英语原文共 13 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
租赁电动自行车充电站的微电网结构设计
摘 要
本文重点开发一个可持续发展的公共摩托车租赁充电站。电动摩托车或电动自行车（均被称为电动自行车）是一种小型电动汽车，主要由电池供电且仅由电动机驱动。该工作提出了一种微电网架构，以开发一种新的租赁电动自行车充电站模型，该模型作为多个节点的充电器的同时，还作为这些车辆的停车场。建立该模型是为了提出一个系统，为租赁公司节省能源，同时减少在高峰时段对公共电网的依赖。分布式发电的使用使系统更耐故障，同时朝着环保和节能技术的未来迈进。
- 介绍
原油等不可再生资源的减少已变得如此严重，因此向可持续能源的过渡已成为法律和政策制定者的优先事项。这导致了分布式发电(DG)等可再生能源技术的研究和开发。然而，由于成本和功率调节的限制，以防止与负载不匹配，直接过渡到完全由分布式发电供应的电动车还不可行。为了弥补这一差距，微电网的概念结合了传统的基于电网的供应、可再生分布式发电能源和存储技术，积极地调节和保持系统[1]中的平衡。微电网提供了一个可靠和高效的替代架构，主要是在城市地区增加小规模可再生能源的渗透率，同时最大限度地降低能源成本[1-3]。
预计未来几年，插电式电动车将成为汽车市场不可或缺的一部分，代表着人类实现低碳汽车的飞跃。目前，大量的汽车制造商生产插电式电动汽车(PEV)，无论是基于电池的电动汽车还是混合动力汽车。据预测，在未来几年内，几乎所有主要汽车制造商都将推出电动车车型[1]。虽然普通消费者对转向电动汽车持怀疑态度，但这种转变为消费者提供了许多好处，比如更低的燃料成本和更低的维护需求，因为普通电动汽车的活动部件大约是传统汽车的十分之一。该政策也影响了消费者对电动汽车的看法，许多公共社区提供了额外的福利，如免费停车、折扣保险和其他购买激励措施，以促进降低车辆的碳足迹。尽管电动车有各种优点，但它们确实给实时电源带来了大量的负担。电动车在充电时会消耗大量电流，这可能会对公共电网产生不利影响。
微电网架构具有创新的潜力，因此大量的学术研究已经深入研究利用它们来优化电动车基础设施。在[13]中提出了一种充电站模型，它允许使用双向交流/直流转换器快速充电（峰值为每时25千瓦时）。其中一种比较流行的方法是在电动车充电站[4-6]中使用太阳能，然而这些模型中的大多数都未能为市场提出一个可行的设计。提高节能和效率的另一个方面是通过车辆对电网战略(V2G)[7]等模型将能源回售给电网。该模型与提前调度等能源管理算法相结合，确保了长期利润。[8]显示了在车辆充电时使用多余能量的类似技术。针对更综合的方法，[9]提出了一种新的并网充电站架构，其中也包括光伏供电。该模型还利用了实时能量管理算法，不断地使用反馈来减少误差。对于更复杂的负载，如整个建筑，需要一种不同的需要多个代理的分层方法，如[10]中提出的一种方法。[13]的研究展示了一种建筑集成的直流微电网，它利用了几种不同的可再生能源，并为未来的住宅提供了一个有远见的建设。许多研究专注于控制电动车在高峰期的充电参数，以减少对电网的压力，如[11]，尽管这些工作在电网电源断开时缺乏对系统的描述。该研究揭示了直流/直流升压转换器，该转换器允许与直流链路兼容。在电动车中最流行的电池技术是锂离子电池。然而，超导磁能等非常规介质[12]的建议为更好的优化提供了空间。用直流总线集成所有这些组件，并且通过电力电子转换器再次使用接口。
虽然电动车的研究重点是电动汽车，但另一个越来越受欢迎的领域是电动两轮车，如电动自行车和电动摩托车。随着大城市交通拥堵的加剧，以及道路变窄和停车位减少的出现，两轮车越来越受欢迎。在印度2019年售出的2627万辆汽车中，80%是两轮车[14]。此外，近年来，基于应用程序的自行车租赁服务在通勤方面越来越受欢迎，而不是购买个人车辆。2019年购买的156万辆新增的电动汽车（不包括电动人力车），其中大部分是电动两轮车。一项对学术界的研究显示了一些为电动两轮车充电的新配置。在[15]中提出的使用场效应晶体管的无线能量传输，被证明是远程摩托车的一种可行充电策略。其他同时期的作品，如[16]，显示了将电动两轮车重新设想为一种新型混合动力汽车的潜力，允许从传统和可再生能源中提供不同的能源供应。在[17]中提出的电动自行车充电站的逻辑控制器设计为更安全地使用公共充电站提供了可能性，尽管建议的射频识别框架在安全方面不太可靠。
本研究旨在通过提出一个基于微电网的电动摩托车/自行车充电站，为这一发展领域做出贡献。该模型旨在利用租赁服务，通过基于充电和停放站的仿真对带有太阳能的电动自行车提供充电通勤服务。在停车时同时向出租的车辆收费，大大节省了燃料成本，也显著减少了温室气体排放。这些特点为本文的新颖之处。本文的其余部分安排如下。第2节介绍了考虑现实世界的约束和趋势来拟建充电站的微电网架构。第3节提供了对所涉及的电气系统的数学概念上的理解。它还详细介绍了使用光伏阵列来利用能源。第4节介绍了仿真的输入数据，并评估了在为该应用程序建模微电网时所观察到的参数。第5节说明了使用MATLAB Simulink得到的仿真结果，并用这些结果对模型进行了评估。第6节总结了拟议的框架的新颖性和贡献。
- 系统描述
该系统基于直流微电网。如图1所示，微电网由一个6千瓦的本地太阳能阵列、30千瓦的太阳能发电场以及公共电网的连接来供电。所有这些组件都是中央直流转换，并连接到充电站，便于电动汽车的电池充电。建议采用微电网方法，而不是使用更商业化的充电站依赖电网模型。微电网方法有助于创建一个低成本、高效和局部弹性的系统，以减少公共电网的负荷，这是国际大都市在高峰时间迫在眉睫的问题。此外，它还确保了系统在主电网停电或意外电气故障时具有应急能力。可靠性提高了租赁机构的运营能力，并改善了对终端用户的不间断的服务。将公共电网降级为该系统的备用而不是主要来源也会引起出售多余能源的可能性。这种架构被称为车辆到电网模型(V2G)，但是为了本文的目的，这项工作还没有扩展到V2G。微电网以多种模式运行，使其运行灵活。微电网架构[18]的建模主要有两种模式。
bull; 混合动力模式
关闭断裂机制以连接到公用事业电网。公用电网配备了所有的馈线，基于分布式发电的微电网为主电网提供了一定的剩余电力。
bull; 孤岛模式
在发生电气故障时，会打开电网断路器，从而阻止公用电网供电。微电网可以独立运行，防止公用电网不可用时切断负载。
图1 微电网体系结构
作为本研究的一部分，这两种模式都在本工作中建模，以确保模型在原型时的可行性。此外，为了进行比较分析，该模型还以并网模式（仅限公共电网）下运行，如图1所示。太阳能被认为是该模型的分布式资源，因为它代表了以下最适合该应用和环境的特征：
- 太阳能在理论上是无限的。
- 比大多数传统的可再生资源具有更高的功率密度。
- 它是一种无污染的资源，不会产生温室效应。
- 它同时适用于大功率和小功率器件。
- 太阳能是免费的（不包括收获设备）。多年来，汽车节省的能源和成本超过了燃料或电网电力。
- 光伏系统的维护水平低，使用寿命长。
- 不要占用太多的地面空间，因为它们可能安装在柱子上的。
- 可用于居民区，因为它们不会对平民产生噪音或障碍。
- 可以在大多数开放地区以显著的速度收集能量。
- 这是印度最大的可再生资源市场。
基于该体系结构的系统原型的商业使用模型如图2所示。用户只需使用智能手机应用程序等数字授权来租用电动自行车一段时间。一旦他们使用过自行车或想要充电，他们可以简单地把它归还给对接站，以检测用户购买的完成情况，并为摩托车充电以备下次使用。总的来说，这种模式给租赁服务带来了巨大的好处，因为电动汽车的燃料成本大大降低，而且该系统只需要最少的人工干预，这也降低了劳动力成本。所生产的光伏电是作为电动自行车充电的主要来源。两个独立的光伏阵列位于不同的地理区域，以最大限度地提高系统的可靠性和可用性。第一个阵列被放置在安装在电动摩托车停靠区上的棚子上，该棚子充当遮蔽物以防止车辆发热，同时也以低传输损耗收集能量。为了防止在局部辐照度低的情况下出现系统故障的可能性，我们使用了另一个太阳能阵列作为从太阳能发电场路由的电源。
图2 原型应用程序模型
- 光伏驱动的电动自行车充电站的数学模型
为了能够构建这种架构，就必须确定控制组成输入组件的数学模型，如光伏阵列和电力电子转换器。在输出端，为了仿真电动汽车（电动自行车）的充电，它们被建模为电池，其参数必须预先计算。也需要确定他们的充电方程，如电压和电池电荷状态(SOC)来评估模型的性能。
- 光伏阵列
在该模型中，太阳能功率是通过输入辐照度（包括光束和漫射辐射）以及环境温度来确定的。为了计算电池表面吸收的太阳辐射S，必须测量入射辐射、空气质量和入射角。有了这些参数，就可以使用公式1计算出太阳能(S)。
(1)
这里M是空气质量调节器，tau;alpha;是被吸收板吸收的分数。G给出了辐射(下标表示辐射是光束(b)、漫射(d)还是地面(rho;g)。beta;是埃斯屈朗浑浊度系数，Rb是平面上的光束辐射与水平面上的束辐射之比。太阳能功率S以W/m2为测量。
影响光伏阵列建模和输出的另一个因素是温度。虽然人们可能认为热量增加了太阳能电池接收到的太阳能量，但可以收集的太阳能取决于辐照度。然而，这并不意味着热量或温度不会影响温度。在式2中给出的太阳能电池的效率ŋs，将突出这一关系。这里Imax表示最大电流，Vmax表示最大电压。
(2)
当温度升高时，电流增加，电压会降低。随着电压的降低快于电流的增加，整体效率就会降低。因此，功率输出可以表示为公式3所示的一个函数。
(3)
这里Tmod表示由式4中的关系给出的模块温度。参数kT定义了该位置的清晰度指数。Tair表示空气温度，G表示总入射辐射。
(4)
电池(P)的功率输出可以用公式5计算出来。Pnom 是峰值功率，单位为千瓦时。
(5)
- 微电网用电力电子转换器
在与基于光伏阵列的系统连接到负载或电网时，DC-DC转换器是必不可少的。转换器允许操纵输出电压，以满足所需的负载或电网的所需的电平。考虑到该模型的功能，需要为每个光伏阵列配备一个升压转换器，以便将电压提升到电动汽车负载的所需水平。计算功率级和组件规格所需的参数如下[19]：
1.：标称输出电压
2．：输入电压范围
3．：最大输出电流
4. ：变频器的最小开关频率
为了确定电感的值，变换器的占空比(D)必须使用公式6来计算，其中ŋc表示变换器的效率。
(6)
由占空比决定的开关电流驱动开关，该开关通常是IGBT或MOSFET。开关电流的计算详见等式7。
(7)
表示电感器的纹波电流。有了这些参数，就可以用公式8计算出电感(L)。
(8)
类似地，从数据表中确定输入电容值。该值保持在最小值，以便使开关电源的输入电压保持稳定。在输出电容的情况下，它被用于达到所需的输出纹波电压水平。公式9可以计算这个电容[19]。
(9)
- 电动汽车建模
就这项工作而言，主要的兴趣在于电动车或者更具体地说是电动摩托车的充电行为。这就是为什么我们可以只对汽车的电池子系统进行建模。在考虑电池时，最重要的方面是选择所需的电池化学成分。在大多数电动汽车中，使用锂离子电池，并且本文将使用相同的电池化学成分。
之所以选择锂离子电池，是因为它们与备用可充电电池相比，它们具有最高的库仑效率(CE)值（gt;99%）。CE是指电子在电池中传输的电荷效率，是指在一个完整的循环中从电池中获得的总电荷与给予电池的总电荷之比 [20]。可用电池容量的特征是由电池的电池荷电状态定义为公式10中所示的剩余容量与完全充电容量的比值。
(10) 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[588791]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
