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一体化电站并联功率变换系统多模式运行统一控制策略

北极星智能电网在线  来源:分布式发电与微电网    2017/8/24 11:41:33  我要投稿  

北极星智能电网在线讯: 华中科技大学电气与电子工程学院强电磁工程与新技术国家重点实验室的研究人员蔡久青、陈昌松、段善旭、刘朋,在2017年第10期《电工技术学报》上撰文,为实现电动汽车充放储一体化电站中具有并联、双向运行特性的功率变换系统多模式运行,采用基于三层网络架构的集中控制体系,提出了一种集多种运行模式控制于一体的统一控制策略。

该策略下各功率变换单元可依据调度指令在V2G和独立两种运行模式间灵活选取,同时结合单元充放电状态、输出视在功率和电池组荷电状态实现了功率优化分配。此外,针对模式切换过程中负载电压和并网电流波动机理进行分析。在统一控制策略中提出并引入了一种基于内环指令跟踪、外环软切换的双环切换方法,实现了运行模式间的无缝切换。仿真和实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。

随着能源危机和环境污染问题的日益严峻,电动汽车产业作为我国战略性新兴产业受到了广泛的关注并得到了大力的推广[1-3]。能源供给基础设施的配套建设是电动汽车产业发展的关键。电动汽车充放储一体化电站的建立,实现了充电站、换电站与储能电站的优势融合,具有功能多样化、运营管理灵活等特点[4-6]。

一体化电站既能向电动汽车提供基础充换电服务,又能向电网提供削峰填谷、无功补偿、谐波治理等辅助服务,实现了电动汽车与智能电网的协同发展。一体化电站通常由能量管理系统、电池充换系统和功率变换系统三部分组成。其中,多模式运行功率变换系统(Power ConversionSystem, PCS)作为电网与电动汽车之间的双向能量传输通道,是一体化电站运行控制的基础和关键。

功率变换系统在V2G运行模式[7-9]下,需完成电动汽车电池组的灵活充放电管理以及并网调控;在独立运行模式下,需满足一体化电站内关键负荷的用电需求和能量平衡。同时需实现V2G运行和独立运行模式间的无缝切换[10-13],以保证电网的安全稳定运行和站内关键负荷的不间断供电。

有关多模式运行功率变换系统的拓扑及控制研究工作已广泛开展[14,15]。文献[16]针对一种两级式单相PCS拓扑结构,采用电流内环滞环,通过并网电流外环与电容电压外环间的切换,实现并网与独立多模式运行控制。但滞环控制下开关频率不固定,滤波器参数设计复杂。

文献[17,18]针对基于LCL滤波的PCS拓扑结构,在并网模式下采用间接电流控制,通过改变控制参考指令实现并网与独立运行双模式无缝切换。但间接电流控制难以保证并网电流波形质量及系统单位功率因数输出。

文献[19]采用下垂控制方案,实现了主从策略下的PCS双模式运行。但下垂控制下系统输出动态性能不佳,且文中缺乏对模式切换方法的深入分析。现有文献仅以能量单向传输的PCS单元为研究对象,研究内容具有一定的局限性,因此针对能量双向交互的PCS单元并联系统的多模式运行控制研究具有重要意义。

本文针对电动汽车充放储一体化电站中功率变换系统的并联、双向运行特点,建立了V2G模式、独立模式和切换模式下控制模型,提出了一种集中式多模式运行统一控制策略。在V2G运行和独立运行模式下以输出视在功率平衡和电池组荷电状态平衡为目标实现功率优化分配。同时基于模式切换过程中负载电压和并网电流波动机理分析结果,在该策略中引入基于内环指令跟踪、外环软切换的双环控制方法,实现了运行模式间的无缝切换。

图1 电动汽车一体化电站框架

结论

电动汽车充放储一体化电站充分融合了充电站、换电站与储能电站的优势特点,是电动汽车能源供给设施的发展方向和有效运营模式。

本文以一体化电站中功率变换系统为研究对象,在充分考虑其并联、双向运行特性的基础上,对V2G模式、独立模式和切换模式进行了深入分析,提出了一种集中式多模式运行统一控制策略。

该策略实现了V2G运行和独立运行模式下PCS单元功率优化分配和充放电状态灵活配置,同时通过所引入的双环无缝切换方法实现了运行模式间的平滑切换和关键负荷不间断供电。

 

原标题:一体化电站并联功率变换系统多模式运行统一控制策略

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