電動汽車接入對光儲電站電壓質量的影響

2019-01-07 05:00:04,,,

上海電力大學學報 2018年6期

, , ,

(上海電力學院電氣工程學院, 上海 200090)

微電網,也被稱為分布式能源孤島系統[1]。微電網具有雙重角色:對于電網,微電網作為一個大小可以改變的智能負載,為本地電力系統提供了可調度負荷,可以在數秒內作出響應以滿足系統需要,適時向大電網提供有力支撐;對于用戶,微電網作為一個可定制的電源,可以滿足用戶多樣化的需求,如增強局部供電可靠性,支持當地電壓,作為不可中斷電源等[2-5]。近年來,電動汽車(Electric Vehicle,EV)得到了快速發展[6],其不再作為簡單的儲能資源,只能進行充電,而是被看作移動的儲能資源,甚至當電網供電不足時可以被視為電源[7-8]。當閑置的電動汽車接入電網(Vehicles-to-Grid,V2G)調制時,可以改善微電網的電壓質量,減少儲能配置。這對解決環境污染和能源短缺問題具有重要意義[9]。

文獻[10]提出了包含風、光、儲和電動汽車等的微電網經濟調度模型,分析了電動汽車對微電網經濟性的影響。文獻[11]給出了儲能充放電模型。文獻[12]以智能住宅內的微電網系統為研究對象,建立了以發用電總成本最小為目標的優化模型。文獻[13]建立了電動汽車功率需求的統計模型。文獻[14]考慮了電動汽車能量的雙向流動,以投資成本最低為目標,同時參與電網的削峰填谷,分析了電動汽車雙向充電對電網產生的影響。文獻[15]在已有光儲電站儲能容量配置研究的基礎上,針對儲能設備選型、光儲電站的調度模式、容量配置方法以及光儲電站的全壽命周期經濟可行性等進行了評價。

本文基于光儲電站的微電網系統,將閑置的電動汽車接入微電網,提出了電動汽車參與微電網調制的控制策略,分析了電動汽車接入后對微電網電壓質量的影響問題,并用4個算例進行了仿真分析,以驗證其可行性。

1 基于光儲電站的微電網系統

圖1為光儲電站的直流微電網系統。

圖1 基于光儲電站的微電網系統

微電網是一種由分布式電源、負荷、電力電子設備、監控保護裝置組成的小型發配電系統,對外部電網表現為可控的單元,可滿足用戶對電能質量和供電可靠性的要求。本文采用400 V的直流微電網系統,研究離網狀態下不接電動汽車與接入電動汽車后的供電電能質量問題。

圖1中,光伏發電模塊采用晴天實際監測的數據,接入光儲電站的負荷包含直流負荷和交流負荷,經過電力電子裝置變換成所需電壓。當無電動汽車接入調制時,站內的不平衡功率Pumb的計算式為

Punb=PPV-Pload

(1)

式中:Ppv——光伏出力;

Pload——負荷功率變化。

圖2為光儲電站內的不平衡功率曲線。

圖2 光儲電站內的不平衡功率

在離網狀態下,光儲電站內的不平衡功率由儲能電池進行平復。隨著電動汽車的發展,閑置的電動汽車接入電網,可作為移動儲能裝置參與微電網的調制,改善站內母線電壓質量,同時也可以獲得一定的經濟效益。

2 電動汽車充放電控制策略

由儲能電池來平復不平衡功率需要投入額外成本,而電動汽車電池具有較高的電荷電量,將閑置的電動汽車電池作為儲能加以利用,可以節約成本。因此,本文將閑置的純電動汽車作為研究對象,將電動汽車接入光儲電站參與調制,以提高母線的電壓質量。

電池荷電狀態(State of Charge,SOC)是反映電動汽車充放電的一個重要參數[16],即

(2)

式中:SOC0——電動汽車接入光儲電站時的荷電狀態;

QN——電動汽車電池的額定容量;

Preg——電動汽車參與調制的功率,其正值表示電動汽車對光儲電站放電,負值表示光儲電站內多余的功率向電動汽車充電。

所搭建的電動汽車的負荷模型如圖3所示。圖3中,X0表示電動汽車接入光儲電站時的實際電池電量。

圖3 電動汽車的負荷模型

閑置的電動汽車接入光儲電站需滿足一定的條件后才能參與調制[17]。本文研究離網狀態下不接電動汽車與接入電動汽車后的供電電能質量問題,故電動汽車參與微電網調制的控制目標對象為光儲電站的母線電壓Udc。設置的參考電壓為400 V,超過波動值Ur(5 V)后進行調制。其控制策略如圖4所示。

圖4 電動汽車參與調制的控制策略

3 仿真分析

在MATLAB/Simulink中搭建光儲電站的模型,設直流母線電壓為400 V,儲能電池的容量為3×103Ah,電動汽車的容量為15 kWh,仿真時間為24 h。為了突出電動汽車對改善光儲電站直流母線電壓質量的作用,設置以下4種算例進行驗證,分別為無電動汽車接入、10輛電動汽車接入、10輛電動汽車接入(光伏功率發生波動)和20輛電動汽車接入。

假設電動汽車接入時的SOC為93%,具體仿真結果如下。