含光伏发电的换电站运行方式研究

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1、含光伏发电的换电站运行方式研究第1章绪论1.1课题研究的背景与意义当前世界能源危机与环境问题日益突出。虽然我国化石能源资源较为丰富，但资源种类分布不均匀，煤炭占主导地位，而作为传统燃油汽车主要能量的石油，已探明的资源储量则相对不足，人均拥有量仅为世界平均水平的1/5，石油的对外依存度已经连续5年超过警戒线，CO2排放总量已经成为世界第一[1]；并且，我国石油资源地理分布不均匀，主要集中在松辽和渤海湾盆地，需大规模、长距离的北油南运，耗费巨大的交通运力。从我国能源现状看，动力系统电动化是缓解能源与环境问题的有效途径[

2、2,3]，发展电动汽车不仅可以有效降低碳排量，对保障我国能源安全也具有重要的战略意义。近年来，国家出台了一系列新能源汽车发展推进政策，加快了电动汽车产业的发展。2013年9月，工信部发布了《关于继续开展新能源汽车推广应用工作的通知》，主要在依托城市推广应用新能源汽车方面、对消费者购买新能源汽车的补贴和对城市充电设施建设的奖励方面提出了新的规定，相比十城千辆计划，试点范围扩大，并对示范城市在电动汽车的推广量和配套设施方面提出了更具体的要求。2014年7月，国务院办公厅发布了《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》，国

3、家发改委下发了《关于电动汽车用电价格政策有关问题的通知》，对电动汽车配套设施与充电电价等问题做了更详细的规定，进一步加速了我国电动汽车的发展。........1.2本领域国内外研究现状含可再生能源发电的充换电站主要由动力电池更换系统与电气系统两部分组成。动力电池更换系统主要由换电机器人、动力电池运送与自动堆垛等装置构成；电气系统主要由可再生能源发电设备、变流设备、直流或交流母线、动力电池充电设备等组成。与一般微电网类似，含可再生能源发电的充换电站主要有直流母线与交流母线结构。充电机可直接与直流母线相连，可再生能源发

4、电系统通过一级DC/DC变流器连接至母线，电能传输效率较高[11]，文献[12]即介绍了一种含光伏发电的多端口电动汽车充电直流集成系统的设计，可满足插电式混合动力轿车和高尔夫场地电动车充电需要。交流母线结构则需首先通过逆变器将可再生能源发电系统的直流电转变为交流电，然后通过整流装置将充电机与母线相连，这种结构的优势在于易将多余的可再生能源发电电量送上电网，并可实现V2G模式，文献[13]即设计了一个可对电动汽车进行充电的交流集成微电网系统。对动力电池充电设备已有大量研究：文献[14]研究了动力电池与充电机的模型，并

5、针对不同的研究推荐使用不同的模型；文献[15]基于双闭环控制策略，在外部电压回路使用传统的PI控制算法基础上，在内部电流回路上使用了模糊PI控制算法，智能调整PI参数，从而在整个充电过程中降低充电设备产生的谐波，提高功率因数；文献[16]介绍了一种新型的智能ITP无线充电机，它使用了一种校正功率因数的单端型准谐振转换器，可对功率因数有效调整；文献[17]在充电机中设计了一种电容-二极管-开关箝位电路，可在低负荷时提高充电效率，降低开关压力；充电机系统稳定性研究：文献[18]建立了基于全桥拓扑结构的充电机的平均线性小

6、信号模型，研究了充电机稳定性机理，推导出与稳定性参数相关的因素，从而保证充电机能够稳定运行。现有电池更换技术也日趋成熟，Tesla公司发明的换电装置仅需90s即可完成动力电池更换[19]；传统的换电设备一般采用升降式结构，文献[20]设计了一种并联机构换电设备。另外，文献[21,22]分别研究了换电站内信息采集设备与集中控制系统，可保证换电站内各组件工作有序进行。..........第2章含光伏发电的换电站系统结构本文研究对象为动力电池就地充电的换电站，主要分为电动汽车换电系统与动力电池充电系统，如图2-1所示。车

7、主提前一定时间向换电站发出短期换电需求信息，通知换电站其换电时间，中央控制器的信息收发系统接收换电需求，协调充电系统与换电系统，以在电动汽车驶入换电站时能够完成换电任务。换电系统主要由动力电池更换装置与电池传送装置构成，其主要任务是将电动汽车上电量耗尽或即将耗尽的动力电池换下，并装上已完成充电的动力电池。与普通微电网类似，充电系统可设计为两种结构，一种为直流母线结构，一种为交流母线结构，本章将分别介绍两种结构并进行比较。2.1直流母线结构直流母线结构的充电系统如图2-1所示，主要由光伏发电装置、DC/DC变流器、A

8、C/DC变流器、直流母线与动力电池充电装置组成，其各部分功能如下：1）光伏发电装置：利用光生伏特效应将光能转变为直流电，输出功率与装机容量、安装角度与光照强度等因素有关。2）DC/DC变流器：将光伏输出功率转变为动力电池充电所需电压，现有技术下转换效率可达到90%以上。3）AC/DC变流器：将配电网的交流电转换为动力电池充电所需电压的直流电。4）直流母线：将