基于無差拍控制的電動(dòng)汽車無功補(bǔ)償研究

孫凌濤+++王世榮+++高正

摘 要：電動(dòng)汽車是一種新興起的交通工具，具有清潔與價(jià)廉的特點(diǎn)。將電動(dòng)汽車用于各級電力系統(tǒng)中作為無功補(bǔ)償備用，豐富了電動(dòng)汽車在社會中的作用。這樣一來，電動(dòng)汽車既可以作為一種備用電源，也可以用于電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償。本文對電動(dòng)汽車用于微電網(wǎng)的無功補(bǔ)償進(jìn)行了可行性研究。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；無功補(bǔ)償；無差拍控制

引言

隨著電網(wǎng)用戶種類和用電器的日漸多元化，無功功率對微電網(wǎng)的影響也日漸加強(qiáng)。傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置，包括調(diào)相機(jī)與靜止補(bǔ)償器具有造價(jià)昂貴等特點(diǎn)，在微電網(wǎng)之中并不適用[1]。如果將電動(dòng)汽車用于對微電網(wǎng)的無功補(bǔ)償，可以通過控制電動(dòng)汽車來對微電網(wǎng)無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。

1 基于電動(dòng)汽車的無功補(bǔ)償

1.1 系統(tǒng)模型

對于電動(dòng)汽車而言，微電網(wǎng)為一個(gè)較大的系統(tǒng)。模型中包括分別是微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車、負(fù)荷。微電網(wǎng)是一個(gè)交流電源，電動(dòng)汽車是一個(gè)直流電源，接入微電網(wǎng)需要將輸出電流逆變?yōu)榻涣麟?。用Ug，Uv，Uf和Ig，Iv，If分別代表電網(wǎng)側(cè)，電動(dòng)汽車側(cè)和負(fù)荷側(cè)電壓與電流，設(shè)定Ug=Uv=Uf。

1.2 直交流變換器裝置簡介

本文采用文獻(xiàn)[2]中所提到的電力變換拓?fù)浞椒?。該結(jié)構(gòu)為單相電流型整流器和一種非隔離式變換器——Buck-Boost雙向DC/DC變換器的串聯(lián)結(jié)構(gòu)。其中前級整流器具有濾波電感，可以進(jìn)一步對輸出的交流電流進(jìn)行整流，具有輸入電流控制簡單，反應(yīng)速度較快等特點(diǎn)。后級的DC/DC變換器結(jié)構(gòu)和能量控制比較簡單，而且綜合效率較高，成本低廉。其中（Lg是網(wǎng)側(cè)濾波電感，Lv，Cv是電動(dòng)汽車測濾波電感和電容）。電動(dòng)汽車充電時(shí)，整流器處于PWM整流狀態(tài)，雙向變換器處于Buck模式。當(dāng)將電動(dòng)汽車用于并網(wǎng)時(shí)，雙向變換器工作在Boost模式，整流器此時(shí)處于逆變狀態(tài)。

2 微電網(wǎng)無功功率檢測與分析

2.1 微電網(wǎng)側(cè)無功功率檢測

本文依據(jù)p-q檢測原理實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)無功功率的檢測，采用虛擬三相法實(shí)現(xiàn)了對單相電路無功功率的計(jì)算。將微網(wǎng)側(cè)電壓Ug和負(fù)荷電流If移相構(gòu)造對稱三相系統(tǒng)，從而可以求得網(wǎng)側(cè)三相電壓Uga，Ugb，Ugc以及負(fù)荷側(cè)三相電流Ifa，Ifb，Ifc。采用αβ變換，有：

2.2 無差拍控制分析

為了盡量使得微電網(wǎng)的功率因數(shù)接近1，應(yīng)當(dāng)盡可能多的為微電網(wǎng)補(bǔ)充無功功率，根據(jù)電力系統(tǒng)理論可知，當(dāng)微電網(wǎng)中的電流僅僅含有有功電流時(shí)，電網(wǎng)內(nèi)無功功率得到完全補(bǔ)充，因此只需要保證微電網(wǎng)中的無功電流Iq值與電動(dòng)汽車提供的電流值相同即可。本文采用無差拍控制，主要是通過計(jì)算PWM信號占空比控制全控型器件開關(guān)，達(dá)到對輸出電流的控制[3]。具體過程如下：

圖3是單相電流型整流器拓?fù)鋱D，四個(gè)晶閘管交替導(dǎo)通，電感L1是濾波電感，Ug和Ig分別是網(wǎng)側(cè)電壓電流，Us是網(wǎng)側(cè)電壓值

將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的差分方程，有：

其中Ts是采樣周期，Ug（k），Ig（k）是變換器采樣平均電壓，電流，Ug（k）為電網(wǎng)采樣平均電壓，計(jì)算占空比：

通過控制占空比就可以達(dá)到控制輸入電流，從而實(shí)現(xiàn)無差拍控制。

3 結(jié)束語

將電動(dòng)汽車用于微電網(wǎng)無功補(bǔ)償，可以很好的解決無功補(bǔ)功率補(bǔ)償問題，相比于靜止無功補(bǔ)償裝置具有投資少，響應(yīng)速度快以及可以精準(zhǔn)補(bǔ)償，比較于調(diào)相機(jī)具有耗費(fèi)少等優(yōu)點(diǎn)，將電動(dòng)汽車用于微電網(wǎng)之中，可以更好的發(fā)揮電動(dòng)汽車的作用，豐富電動(dòng)汽車聯(lián)網(wǎng)功能，采用無差拍控制可以精確控制無功功率，使得微電網(wǎng)的功率因數(shù)接近1，減少了微電網(wǎng)連接外部電網(wǎng)時(shí)需要從大電網(wǎng)吸收無功功率，導(dǎo)致大電網(wǎng)電壓下降，繼而影響大電網(wǎng)的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]栗時(shí)平，劉桂英.靜止無功功率補(bǔ)償技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2006：1-21.

[2]王傳曉.電動(dòng)汽車V2G充放電機(jī)的研究[D].山東理工大學(xué)，2014：9-12.

[3]張超，王章權(quán)，蔣燕君，等.無差拍控制在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力電子技術(shù)，2007，41（7）：3-5.

作者簡介：孫凌濤，漢族，山西省介休市人，長春工業(yè)大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其自動(dòng)化。

王世榮，漢族，吉林省長春市人，長春工業(yè)大學(xué)碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其自動(dòng)化。