【摘 要】
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随着能源危机的加剧以及环境的不断恶化,经济发展与环境保护之间的矛盾越来越显著。为了缓解大量燃油机车对化石能源的消耗以及尾气对环境的污染问题,具有良好储能特性、环境友好特性的电动汽车(Electric Vehicle,EV)应运而生,电动汽车已被公认为21世纪汽车工业发展的主要方向。电动汽车接入电网既可以作为负荷,也可以作为移动储能单元利用车网互动(Vehicle-to-Grid,V2G)技术为电网
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随着能源危机的加剧以及环境的不断恶化,经济发展与环境保护之间的矛盾越来越显著。为了缓解大量燃油机车对化石能源的消耗以及尾气对环境的污染问题,具有良好储能特性、环境友好特性的电动汽车(Electric Vehicle,EV)应运而生,电动汽车已被公认为21世纪汽车工业发展的主要方向。电动汽车接入电网既可以作为负荷,也可以作为移动储能单元利用车网互动(Vehicle-to-Grid,V2G)技术为电网提供辅助服务,通过制定合理的控制策略,可以利用电动汽车促进电网的安全稳定运行,并且为车主带来一定的收益。由于电动汽车动力电池具有快速的充放电特性,很好地符合了系统频率调节的要求,大量电动汽车入网可以为电网提供辅助调频服务支持。合理的调频控制策略应协调考虑电网、用户以及电动汽车三者的需求,本文以此为出发点,进行了以下研究:首先,针对大量电动汽车通过电力电子设备入网时造成的惯量、阻尼缺失的问题,采用虚拟同步发电机技术,基于电动汽车参与调频的拓扑结构建立了虚拟同步发电机的模型,使得电动汽车V2G参与调频时具有与同步发电机类似的惯量阻尼特性和频率调节特性,并克服电动汽车响应过快的缺点,减小对电网的冲击,实现电动汽车的友好型入网。然后从电动汽车调频的响应方式、调频容量、响应时间以及经济性方面对电动汽车参与调频的可行性进行了分析。针对调频过程中造成电池容量的衰退问题,基于马里兰大学的电池实验数据,并考虑平均循环荷电状态(State of Charge,SOC)与循环充放电区间两个关键因素建立了调频过程中容量衰退模型。通过对所建立的模型以及用户充电行为习惯的分析,确定电动汽车的调频区间以及调频原则,减小调频过程中电池容量的衰退。针对电动汽车辅助调频问题,提出一种考虑电池容量衰退和用户充电需求的电动汽车调频控制策略,首先提出反映用户充电需求程度的因子α,其次根据α因子的大小设计调频和计划充电两种运行模式,其中调频模式主要考虑减小电池的损耗,而计划充电模式主要考虑满足用户的充电需求,并将这两种模式应用于一、二次调频之中。一次调频依靠自适应下垂系数的方法来实现,而二次调频通过设计模糊控制器来实现,处在相同模式下的一、二次调频相互配合,共同完成减小容量衰退与满足用户需求的目标,实现电动汽车的智能充放电。最后在Matlab/simulink下建立了虚拟同步机以及单区域系统下的电动汽车调频模型,设计不同算例对本文所提控制策略进行了仿真验证。仿真结果表明了所提控制策略的有效性。
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