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基于V2G电动汽车充电PWM变流器的仿真研究

 2022-11-04 10:11  

论文总字数:17062字

摘 要

伴随电动汽车的快速发展,电动汽车充电设备的需求量日益增大,而电动汽车充电站是一个非线性的装置,充电的时候产生谐波污染电网,这对于电网是一种巨大污染,所以有必要对充电站产生的谐波加以控制。而传统的充电站只局限在充电这一功能上,没有考虑到充电站和电网间的能量可以双向流动。V2G(Vehicle to Grid)技术就是将电动汽车作为移动的储能元件在控制状态下实现与电网之间能量的双向交换。

本文基于V2G技术,对充电站的整流器和直流斩波部分做了详细分析,最后选取了PWM变流器的全控三相桥式电路作为交直流变换部分和双向半桥电路作为直流斩波部分。接着,对充电机工作状态做了分析,通过控制开关管导通状态来改变其工作模式。最后,搭建了PWM变流器的simulink仿真模型,并通过仿真模拟,验证了PWM变流器可以输出稳定的直流电压,供给直流侧。

关键词:V2G;PWM变流器;双向半桥电路

Abstract

With the rapid development of electric vehicles, the demand for charging equipment of electric vehicles is increasing day by day. However, the charging station of electric vehicles is a nonlinear device, which pollutes the power grid with harmonics when charging, which is a huge pollution to the power grid. Therefore, it is necessary to control the harmonics generated by the charging station.However, the traditional charging station is only limited to the function of charging, without considering the two-way flow of energy between the charging station and the grid.Vehicle-To-grid (V2G) technology will be the electric vehicle as a moving energy storage element to achieve the two-way exchange of energy with the grid in the control state.When the grid is unstable, electric vehicles can compensate by transmitting energy to the grid through V2G charging stations, making the grid more stable.Such electric vehicle charging stations can be used as a part of smart grid, and their function is also changed from single charging to two-way exchange of energy, which is of great significance for energy transformation.

Based on V2G technology, this paper makes a detailed analysis of the rectifier and DC chopper of the charging station, and finally chooses the full control three-phase bridge circuit of the PWM converter as the AC-DC conversion part and the bidirectional half bridge circuit as the DC chopper part.Then, the working state of the charger is analyzed, and its working mode is changed by controlling the on-off state of the switch.Finally, a Simulink simulation model of PWM converter is built, and through simulation, it is verified that the PWM converter can output stable DC voltage and supply the DC side.

Keywords: V2G; PWM converter; Bidirectional half-bridge circuit

目录

第一章 引 言 1

1.1 设计背景 1

1.2 设计意义 1

1.3 设计内容 2

第二章 V2G技术简述 3

2.1 V2G的概念 3

2.2 V2G理论及功能 3

2.3 电动汽车充电站研究现状 4

2.4 V2G充电站整体电气结构 5

第三章 基于V2G技术的PWM变流器的基本结构与数学模型 7

3.1 V2G充电站入网整流器的选择 7

3.2 V2G充电站直流斩波器的拓扑结构的选择 8

3.3 V2G充电机的建模 10

3.4 本章小结 12

第四章 PWM变流器的工作模式及仿真研究 14

4.1 V2G充电站工作模式分析 14

4.2 基于PWM变流器的simulink仿真 18

第五章 结束语 21

致 谢 22

参考文献 23

第一章 引 言

1.1 设计背景

当今,地球上能源逐渐短缺,自然环境遭到严重污染,所以节能减排,研制清洁节约型能源已成为世界科研的主流方向。伴随科学技术的日益创新与发展,各种类型的新型能源开始出现在人们的视野当中。在不胜枚举的新型能源当中,电能的优越性可谓是脱颖而出,它获取简单,对环境污染小,是我们的不二之选。经过百年的发展,人类对于电能的使用可谓是驾轻就熟,利用电能的手段也丰富多彩。推动工业生产转型、改善能源动力结构是保护环境和节约资源的有效手段。汽车作为目前社会工业化的主要产物,已成为日常生活生产中必不可少的一部分。汽车以石油为燃料,而石油作为燃料会排出大量有害气体,污染大气。因此,鼓励电动汽车的使用,转变交通能源的使用方式,大力发展清洁能源已经成为中国乃至世界各国主要的科研方向。伴随电动汽车的使用数量的日益增长,它也逐渐步入千家万户,成为生活中随处可见的交通工具,随之而来的是电动汽车充电站的规模逐渐壮大。但是大容量的充电站消耗电能多,对电能的浪费也严重,而且会对电网注入高次谐波,这会污染电网,降低其电能质量。现在很多的充电站只考虑了充电,而并不能使剩余电能回流到电网中,这将大大浪费电能,对节约能源是不利的。当今,科研上主流的电动汽车充放电技术是由半控型器件构成的,虽然结构简单,但这一传统技术会使电网侧电流波形严重畸变,不利于能源的使用。电力电子技术经过数十年的发展已经日趋成熟,PWM整流技术和基于直流斩波组合的技术渐渐进入人们的视野,是谐波的问题得到了控制。通简单的控制手段可以降低谐波造成的影响,因此可减小谐波危害、使电能在网侧和用户间双向流动的电动汽车充电站已然成为重要发展前景。V2G(Vehicle to Grid)理论就是电动汽车充电站与电网之间能量的双向流动的一种技术,实质上是电动汽车作为移动储能元件在受控状态下实现与电网之间能量和信息的双向交换。[9]V2G技术可以实现电能在电网与用户之间双向流动,这不但可以过滤谐波,还可以使电网更加稳定,提高电能的利用率,减少能源的浪费。由PWM整流器构成的系统,具有可以将电能回馈到电网的功能,提高电能的利用率。故将PWM 变流器应用到蓄电池充放电装置,可减小装置体积,简化操作,改善电能质量,更加有效地利用电能。本文在使用半控型器件的传统桥式电路的基础上,提出了一种基于V2G技术的PWM整流器的充放电系统。该系统由PWM变流器和双向直流斩波变换器组成,可实现电流的双向流动。在这一理论上,建立了V2G充电站PWM变流器的仿真模型,并通过仿真模拟证实了PWM变流器能够输出稳定的直流电,供给直流侧。

1.2 设计意义

当今,人类社会对能源的需求日益增长,全球能源危机加剧。因此,电动汽车作为清洁能源技术在交通运输领域的代表,发挥着十分重要的作用。当电动汽车接入电网时,可以作为一个个单独的储能元件,通过管控电动汽车反馈到网侧的电能,可以实现改善电能质量、合理分配峰谷用电、调节电压指标等功能。V2G技术开发了新能源的利用领域,使人们更好的利用新能源,对人们的日常生活产生深远的影响。

(1) V2G技术是新能源从理论到实践的一次飞跃,为新能源的利用提供了全新的思路。由于电能污染小,没有碳排放,符合当下提出的低碳出行,减少了对不可再生能源的使用,改善了人们的生活环境。

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