CN108462193A - 一种含光伏发电与电动汽车充放电的电网协调控制方法 - Google Patents

一种含光伏发电与电动汽车充放电的电网协调控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含光伏发电与电动汽车充放电的电网协调控制方法，将电动汽车充电器和光伏发电装置中连接入电网部分的三相逆变器分别改为拥有共同母线的三个单相逆变器，作为三相平衡充电器和光伏逆变器；分别利用PV下垂控制三相平衡充电器和光伏逆变器输出功率。本发明将传统三相逆变器改进为光伏逆变器和三相平衡充电器，使用就地PV下垂控制策略，利用各相电压之差来调节功率，达到电网平衡的目的。

Description

一种含光伏发电与电动汽车充放电的电网协调控制方法
技术领域
本发明涉及电能质量技术领域，尤其涉及一种含光伏发电与电动汽车充放电的电网协调控制方法。
背景技术
光伏发电(PV)与电动汽车(EV)的接入可能导致低压配电网的负荷不平衡问题，光伏发电的接入导致了功率流的减少与反向，这导致在加有光伏发电的电网的电压升高，大量的光伏发电可能导致电压不平衡。电压和电流不平衡是低压配电网中最严重的电力质量问题。电动车具有高电能需求，因此对于配电网络来说是相当大的额外负担。这可能导致配电变压器严重的电压下降或过载。另一方面，如果电动车的充电功率被控制，电动车停放时间要比充电完全要长，导致失去了非常大的灵活性。在风能高的情况下或廉价电力的可用性的情况下，所有可用的电动车将优选地充电最大功率。这可能使低压网络配电变压器过载，或使其难以符合国家标准，将电压保持在可接受范围内。因此，电动汽车和分布式光伏发电的连入可能导致配电网的电压不平衡。相比于平衡的电网，一个不平衡电网达到临界电压前可承受更少的光伏装置的接入。
目前的解决方法有无功补偿：隔离光伏发电；协调充电电动汽车，通过获得所有电动汽车的最佳充电模式进行电网环境的改善；削减有功功率等。无功补偿时需要更多逆变器的容量并且增加了电网的损耗。光伏电池板的功率减少将导致产生较低的功率和较低的利益。减少单位时间电动汽车充电充电量可以减小因电动汽车充电而引起的电压降落，然而这不必要地延长了电动汽车的充电时间。这些方法都没有考虑过通过逆变器将功率从一相转到另一相得可能性。
光伏装置和电动汽车充电器中都装有逆变器，逆变器不仅可以进行交直流的转换功能，还拥有整流的功能。这就提供了通过逆变器将少负载的相的功率转入高负载相的可能性。
发明内容
针对上述现有技术不足，本发明提供一种含光伏发电与电动汽车充放电的电网协调控制方法，以解决分布式电源和电动汽车接入而导致电网三相不平衡问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种含光伏发电与电动汽车充放电的电网协调控制方法，包括：
将电动汽车充电器和光伏发电装置中连接入电网部分的三相逆变器分别改为拥有共同母线的三个单相逆变器，作为三相平衡充电器和光伏逆变器；
利用PV下垂控制使三相平衡充电器的三个单相逆变器输出功率不超过电动汽车的最大充电功率的三分之一，且单相逆变器与电网交换的总功率等于电动汽车充电功率；
利用PV下垂控制使光伏逆变器的三个单相逆变器输出功率不超过光伏发电装置的最大发电功率的三分之一，且单相逆变器与电网交换的总功率等于光伏发电装置发电功率。
进一步地，三相平衡充电器的控制过程具体包括：
步骤S11：测量接入电网节点的三个单相逆变器的相电压|VA|、|VB|、|VC|和电动汽车的充电功率PEV；|VA|、|VB|和|VC|分别表示A相电压、B相电压和C相电压的绝对值；
步骤S12：设置三相下垂常数γ，计算单相逆变器的输出功率设定值，
PB＝PA-γ(|VA|-|VB|)
PC＝PA-γ(|VA|-|VC|)；
步骤S13：通过每个单相逆变器的功率不超过确定可行域，其中为电动汽车的最大充电功率；
步骤S14：如果步骤S12计算的PA、PB、PC已经在可行域内，则单相逆变器输出功率PA、PB、PC；如果步骤S12计算的PA、PB、PC不在可行域内，求解其在可行域上的投影，则单相逆变器输出功率P*A、P*B、P*C：
通过三个逆变器的功率总和为电动汽车的充电总功率:
其中，为PA,B,C在可行域上的投影，PA,B,C表示PA、PB或PC；表示P*A、P*B或P*C。
进一步地，光伏逆变器的控制过程具体包括：
步骤S21：测量接入电网节点的三个单相逆变器的相电压|VA′|、|VB′|、|VC′|和光伏发电装置的发电功率PPV；|VA′|、|VB′|和|VC′|分别表示A相电压、B相电压和C相电压的绝对值；
步骤S22：设置三相下垂常数γ′，计算单相逆变器的输出功率设定值，
PB′＝PA′-γ′(|VA′|-|VB′|)
PC′＝PA′-γ′(|VA′|-|VC′|)；
步骤S23：通过每个单相逆变器的功率不超过确定可行域，其中为光伏发电装置的最大发电功率；
步骤S24：如果步骤S22计算的P'A、P'B、P'C已经在可行域内，则单相逆变器输出功率P'A、P'B、P'C；如果步骤S22计算的P'A、P'B、P'C不在可行域内，求解其在可行域上的投影，则单相逆变器输出功率P'*A、P'*B、P'*C：
通过三个逆变器的功率总和为光伏装置的发电总功率:
其中，为P′A,B,C在可行域上的投影，P′A,B,C表示P'A、P'B或P'C；表示P'*A、P'*B或P'*C。
与现有技术相比，本发明具有有益效果：
(1)用三个单相逆变器来代替传统的三相逆变器能够使更多的功率注入电网以及更加均匀的分布在各相，使光伏元件传送更多电能进入电网以及电动汽车充电时能吸收更多功率；
(2)利用逆变器将低负载相的部分功率转入高负载相从而达到平衡电网
(3)使用各相电压之差来调节每相的功率，对于组件负载，电压不平衡，电网电压和电网损耗都有明显的改善。
附图说明
图1是本发明一实施例电动汽车三相平衡充电器就地控制示意图；
图2是本发明一实施例电动汽车三相平衡充电器控制流程示意图；
图3是本发明一实施例电动汽车三相平衡充电器三相功率曲线示意图；
图4是本发明一实施例电动汽车三相平衡充电器三相电压曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
将电动汽车充电器和光伏装置中连接入电网部分的传统三相逆变器变为拥有共同母线的三个单相逆变器，从而将传统的光伏三相逆变器和电动汽车三相充电器变为光伏逆变器和三相平衡充电器，这种用三个单相逆变器来代替传统的三相逆变器，如果电压高于某一临界值，通常比额定电压高10％，逆变器必须断开。如果使用三个单独的单相逆变器，只有连接到过载相的逆变器必须断开。这可以大量减少被缩减的功率，能够使更多的功率注入电网以及更加均匀的分布在各相，使光伏元件传送更多电能进入电网以及电动汽车充电时能吸收更多功率。大多数的房子里有三相接口。在有三相接口的房子里可安装一个平衡充电器和光伏逆变器。因为光伏电池板很少产生最大功率，因此它能够将大部分产生的功率注入消耗功率最多的相位并且没有使逆变器过载。同样，电动汽车较少在白天充电，因此，电动汽车平衡充电器可以充分应用来平衡电网。利用逆变器将低负载相的部分功率转入高负载相从而达到平衡电网。对于光伏发电来说，夜晚的时候没有光照，光伏逆变器主要在晚上调节电网，当C相的负载低于其他相时，可以从C相吸收功率，送入A,B相，来达到平衡电网的效果，电动汽车白天一般不进行充电，所以主要在白天进行调节。所以这就形成一种光伏和电动汽车的协调控制。
利用就地PV下垂控制来实现电动汽车和光伏发电的协调控制，它对于其他控制来说不需要任何形式的通信和负荷的预测。电压较低的相位由于阻性电缆上的电压下降而具有较高的有功功率消耗。因此，将从高负载相吸收功率的问题转化为从具有最高电压的相中吸收更多功率的问题。
利用PV下垂控制使电动汽车的三相平衡充电器的三个单相逆变器输出功率不超过电动汽车的最大充电功率的三分之一，且单相逆变器与电网交换的总功率等于电动汽车充电功率，如图1所示，仅使用本地电压测量值的绝对值，没有一定要关于电网的信息。例如，若C相电压电压较高，则代表C相负载比较少，对于电动汽车来说，C相消耗更多的功率。对于电动汽车三相平衡充电器来说这将转化为以下关系：
|VA|表示A相电压的绝对值
|VB|表示B相电压的绝对值
|VC|表示C相电压的绝对值
γ控制相间功率输送的参数
通过三个逆变器的功率总和为电动汽车的总功率：
PA+PB+PC＝PEV
如果一相电压的幅值高于另一相，则相之间的功率差等于相位之间的电压差乘以常数γ。例如，的常数γ将导致两相之间的功率差为每伏100W。这使相间平衡成为可能。γ因此可以被解释为三相下垂常数。
PB＝PA-γ(|VA|-|VB|)
PC＝PA-γ(|VA|-|VC|)
计算得到的PA，PB，PC为设定的理想功率，每个单相逆变器最大功率为这为每个逆变器的功率确定了可行域,所输出或吸收的功率需在这可行域内,为电动汽车的最大充电功率。
如果计算得到的PA、PB、PC已经在可行域内，则单相逆变器输出功率PA、PB、PC；如果计算得到的PA、PB、PC不在可行域内，求解其在可行域上的投影，则单相逆变器输出功率P*A、P*B、P*C：
通过三个逆变器的功率总和为电动汽车的充电总功率:
其中，为PA,B,C在可行域上的投影，PA,B,C表示PA、PB或PC；表示P*A、P*B、或P*C。确保通过三个单相逆变器的功率不超过电动汽车最大充电功率的三分之一，且与电网交换的总功率等于EV充电器要求的功率，电动车不进行充电时，三相功率和为零。具体流程图在图2中表示。
图3，图4为模拟的通过逆变器的三相功率曲线和三相电压曲线，从这个图中可以清楚地看出，以吸收功率方向为正，在某个节点上，由于在这个12:00左右这个时间段中有较高的光伏电能注入C相，所以电网C相的电压较高，充电器主要在C相中吸取功率，同时将功率注入到其他相。当电动汽车需要充电时，大部分能量是从电压最高的相中吸收的。
对于光伏发电的就地控制类似于三相平衡充电器的控制，如果C相为高电压相，则C相位为消耗功率较少的相位，光伏发电产生的大部分功率流入A，B相。在夜晚的时候，光伏发电为零，若C相负载高于其他两相，则注入C相的功率从A,B两相吸取。与电网每个相的交换功率总和等于光伏产生的总功率。
计算过程相同，测量接入电网节点的三个单相逆变器的相电压|VA′|、|VB′|、|VC′和光伏发电装置的发电功率PPV；|VA′|、|VB′|和|VC′|分别表示A相电压、B相电压和C相电压的绝对值；
设置三相下垂常数γ′，计算单相逆变器的输出功率设定值，
PB′＝PA′-γ′(|VA′|-|VB′|)
PC′＝PA′-γ′(|VA′|-|VC′|)；
通过每个单相逆变器的功率不超过确定可行域，其中为光伏发电装置的最大发电功率；
如果计算得到的P'A、P'B、P'C已经在可行域内，则单相逆变器输出功率P'A、P'B、P'C；如果计算得到的P'A、P'B、P'C不在可行域内，求解其在可行域上的投影，则单相逆变器输出功率P'*A、P'*B、P'*C：
通过三个逆变器的功率总和为光伏装置的发电总功率:
其中，为P′A,B,C在可行域上的投影，P′A,B,C表示P'A、P'B或P'C；表示P'*A、P'*B或P'*C。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种含光伏发电与电动汽车充放电的电网协调控制方法，其特征在于，包括：将电动汽车充电器和光伏发电装置中连接入电网部分的三相逆变器分别改为拥有共同母线的三个单相逆变器，作为三相平衡充电器和光伏逆变器；
利用PV下垂控制使三相平衡充电器的三个单相逆变器输出功率不超过电动汽车的最大充电功率的三分之一，且单相逆变器与电网交换的总功率等于电动汽车充电功率；
利用PV下垂控制使光伏逆变器的三个单相逆变器输出功率不超过光伏发电装置的最大发电功率的三分之一，且单相逆变器与电网交换的总功率等于光伏发电装置发电功率。
2.根据权利要求1所述的一种含光伏发电与电动汽车充放电的电网协调控制方法，其特征在于，三相平衡充电器的控制过程具体包括：
步骤S11：测量接入电网节点的三个单相逆变器的相电压|VA|、|VB|、|VC|和电动汽车的充电功率PEV；|VA|、|VB|和|VC|分别表示A相电压、B相电压和C相电压的绝对值；
步骤S12：设置三相下垂常数γ，计算单相逆变器的输出功率设定值，
PB＝PA-γ(|VA|-|VB|)
PC＝PA-γ(|VA|-|VC|)；
步骤S13：通过每个单相逆变器的功率不超过确定可行域，其中为电动汽车的最大充电功率；
步骤S14：如果步骤S12计算的PA、PB、PC已经在可行域内，则单相逆变器输出功率PA、PB、PC；如果步骤S12计算的PA、PB、PC不在可行域内，求解其在可行域上的投影，则单相逆变器输出功率P*A、P*B、P*C：
通过三个逆变器的功率总和为电动汽车的充电总功率:
其中，为PA,B,C在可行域上的投影，PA,B,C表示PA、PB或PC；表示P*A、P*B或P*C。
3.根据权利要求1所述的一种含光伏发电与电动汽车充放电的电网协调控制方法，其特征在于，光伏逆变器的控制过程具体包括：
步骤S21：测量接入电网节点的三个单相逆变器的相电压|V′A|、|V′B|、|V′C|和光伏发电装置的发电功率PPV；|V′A|、|V′B|和|V′C|分别表示A相电压、B相电压和C相电压的绝对值；
步骤S22：设置三相下垂常数γ′，计算单相逆变器的输出功率设定值，
P′B＝P′A-γ′(|V′A|-|V′B|)
P′C＝P′A-γ′(|V′A|-|V′C|)；
步骤S23：通过每个单相逆变器的功率不超过确定可行域，其中为光伏发电装置的最大发电功率；
步骤S24：如果步骤S22计算的P'A、P'B、P'C已经在可行域内，则单相逆变器输出功率P'A、P'B、P'C；如果步骤S22计算的P'A、P'B、P'C不在可行域内，求解其在可行域上的投影，则单相逆变器输出功率P'*A、P'*B、P'*C：
通过三个逆变器的功率总和为光伏装置的发电总功率:
其中，为P′A,B,C在可行域上的投影，P′A,B,C表示P'A、P'B或P'C；表示P'*A、P'*B或P'*C。
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