基于虚拟同步机的电动汽车充放电控制及辅助调频策略

来源 :华北电力大学(北京) 华北电力大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:c472559561
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随着我国经济的持续发展,石油能源的消耗水平也不断增加,其中交通运输占据了主要部分。燃油汽车尾气等对环境造成较大的破坏,尤其是近年来雾霾多发,给公众日常生产和生活造成非常大的不便。为了能够较好的解决燃油汽车数量过多带来的问题,电动汽车应运而生,电动汽车数量增加,为传统电力系统的建设和调度运行带来了一定的挑战。一方面就电动汽车通过电力变换器接入到电力系统,如果控制不当将给系统引入巨大的谐波污染;负荷增加,增加了系统负担;分散式接入的方式对电力系统的统一调度管理和运行维护带来了挑战。另一方面,电动汽车可以作为一种可控负荷和移动电源为电力系统提供一定的辅助服务,参与电力系统调频、调压等,提高电力系统的运行稳定性;通过合理调度,电动汽车与可再生能源协同作用,在满足用户充电需求的基础上促进可再生能源消纳。  本文将就大量电动汽车接入电力系统后造成的系统惯性、阻尼缺失问题,基于虚拟同步机(Virtual synchronous machine,VSM)技术设计电动汽车充放电控制策略,同时设计辅助调频控制策略,使电动汽车能够参与系统调频,提高电力系统的频率稳定性。  首先对传统电力系统的调频方式进行介绍,并且结合电动汽车特点,从V2G技术、用户出行、可调用容量、电动汽车响应速度以及电动汽车参与调频的经济性方面分析电动汽车参与电力系统调频的可行性。  基于VSM技术设计了电动汽车充放电控制策略。给出了电动汽车充放电控制系统及其控制结构,建立了双向充放电机和动力电力的详细模型,分析了双向充变流器AC/DC和DC/DC变换器的控制目标,并且分别针对AC/DC以及DC/DC模块的控制策略进行设计,通过理论分析了所提控制策略的控制效果,并且基于MATLAB/SIMULINK平台对提出的控制策略的效果进行验证。所提控制策略可以有效的缓解大规模电动汽车接入电力系统后造成的系统惯性和阻尼缺失的问题。  电动汽车的双向充放电功能为电动汽车参与电力系统调频提供了可能。在VSM充放电控制策略的基础上,考虑电动汽车用户的充电需求以及动力电池的寿命,设计了电动汽车辅助调频控制策略。由于系统中各电动汽车用户充电需求不同,且动力电池剩余电量等电池参数各异,因此定义了电动汽车充电因子α和电动汽车调频参与度因子β,其中充电因子仅可以统一衡量不同运行情况下电动汽车用户充电需求的满足程度,调频参与度因子β可以统一衡量不同运行情况下电动汽车参与系统调频的程度。基于上述两种因子,采用模糊控制算法,设计了电动汽车参与系统调频的一次、二次调频控制策略,并且建立了电动汽车参与系统调频的控制模型,在此基础上建立了考虑电动汽车的单区域和双区域电力系统调频模型,并基于MATLAB/SIMULINK仿真平台对模型和控制策略的准确性进行了验证。
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