基于风光互补的微电网电动车无线充电的研究

蒋义然 保定理工学院 吴辉 北京三一重能有限公司

引言

电动汽车充电问题是制约电动汽车迅速发展的关键性问题之一。采用微电网利用新能源为电动汽车供电，不仅可以促进汽车产业的发展，推动经济发展，还可缓解目前的环境污染问题。本文对风光互补微电网为电动汽车无线充电系统进行研究，将电动汽车无线充电并入微电网中，采取独立供电方式，采用分层控制策略进行协调控制，实现微电网为电动汽车无线充电的目的。

一、风光互补微电网为电动汽车无线充电系统及其控制策略研究

为充分研究风光互补微电网为电动汽车无线充电系统各部分的原理及运行特性建立系统整体结构图如图1,对系统的各部分分别进行分析,在此基础上设计控制策略，包括上层中心控制器和底层控制器。

图1 风光互补微电网电动汽车无线充电系统结构图

系统的一次部分主要由(1)光伏发电单元和蓄电池储能装置；（2）永磁风力发电单元；(3)无线充电部分；(4)负荷和车载电池等组成。

(1)光伏发电部分包括光伏发电单元、DC/DC 变换器和蓄电池单元，光伏发电单元与通过双向DC/DC 变换器进行充放电控制的蓄电池并联在直流母线上。

(2)永磁风力发电部分包括风力机、永磁同步发电机、AC/DC 变换器及DC/DC 变换器共同组成，风力机带动永磁发电机发电,AC/DC 变换器将永磁发电机输出的三相交流电整流成直流电,控制DC/DC 变换器输出的整流电压，实现风电的MPPT 运行。

(3)无线充电部分包括DC/DC 变换器、DC/AC 高频逆变器、收发线圈及相应调谐电容。光伏微电网发出的电能经DC/DC 变换器、DC/AC 高频逆变器逆变为20kHz 高频电压为无线传输系统发射端供电,谐振式系统将电能高效地传到接收端为下级负荷供电。

(4)车载电池系统包括AC/DC 整流器、DC/DC 变换器和车载电池,AC/DC 整流器将20kHz 高频电压变换成直流,通过DC/DC 变换器实现车载电池的充电控制。

二次部分的控制系统主要包括上层中心控制器和底层控制器。上层中心控制器主要实现对系统运行模式进行判断、选择和底层控制器的选择及参数设置；底层控制器包括蓄电池充放电控制器、永磁风力发电MPPT 控制器、高频逆变器侧直流母线端电压控制器和车载电池充电控制器。在上层中心控制器和底层控制器的协调工作下,风光互补微电网通过无线充电系统为电动汽车充电提供稳定、高效的电能。

二、系统仿真模型建立

为验证所设计控制策略的合理性与可行性,本文使用Matlab/Simulink 软件对图1 所示的风光互补微电网为电动汽车无线充电系统进行了建模仿真。首先在Matlab/Simulik 对系统各部分分别建模,包括：(1)光伏发电单元；（2）巧永磁风力发电单元；(3)无线充电部分；(4)电动汽车车载电池,并对各部分进行控制器设计,在此基础上设计中心控制器,最后对系统进行整体仿真。

(1）光伏发电仿真模型

对一天光照强度进行模拟,设定温度为25oC,,根据德国能源研究所多年的光伏发电数据为依据,得到不同光照下,光伏对应输出的Pmpp-Umpp 数据,建立如图2 所示的仿真模型,光伏单元额定发电功率为lOOkW。

图2 光伏发电仿真模型

(2）风力发电仿真模型

由于本文所选择风力发电系统容量相对于光伏较小,所以通过对光伏的输出功率来有效维持整个系统的功率平衡。永磁风力发电机的仿真模型如图3 所示。

图3 风力发电仿真模型

(3）无线电能传输仿真模型

无线电能传输系统根据车载电池充电要求,将来自直流母线的不稳定的电压通过DC/DC 降压变换器整合成相应稳定电压给发射端供电，经AC/DC 整流器滤波电容C 后为车载电池供电。无线电能传输仿真模型如图4 所示

图4 无线电能传输仿真模型

(4）车载电池仿真模型

车载电池模型如图5 所示，主要包括车载电池和DC/DC 充电控制器,其中蓄电池由192 节电池串联而成，总容量为l00Ah，额定电压为384V，并且本文搭建的模型能够显示电池的充电状态。

图5 车载电池仿真模型

三、系统仿真分析

对风光互补微电网为电动汽车无线充电整体系统仿真结果进行详细分析,表明在所设的分层控制器的控制之下，无论光照、风速、电动汽车的接入数量和功率如何变化，系统均能为电动汽车无线充电和负荷提供稳定、可靠的电能。