基于功率潮流分析的电能计量新方法

针对非平稳畸变信号条件下电能准确合理计量问题,在非线性负载泛函级数模型的基础上,进行了功率潮流分析并提出畸变信号条件下电能计量新方法。根据泛函级数理论中Wiener核与Volterra核转换定理求得负载的Volterra核,应用Volterra级数理论将正弦输入信号条件下负载输出电流与电压用Volterra泛函级数表示。利用小波分解与重构算法对电流与电压信号进行分解与重构,求出功率潮流分析所需电流与电压的基波分量与畸变分量。结合IEEE-Std1459-2010标准定义,以半导体整流器、电力机车及两者组成的复合系统为例,对非线性负载进行功率潮流分析,依据各功率潮流的物理意义及潮流方向,提出畸变信号条件下电能计量新方法。仿真结果表明非线性负载功率潮流仿真结果与理论结果一致,基于功率潮流分析的电能计量新方法能够实现畸变信号条件下电能的合理计量。     

考虑频率波动的孤岛微电网在线三相概率潮流计算方法

为了量化短期源荷功率扰动对频率波动的影响并保证模拟精度,从短期概率潮流问题出发,采用预测分量和随机预测误差分量分别表示风电和负荷的实时扰动功率,同时用一次调频实现扰动功率中随机预测误差分量的平衡,用基于超前控制方式的二次调频实现系统当前功率缺额和扰动功率预测分量的平衡,从而实现了对源荷功率扰动影响的准确量化评估。同时,提出的模型考虑了微电源的三相电压、电流对称控制特性以及可控微电源与负荷的静态频率电压调节特性,精确模拟了孤岛微电网的调频过程以及微电源的三相潮流控制特性,因而大幅提高了三相潮流与频率波动的仿真精度。采用三点估计法实现所建模型的概率评估,并通过IEEE 33节点修正系统的仿真分析验证了所提方法的有效性。     

单相宽量程充电桩电能计量装置的设计及检验

采用宽量程计量芯片设计了量程为1(50)A的交流充电桩电能表,该表在20mA～50A的电流范围内,交流有功电能的计量误差优于±0.2%,具备抗直流分量和偶次谐波能力,满足标准对3～21次谐波影响量要求。经检验和现场使用表明,本单相宽量程电能表可以准确计量交流充电桩整个充电过程中的电能。     

直流充电桩快速变化的电流和电压波形模态特性分析

针对电动汽车充电桩输出电流和电压呈现出“随机性、波动性、时变性”的快速变化特性,引发电能计量较大超差问题,首先建立充电桩快速变化直流电流和电压的随机信号数学模型,及其时频域表征模型;其次,提出快速变化波形模态提取方法,提取了6类12种快速变化直流波形模态;最后,提出并构建了幅度域8个特征参量数学模型,表征影响电能计量的电流和电压特征;提取了典型特征参量数值和重要特性;该特征参量数值和特性可为制定直流电能表动态误差的测试评价试验条件提供理论依据。     

非线性负荷电能表

非线性负荷电能表电气化铁道等非线性电力用户向电力系统注入大量谐波，不仅影响电能质量及系统安全，而且给电能计量造成误差。研制出的该非线性负荷电能表只计量被测电流、电压的基波分量形成的功率电能。对谐波分量形成的功率不予计量，实现了非线性负荷电能的科学计量...     

电动汽车充电桩故障定位系统优化配置模型

电动汽车充电桩网络作为泛在电力物联网的重要组成部分,其电能采集终端配置和故障定位问题已成为一项重要课题.提出一种基于整数线性规划的充电桩网络电能采集终端优化配置模型.建立的配置模型以配置成本最低为目标函数,通过规划采集终端的接入位置保证系统各节点电压和各支路电流的可测性;故障定位模型能够针对系统故障时的扰动功率准确定位...     

基于量子电压的数字化电能量值传递应用技术研究

应用量子技术,建立新一代电能标准装置,可将量子电压校准过的标准采样值直接传递给数字化电能计量装置,从根本上解决数字化电能无法直接量传的问题。文章提出了交流量子电压分段驱动方案,实现了基于一路交流量子电压的功率计量,阐述了新一代电能标准装置中的电能标准量值传递路径,设计了新一代电能标准装置数据验证实验,经测试,数字电能表的电压、电流及功率的误差均小于4×10^-6,新一代电能标准装置数字化电能测量结果合理。     

基于MPPT控制的两级式直流孤岛检测方法研究

针对主动式孤岛检测方法存在扰动同步注入、影响电网供电质量等问题,提出了一种基于最大功率点跟踪(MPPT)控制的两级式直流孤岛检测方法。该方法通过检测并网变换器直流侧电流来判断疑似孤岛,然后利用疑似孤岛信号触发电压扰动的注入使得孤岛后的公共耦合点(PCC)电压出现特定频率的波动。由于扰动信号的注入受疑似孤岛信号控制,减少了正常状态下扰动的注入时长,有效降低对系统电能质量的影响。此外建立小信号模型分析了耦合点电压对扰动分量的频域特性,选取扰动信号的最优频率。最后通过仿真与实验验证了所提方法在单机与多机工况下的有效性。     

基于改进扰动功率法的电压暂降源定位

面对引发电能质量问题的电压暂降,结合电力系统中常见的短路故障类型,提出一种改进的扰动功率法。取扰动电压和扰动电流的乘积作为扰动功率,根据线性电路的叠加原理,故障网络可以等效成正常状态和扰动分量的叠加,利用瞬时扰动功率或其半周波平均值的极性来定位暂降源,最后搭建模型,通过Matlab仿真,结果表明提出的改进的扰动功率法可以准确定位暂降源。     

不平衡电网电压下柔性直流输电系统功率滑模补偿策略

针对柔性直流(VSC-HVDC)输电系统在交流电网电压不平衡情况下,功率产生2倍频波动分量的问题,首先通过分析不平衡电网电压下VSC换流器的数学模型,将引起系统2倍频功率波动的因素归结为电流因素分量和电压因素分量,推导并建立了不平衡电网电压下以系统2倍频功率为状态变量的控制方程;进而基于该控制方程提出了一种VSC-HVDC功率滑模变结构补偿策略,以同时抑制电流因素和电压因素引起的功率波动,以及VSC换流器输出电流的畸变,并提高了变工况状态下系统的动态响应性能。将该补偿策略引入到VSC-HVDC原有矢量控制环节中,当交流电网电压不平衡时,该控制策略能够单独对其中的2倍频分量进行有效控制,可以在不影响正常状态运行的同时又能抑制2倍频功率波动分量。通过在PSCAD/EMTDC中搭建两端VSC-HVDC仿真模型,证明了该策略抑制不平衡电网电压下系统2倍频功率和平衡交流侧电流的有效性。     

电动汽车充电纹波对直流电能计量影响分析

现有电动汽车直流充电桩的输出电压高、电流大且带有纹波,传统直流电能计量方式并未考虑大功率工作条件下纹波对其计量准确性的影响。为此,结合充电桩直流产生原理,根据直流充电机输出纹波特点和充电桩用直流电能表、直流电能计量模块的工作原理,重点研究和分析直流电能计量不同算法对带有纹波的高功率直流计量时存在的误差影响。分析了纹波影响规律,借助标准源和标准表进行验证,并在此基础上定量确定高功率状态下直流纹波对直流计量影响,为直流充电电能的准确计量、优化直流计量算法等提供依据。     

充电桩直流计量模块现场检测装置及其溯源

为顺应电动汽车充电桩直流计量模块的现场检测要求,研制了一种表源一体化现场检测装置.该装置的源输出反馈调节模块和标准功率计量模块共用一套传感器.电压环节采用精密电阻分压测量方案;电流环节采用零磁通测量方案,零磁通电流互感器的反馈调节部分以二次谐波分量为敏感值,通过二阶滤波和两级放大实现提取.设计了分部式同步溯源方案校准该装置,对误差校准结果进行了不确定度评定.结果表明该装置在典型充电工况下准确度最佳,其他工况下的计量性能也满足溯源要求.     

复杂工况下直流电能计量的算法影响及误差分析

现有直流电能表多针对直流稳态电能进行计量,对充电过程中电压、电流变化适应性较差,且忽略功率脉动及高频纹波产生的功率。为此,通过研究整流性负载、开关充电设备以及快速动态变化负荷的直流电能产生原理,结合电能表计量算法和实验阐述了计量过程中存在的误差影响,提出了不同计量场合下减少计量误差的算法参数优化方法。为电能计量精度的提高提供参考,为直流计量算法的优化提供思路,明确改进方向。     

基于温度场分析的直流电能表计量准确度研究

针对设计相同、同一批次电动汽车直流充电桩在不同地区存在计量准确度不同的问题,从环境温度对直流充电桩中直流电能表计量准确度影响进行深入研究。除自然温度外直流充电桩充电中计量直流电能表周围和内部主要发热器件分别是外部分流器和内部电源芯片,考虑到电能表内部电路中对计量准确度影响最大的是计量芯片,文章研究对象确定为直流充电桩用采用分流器的直流计量表,针对其处于高寒地区,环境超低温表内部电源芯片、表外部分流器的发热共同对直流计量结果的影响,文中为直流电能表建立有限元模型,用于分析其所处环境温度场和以分流器为代表的发热量大的直流电能表配件和内部器件的温度分布,并联合数值仿真软件对其进行数值分析,最终得到直流电能表在高寒地区计量结果随温度变化的规律。     

非车载充电机高精度电能计量研究与应用

针对我国在电动汽车领域内直流充电的应用现状,文章论述了对直流电能进行精确计量的重要性和必要性.通过分析非车载充电机计量的精度和损耗根源,对计量连接装置的结构进行了改良并设计出相应的计量模块.为了降低在充电过程中分流器长时间通入大电流时给充电桩的电量计量准确性带来的不利影响,文章提出了一种提升计量准确性的优化方法:用高精度的数字电流传感器来取代电流的分流器.文中制成了一种应用于直流充电桩中的高精度数字计量装置,在监测充电安全的同时进一步提升了充电电流的精确测量.     

一种基于有界不确定性和扰动估计器的大功率充电桩控制策略

大功率充电桩接入电网是实现多电压等级电动汽车充放电的关键设备,但因电动汽车的即插即用需求和充电功率冲击特性,大功率充电桩接入将对电网运行稳定性带来挑战。提出基于不确定性和扰动估计器（uncertainty and disturbance estimator, UDE）的大功率充电桩控制策略。首先,在大功率充电桩双主动全桥换流器（dual active bridge, DAB）模块采用虚拟直流电机控制策略,实现对直流电压的基本控制。然后,考虑电动汽车投切对电网稳定运行的影响,基于LC滤波器建立UDE补偿控制环节,对滤波单元动态误差进行反馈,将其输出量作为补偿分量,实现对直流母线电压的补偿控制,从而有效提升直流电压稳定性。最后,基于PSCAD/EMTDC搭建充电桩系统仿真模型,其仿真结果验证了所提控制策略的可行性。     

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.     

电动汽车交流充电桩谐波分析及谐波抑制研究

交流充电桩是家用电动汽车主要的能源供给设施,利用车载式充电机为动力电池充电。随着电动汽车充电站日益增多,其产生的谐波污染也越来越严重。搭建了单相车载式充电机的完整模型,详细分析了其谐波特点和充电机台数变化对谐波含量的影响。针对充电桩的谐波问题,将有源电力滤波技术应用到交流充电桩中。在所搭建的仿真模型中,针对单相车载式充电机的负载特性,采用传统PI控制与重复控制相结合的复合控制方法,新型交流充电桩有效地抑制了车载式充电器谐波,提高电网侧电能质量。