来决定电动汽车与电网之间的功率流向关系,以及同步逆变器的工作模式。其次,提出了一种基于同步逆变器的电动汽车充放电控制方法,实现了有功功率、无功功率在电动汽车与电网间的双向可控调节,使电动汽车具备了向电网提供频率调节和电压调节服务的功能。在不同初始电池状态以及不同电网状态下对所提出的控制策略进行了仿真测试,结果表明,提出的控制策略能够有效地根据电网负荷情况和电动汽车的荷电情况实现功率在电网和电动汽车之间的双向调节,从而在满足电动汽车用户用车需求的同时有利于维护电网的稳定,提高电网效率。     

考虑用户需求的电动汽车虚拟同步机辅助调频控制策略

大量电动汽车(EV)入网可为电网提供辅助调频服务.针对车网互动(V2G)造成的惯量、阻尼缺失的问题,采用虚拟同步机技术,使得EV具有与同步发电机类似的惯性阻尼特性和频率调节特性.针对EV辅助调频问题,提出考虑用户充电需求的EV智能充放电控制策略.首先,提出调频参与度因子,根据期望荷电状态以及用户的计划充电时间自适应确定一次调频系数,进而得到一次调频功率;然后,充分考虑车主需求,设计T-S型模糊控制器,根据电网频率偏差及调频参与度因子得到二次调频功率,实现EV的智能充放电;最后,在不同电池初始状态以及用户需求情况下进行仿真验证.仿真结果表明,所提控制策略可以根据电网频率波动情况以及用户充电需求程度智能控制EV进行充放电,在满足用户充电需求的情况下参与电网辅助调频服务,减小了电网频率波动,提高了电力系统的稳定性.     

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.     

V2G模式下的电动汽车有序充放电控制模型研究

以变压器容量和电动汽车电池限制作为约束条件,以电动汽车用户充放电成本最低和电网负荷方差最小作为目标函数,构建了电动汽车在V2G(车辆到电网)模式下的充放电控制模型,分别制定电动汽车无序充电、基于分时电价的无序充电和电动汽车优化充电模型,在比较分析的基础上,提出V2G模式下的电动汽车有序充放电控制模型的设计方法。基于Lingo软件完成仿真验证,仿真结果表明:与其它3种充电模型相比,所提出的控制模型可进一步起到减少用户充放电费用和减小电网负荷方差的作用。     

电动汽车充放电对电网的影响分析

介绍了目前电动汽车充放电技术的主要三种电能供给模式;交流充放电桩、直流充放电机和电动汽车充放电管理系统的主要作用与功能.重点分析了电动汽车充放电对电网负荷、电能质量、电网规划、配电网调度和继电保护、配电设备和电网交易等方面的影响.最后指出电动汽车的充电行为及其储能特性对未来电网运行的影响和作用将越来越大,研究大规模分布式的家庭充电的影响及电动汽车充放电控制策略将成为该领域的重点.     

电动汽车参与V2G的最优峰谷电价研究

电动汽车与电网互动(vehicle-to-grid,V2G)的市场机制是V2G实施的重要基础。在分析电动汽车放电成本和效益的基础上,给出了电动汽车放电电价定价的上下限。考虑了用户起始充放电时刻的Poisson分布特性,基于经济学理论提出了电动汽车放电需求函数。建立了以电网总负荷波动最小为目标,以满足用户充放电时间、充放电需求等为约束条件的电动汽车与电网互动的最优峰谷电价模型。以京津唐电网为例,得到了电动汽车充放电的最优峰谷电价和对应时段,验证了所提方法的有效性。     

基于虚拟同步策略的电动汽车V2G技术在多能互补系统中的研究及应用

为解决大规模电动汽车单向充电造成的电网冲击和线路负荷过重问题,开展了电动汽车V2G技术在多能互补系统中的应用研究。首先,对比分析了多种典型的多能互补系统拓扑结构的技术优缺点,在基于共交流母线的多能互补系统中应用V2G技术。其次,提出基于虚拟同步机的V2G自主有功-无功控制策略,优化设计虚拟惯量、阻尼系数等关键参数,模拟传统发电机组的机电暂态特性,实现系统自主调压调频,解决光伏发电的间歇性和随机性带来的电网指标波动问题。然后,搭建了典型的多能互补系统,并进行仿真验证。结果表明,基于虚拟同步机的V2G设备能主动跟踪并网点频率、电压变化,及时提供有功、无功功率支撑,有效保障电网运行的稳定性。最后,研制了基于虚拟同步策略的500 kW大功率V2G设备,并在示范项目中成功应用,验证了所提方法的有效性。     

基于相位与幅值补偿的虚拟同步发电机低电压穿越控制

摘 要：虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）通过模拟同步发电机的工作原理,引入虚拟惯量与阻尼系数,提高了分布式电源并网的稳定性。但是当电网发生电压跌落时,电压的跌落与恢复均会造成电网电压的相位与幅值发生跳变,而传统的VSG控制策略难以解决此问题。为此,在分析了传统VSG控制下低电压穿越时存在问题的基础之上,本文提出了一种基于相位与幅值补偿的VSG低电压穿越控制方法。首先分析了电网电压跌落与恢复对电网造成的不同影响。其次在电网电压跌落期间,通过将VSG输出电压和电网电压之间的相位与幅值差控制在允许范围内来实现过流抑制、输出功率的快速稳定以及无功补偿的目的。然后在电网电压恢复时,通过快速补偿消除了VSG输出电压和电网电压之间的相位与幅值差,从而抑制因电网电压跳变而造成的过流等问题。最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证所提控制策略的有效性。     

电网对称故障下双馈风力发电机的虚拟同步控制策略

将虚拟同步控制策略运用于双馈感应发电机(DFIG)变频器控制,可使DFIG为电网提供有惯量的频率与电压支撑。但现有虚拟同步控制策略主要关注DFIG对同步发电机机电动态特性的模拟,未考虑DFIG的电磁暂态过程。分析了基于虚拟同步控制的DFIG在电网对称故障下的电磁暂态特性,指出了现有虚拟同步控制策略存在的两大缺陷:无法完全模拟同步电机故障暂态下的电磁关系,且无法抑制转子过电流。提出了一种适用于电网对称故障的DFIG暂态电压补偿虚拟同步控制策略,即通过补偿转子控制电压的暂态分量来抵消或削弱转子暂态反电势对转子过电流的影响。通过仿真对比了现有虚拟同步控制策略与所提策略对DFIG的控制效果,证明了所提虚拟同步控制策略不仅具备更好的惯性支撑能力,同时可显著抑制DFIG转子过电流与电磁转矩暂态冲击,并对系统进行无功支撑,有效提高了DFIG不间断运行能力与电网故障恢复能力。     

基于戴维宁等值的电压暂降模拟方法

针对传统的电压暂降模拟方法,在正常和各种故障条件下仅模拟电网的电压特性,不考虑电网的阻抗特性,使得借助于传统电压暂降模拟方法作用于负载上的电压响应与实际电网不相同。因此,文章提出基于戴维宁等值的电压暂降模拟方法。文章提出采用基于阻抗切换方式辨识电网电压暂降时的戴维宁等值参数,该方法可对暂降前后的电压进行精确辨识。文章亦提出采用H桥级联型-逆变器作为电压暂降模拟装置,为使其能灵活可靠模拟实际电网电压暂降外特性,文中提出适用于H桥级联型逆变器的虚拟阻抗控制策略,其能通过参考电压、虚拟阻抗的设置实现所需的电压暂降戴维宁等值外特性的模拟。最后,通过仿真验证了所提电压暂降戴维宁等值参数辨识方法、电压暂降模拟装置控制策略的有效性及可行性。     

不平衡电压下VSG无锁相环并网及运行控制策略

针对并网逆变器在不平衡电压下电流畸变严重和锁相环节复杂等问题,文中设计了一种基于改进虚拟同步机(VSG)的逆变器无锁相环控制策略。重点研究了VSG在不平衡电网电压下的运行控制方法,设计了一种基于比例积分谐振(PIR)控制器的改进VSG控制策略,在不改变VSG外特性的基础上有效抑制了逆变器输出电流的不平衡分量。同时,提出一种基于虚拟功率的VSG预同步控制策略,保证VSG孤岛转并网模式的无缝切换。整个控制过程不依赖锁相环,避免了锁相环对系统控制精度以及响应速度的影响,降低了控制系统的复杂度。最后,基于RT-LAB的实时仿真平台对所提控制策略进行了验证。     

含储能环节的光伏电站虚拟同步发电机控制策略与分析

针对高渗透率光伏发电接入电网带来的电压/频率稳定问题,虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)策略作为一种能使光伏电站主动参与电网调频、调压的控制技术,受到了广泛地关注。以含储能的光伏电站作为研究对象,提出了含储能环节的光伏电站虚拟同步发电机控制策略,推导了光伏虚拟同步发电机的有功-频率控制、无功-电压控制的数学模型,并对其控制器及参数进行了分析。在PSCAD/EMTDC环境中建立光伏虚拟同步发电机仿真模型,对该虚拟同步发电机有功频率、无功电压特性的动态过程进行了模拟,仿真结果验证了文中理论分析的正确性以及所提控制策略的有效性。     

虚拟同步整流器的不平衡电压改进控制

随着电力电子装置在电网中的渗透率越来越高,由此带来系统稳定性降低的问题,虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)作为一种新兴的控制策略,能够模拟传统电机特性,使系统具备阻尼与惯性,受到广泛关注。文中以虚拟同步整流器为研究对象,分析虚拟同步整流器的数学模型,研究其控制策略。针对电网出现电压三相不平衡,对其进行功率分析,改进虚拟同步发电机控制策略,稳定直流侧负荷电压。搭建了基于Matlab/Simulink的仿真模型,模拟虚拟同步整流器在功率波动和三相不平衡运行,仿真结果验证了文中所提出方法的正确性和有效性。     

基于虚拟同步发电机的逆变电源控制策略研究

针对采用常规下垂控制方法的逆变电源存在稳定时电压和频率的偏移,不能完全满足电网运行要求的问题,采用了一种新的逆变电源控制方法即虚拟同步发电机(VSG)控制策略。建立了虚拟同步发电机的模型,参考同步发电机控制理论,重点设计了功频控制器和励磁控制器,搭建了以大容量汽轮发电机模拟电网的逆变器并网发电系统。通过Matlab/Simulink仿真验证了虚拟同步发电机中转动惯量的作用和虚拟同步发电机的并网调节特性,仿真结果表明,基于虚拟同步发电机的逆变电源在外特性上近似等效为一个同步发电机,具有良好的调频调压性能,能很好地适应电网的运行要求。     

基于变下垂系数的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略

风电场经直流汇集-直流送出的风电全直流输电系统中,直流系统的存在会解耦风电场和受端电网的频率耦合,在传统控制策略下对受端电网频率支撑能力弱。为此,提出一种针对风电全直流输电系统的一次调频变下垂协调控制策略。首先,提出基于Logistic函数的电压-频率变下垂频率传递策略,以直流系统电压为媒介,建立起电网频率与风电场功率的耦合关系。基于该频率传递策略,构建了由受端换流站的变下垂虚拟同步发电机(virtual synchronous generator, VSG)控制、直流升压站的改进双闭环控制及风力发电机的变下垂减载控制组成的风电全直流输电系统一次调频协调控制策略,实现系统无通信传递频率并参与电网一次调频。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建风电全直流输电系统仿真模型,在不同工况下进行仿真验证。仿真结果表明,所提控制策略能使风电场在不依赖远端通信的情况下实现对电网的一次调频,同时,有效减小了调频过程中直流电压的波动幅度。