含光伏电源电动汽车充电站的设计与仿真研究

【摘要】： 汽车工业的发展为满足人们生活流动性的需求做出了重大贡献,同时也给社会带来了全球变暖、大气污染、石油资源枯竭等重大问题。电动汽车是能够取代传统汽车的清洁交通工具,它将是解决当前重大问题的一个有效选择,而充电站对确保电动汽车在大范围内灵活运行是十分必要的,电动汽车充电站不仅要为电动汽车补充能量,同时也是电动汽车与电网的接口,因此,电动汽车充电站建设是当前电动汽车产业化的关键所在。 本文的研究工作是结合合肥供电公司提出电动汽车充放电站相关基础理论研究课题而展开的,以支持合肥市范围内电动汽车充电站建设的标准化。针对含光伏电源的电动汽车充电站,本文研究光伏电源与充电站建设的一体化设计方案。本文以MATLAB/SIMUlink仿真平台和电能质量分析仪为研究工具,在电动汽车充电站的设计方案与其接电网运行时的影响方面进行了系列的仿真分析与探讨,同时测试分析合肥市18路纯电动公交专用充电站运行时的谐波数据,为实际充电站建设提供参考。本文所涉及的主要研究工作内容如下： 1.含光伏电源的电动汽车充电站设计方案。 对电动汽车国内外发展现状及电动汽车充电站建设的必要性方面进行调研；讨论光伏电源与充电站建设一体化的意义；阐述含光伏电源条件下电动汽车充电站的设计方案及其对应的能量流动方式。 2.研究PV阵列的构成及其输出特性。 简要介绍了PV阵列的原理及两种典型数学模型,包括基于理想光伏电池等效电路模型和亚利桑那州立大学给出的ASUPVD数学模型；以ASUPVD模型为研究对象进行MATLAB仿真分析与计算,得出不同温度和光照条件下的PV阵列P-V和I-V曲线；分析PV阵列最大功率输出控制策略并编程计算。 3.研究含光伏电源的电动汽车充电站光伏供电系统。 简要介绍铅酸电池的工作原理及其充电方式；完成一定要求下的PV阵列和储能系统的容量计算；针对两种典型的光伏电源并网控制策略进行仿真分析。 4.讨论电动汽车充电机的工作特性。 简要介绍电动汽车充电机的构成；结合电动汽车充电机的结构分析讨论其高频功率变换器环节,并给出仿真结果；利用MATLAB/SIMUlink仿真平台搭建充电机的仿真模型；讨论电动汽车充电机运行对电力系统的影响。 5.研究电动汽车充电站接入点的电能质量。 简单介绍电能质量研究对象与计算；建立充电站的MATLAB/SIMUlink仿真模型；分析不同条件下电动汽车充电站接电网运行时对电网电能质量的影响；测试处理合肥市18路纯电动公交专用充电站的谐波数据；针对实际充电站可能引起的谐波问题提出治理方案。 【关键词】：电动汽车 充电站 光伏 电能质量
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM910.6;U473
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 背景与意义8-10
• 1.1.1 电动汽车的发展8-9
• 1.1.2 电动汽车充电站研究状况9-10
• 1.2 课题来源10
• 1.3 本文所做的工作10-12
• 1.3.1 研究内容10
• 1.3.2 研究方法10-12
• 第二章 含光伏电源的充电站方案设计12-18
• 2.1 太阳能资源状况12-13
• 2.2 电动汽车充电站设计方案13-14
• 2.2.1 独立光伏电源供电的充电站设计方案13
• 2.2.2 光伏电源并网的充电站设计方案13-14
• 2.3 含光伏电源的充电站设计方案比较14-15
• 2.3.1 独立光伏电源供电的充电站优缺点14
• 2.3.2 光伏电源并网的充电站优缺点14-15
• 2.3.3 充电站两种设计方案比较15
• 2.4 含光伏电源的充电站配电系统设计15-17
• 2.4.1 充电站独立光伏电源供电时的配电设计15-16
• 2.4.2 充电站光伏电源并网运行时的配电设计16-17
• 2.5 充电站实际建设应考虑的主要因素17-18
• 2.5.1 充电站经营模式17
• 2.5.2 充电站建设要求17-18
• 第三章 光伏电源的仿真研究18-46
• 3.1 光伏电池简介18-19
• 3.2 PV阵列输出特性与模型19-21
• 3.2.1 PV阵列介绍19
• 3.2.2 PV阵列数学模型19-21
• 3.3 PV阵列仿真21-24
• 3.3.1 PV阵列仿真模型21-22
• 3.3.2 温度变化的影响22
• 3.3.3 光照强度变化的影响22-24
• 3.4 最大功率跟踪控制24-29
• 3.4.1 CVT控制24
• 3.4.2 MPPT控制24-29
• 3.5 铅酸电池原理与充电方法29-30
• 3.6 充电站光伏电源容量计算30-33
• 3.6.1 充电站系统容量要求30-31
• 3.6.2 充电站独立光伏电源供电容量计算31-32
• 3.6.3 充电站光伏电源并网容量计算32-33
• 3.7 光伏电源并网运行仿真33-46
• 3.7.1 基于电流滞环跟踪的直流电流控制策略33-34
• 3.7.2 滞环跟踪控制并网仿真34-36
• 3.7.3 SVPWM技术36-38
• 3.7.4 基于SVPWM的直接电流并网控制策略38-39
• 3.7.5 基于SVPWM的直接电流控制仿真39-43
• 3.7.6 SVPWM并网波形分析43-46
• 第四章 电动汽车充电站仿真模型46-52
• 4.1 充电机的结构46
• 4.2 充电机等效模型46-49
• 4.2.1 高频功率变换等效46-47
• 4.2.2 充电机仿真模型47-48
• 4.2.3 R_(charger)等效电阻的选取48-49
• 4.3 电动汽车充电站的仿真模型49-50
• 4.4 充电站运行对电网的影响50-52
• 4.4.1 谐波污染50-51
• 4.4.2 功率因素下降51-52
• 第五章 充电站接入点谐波分析52-63
• 5.1 基本知识52-54
• 5.1.1 研究对象52
• 5.1.2 重要参数计算52-54
• 5.2 充电站谐波仿真54-59
• 5.2.1 单台运行54-56
• 5.2.2 多台同时运行56-59
• 5.3 合肥市18路公交用充电站谐波分析59-61
• 5.3.1 18路公交用充电站基本介绍59
• 5.3.2 谐波电流分析59-60
• 5.3.3 谐波电压分析60-61
• 5.4 谐波治理61-63
• 第六章 全文总结63-65
• 6.1 总结与展望63-64
• 6.2 不足之处64-65
• 参考文献65-68
• 附录68-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士学位期间参与的研究工作72-73

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