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应用于V2G系统的区域电能质量自适应调控方法

王绍阳  
【摘要】:伴随着全球能源紧张、环境恶化、气候失常等问题不断加剧,绿色、环保、清洁、高效的能源利用模式已经成为当今社会的主流,而电动汽车作为清洁能源技术在交通运输领域的代表也发挥着越来越重要的作用。因为科技的不断发展和政策的大力扶持,电动汽车越来越多的出现在人们的视野中,电动汽车的不断涌入在给电网的安全稳定带来巨大挑战的同时也为解决电力系统存在的供配电问题提供了新的思路和方法。大规模的电动汽车接入电网后,可以被看作是大量的分布式储能单元,通过将电动汽车反馈到网侧的电能进行管控,可以实现包括调频调压、削峰填谷、改善电能质量等功能。基于上述内容,论文以电动汽车与电网的互动(Vehicle-to-grid,V2G)系统为研究基础,考虑将自适应阻抗原理与V2G并网控制技术相结合,通过对系统整体的拓扑结构及相关模型分析,阐述了自适应阻抗在谐波域和基波域的具体表现特征,利用自适应阻抗在无功及谐波补偿方面的优势,弥补了传统下垂控制策略中的缺陷,同时通过搭建仿真实验模型初步验证了系统功能及有关理论研究的正确性。本文以应用了自适应阻抗控制方法的V2G并网系统为核心,主要对以下内容进行了相关介绍。首先,介绍了应用于V2G系统的电能质量自适应调控系统原理拓扑,研究了系统的结构及接线原理,建立了在不同频率条件下系统的等效电路模型和数学模型,推导出了自适应阻抗在谐波条件下与负载谐波电流、背景谐波电压和网侧谐波电流之间的关系、在基波条件下参与实现无功功率动态补偿的数学表达式。通过对上述变量之间的关系及表达式的分析获得了自适应阻抗在谐波抑制和无功补偿情况下的特殊实现条件,阐明了自适应阻抗在不同工作模式下的具体工作原理及相应的表现特征。其次,在传统下垂控制研究的基础上,引入自适应阻抗控制方法,提出适用于V2G系统的并网电能质量综合控制策略。借鉴传统下垂控制方法,通过对其功率解耦控制的参数设计,实现逆变器输出支路的纯电感性设计,为后续无功功率及谐波的主动跟踪式补偿创造条件。同时利用自适应阻抗控制方法,改进传统下垂控制方法中的无功功率补偿环节,消除传统下垂控制并网状态下动态响应能力差以及由于虚拟阻抗存在而导致的无功补偿静态误差问题,满足逆变器对系统无功功率补偿的精准输出。此外,充分发挥V2G系统接口逆变器的优势,在原有基波控制基础上考虑谐波域有关变量,扩大控制结构整体范围,实现了在并网有功功率调度的同时完成对谐波和无功功率的动态补偿。最后,为了进一步了解所提出的应用于V2G系统的电能质量自适应调控系统及相关控制方法,在现有实验室研究条件的基础上,搭建了小型的仿真试验系统,并对系统整体接线结构、主要参数设计和系统仿真调试等相关过程进行简单介绍。通过建立仿真实验平台测试了系统的在基波和谐波条件下的工作特性,实现了所提理论原理与控制系统在仿真实验模型中的高度统一。


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