电动汽车接入对光储电站电压质量的影响

2019-01-07,,,

上海电力大学学报 2018年6期

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(上海电力学院电气工程学院, 上海 200090)

微电网,也被称为分布式能源孤岛系统[1]。微电网具有双重角色:对于电网,微电网作为一个大小可以改变的智能负载,为本地电力系统提供了可调度负荷,可以在数秒内作出响应以满足系统需要,适时向大电网提供有力支撑;对于用户,微电网作为一个可定制的电源,可以满足用户多样化的需求,如增强局部供电可靠性,支持当地电压,作为不可中断电源等[2-5]。近年来,电动汽车(Electric Vehicle,EV)得到了快速发展[6],其不再作为简单的储能资源,只能进行充电,而是被看作移动的储能资源,甚至当电网供电不足时可以被视为电源[7-8]。当闲置的电动汽车接入电网(Vehicles-to-Grid,V2G)调制时,可以改善微电网的电压质量,减少储能配置。这对解决环境污染和能源短缺问题具有重要意义[9]。

文献[10]提出了包含风、光、储和电动汽车等的微电网经济调度模型,分析了电动汽车对微电网经济性的影响。文献[11]给出了储能充放电模型。文献[12]以智能住宅内的微电网系统为研究对象,建立了以发用电总成本最小为目标的优化模型。文献[13]建立了电动汽车功率需求的统计模型。文献[14]考虑了电动汽车能量的双向流动,以投资成本最低为目标,同时参与电网的削峰填谷,分析了电动汽车双向充电对电网产生的影响。文献[15]在已有光储电站储能容量配置研究的基础上,针对储能设备选型、光储电站的调度模式、容量配置方法以及光储电站的全寿命周期经济可行性等进行了评价。

本文基于光储电站的微电网系统,将闲置的电动汽车接入微电网,提出了电动汽车参与微电网调制的控制策略,分析了电动汽车接入后对微电网电压质量的影响问题,并用4个算例进行了仿真分析,以验证其可行性。

1 基于光储电站的微电网系统

图1为光储电站的直流微电网系统。

图1 基于光储电站的微电网系统

微电网是一种由分布式电源、负荷、电力电子设备、监控保护装置组成的小型发配电系统,对外部电网表现为可控的单元,可满足用户对电能质量和供电可靠性的要求。本文采用400 V的直流微电网系统,研究离网状态下不接电动汽车与接入电动汽车后的供电电能质量问题。

图1中,光伏发电模块采用晴天实际监测的数据,接入光储电站的负荷包含直流负荷和交流负荷,经过电力电子装置变换成所需电压。当无电动汽车接入调制时,站内的不平衡功率Pumb的计算式为

Punb=PPV-Pload

(1)

式中:Ppv——光伏出力;

Pload——负荷功率变化。

图2为光储电站内的不平衡功率曲线。

图2 光储电站内的不平衡功率

在离网状态下,光储电站内的不平衡功率由储能电池进行平复。随着电动汽车的发展,闲置的电动汽车接入电网,可作为移动储能装置参与微电网的调制,改善站内母线电压质量,同时也可以获得一定的经济效益。

2 电动汽车充放电控制策略

由储能电池来平复不平衡功率需要投入额外成本,而电动汽车电池具有较高的电荷电量,将闲置的电动汽车电池作为储能加以利用,可以节约成本。因此,本文将闲置的纯电动汽车作为研究对象,将电动汽车接入光储电站参与调制,以提高母线的电压质量。

电池荷电状态(State of Charge,SOC)是反映电动汽车充放电的一个重要参数[16],即

(2)

式中:SOC0——电动汽车接入光储电站时的荷电状态;

QN——电动汽车电池的额定容量;

Preg——电动汽车参与调制的功率,其正值表示电动汽车对光储电站放电,负值表示光储电站内多余的功率向电动汽车充电。

所搭建的电动汽车的负荷模型如图3所示。图3中,X0表示电动汽车接入光储电站时的实际电池电量。

图3 电动汽车的负荷模型

闲置的电动汽车接入光储电站需满足一定的条件后才能参与调制[17]。本文研究离网状态下不接电动汽车与接入电动汽车后的供电电能质量问题,故电动汽车参与微电网调制的控制目标对象为光储电站的母线电压Udc。设置的参考电压为400 V,超过波动值Ur(5 V)后进行调制。其控制策略如图4所示。

图4 电动汽车参与调制的控制策略

3 仿真分析

在MATLAB/Simulink中搭建光储电站的模型,设直流母线电压为400 V,储能电池的容量为3×103Ah,电动汽车的容量为15 kWh,仿真时间为24 h。为了突出电动汽车对改善光储电站直流母线电压质量的作用,设置以下4种算例进行验证,分别为无电动汽车接入、10辆电动汽车接入、10辆电动汽车接入(光伏功率发生波动)和20辆电动汽车接入。

假设电动汽车接入时的SOC为93%,具体仿真结果如下。