摘 要

汽车领域的发展是社会发展的一项重大成果，也是经济发展巨大助力。但其同时也给社会带来了许许多多的重大问题，其中环境问题首当其冲。清洁交通工具电动汽车取代传统汽车，能够在一定程度上极大地缓解这一日益深刻的矛盾，是解决当前问题的一个重要途径。而分布式光伏电源则是当前世界的一大发展趋势。电动汽车充电站不仅为电动汽车提供能量，同时作为电动汽车与电网的接口。合理地规划与系统地建设电动汽车充电站是推动电动汽车产业发展关键。

在此背景下，本文首先对电动汽车国内外的发展现状进行调研，确定了电动汽车充电站规模化建设的必要性，讨论了在带有光伏电源的情况下电动汽车充电站的设计方案，并对其合理性进行了分析。其次对光伏式的电动汽车充电站进行了初步的整体设计，包括其电气主接线与储能电池及光伏电源的容量计算。然后从多个角度对光伏电源进行了建模与仿真，包括不同光照与不同温度下光伏阵列的I-V曲线与P-V曲线，并分析了光伏阵列的最大功率点跟踪与并网过程。最后对电动汽车充电机及其接入电网时的谐波问题进行了建模与仿真，讨论充电机的工作特性，分析了谐波产生的情况。

关键词：电动汽车，充电站，光伏电源，谐波分析

Abstract

The development of automotive field is an important achievement in social development, and huge impetus to economical development. But at same time, it also brings many problems, in which the environmental problem stands in the breach. The clean traffic electric vehicle can release the contradiction in place of traditional car, which is an important way to solve the problem. And distributed photovoltaic power supply is a main tendency in the world today. The EV charge station can not only supply power to EV, but also act as the connector between EV and grid. The reasonable planning and systematic construction of the EV charge station is the key to push the development of electric vehicle.

Under the background the thesis first research on the current development of electric vehicles and confirm the necessity of EV charging station; discuss the design scheme of EV charging stations with photovoltaic power and analysis the rationality. Second the charging station with photovoltaic power is preliminary designed with the main electrical connection and the capacity calculation of the energy storage battery and the photovoltaic power. Then Research the operating principle and mathematical model, and simulate in the MATLAB/Simulink, get the I-V and P-V curves under different light intensity and temperature, and analysis the Maximum Power Point Tracking and the grid-connection process of PV array. Finally the electrical vehicle charger and the process connected to the grid are modeled and simulated, discuss the operating character and analysis the harmonic.

Key words: electric vehicle, charging station, photovoltaic power source, harmonic current analysis

目 录

第一章 绪论 1

1.1 背景与意义 1

1.1.1 电动汽车的发展历程 1

1.1.2 电动汽车的国内外发展现状 1

1.1.3 太阳能资源状况 2

1.1.4 太阳能发电的国内外发展现状 3

1.1.5 含有光伏电源的电动汽车充电站建设的意义 4

1.2 本文所做工作 4

1.2.1 基本内容与目标 5

1.2.2 技术方案与措施 5

第二章 电动汽车充电站设计 6

2.1 光伏式的充电站交流配电系统设计 6

2.1.1 独立光伏电源供电的配电系统设计 6

2.1.2 光伏电源并网运行的配电系统设计 7

2.2 充电站直流系统设计 7

2.3 充电站储能电池工作原理及容量计算 8

2.3.1 储能电池工作原理 8

2.3.2 铅酸电池充电方法 9

2.3.3 储能储能电池容量计算 10

2.4 充电站光伏电源容量计算 11

2.4.1 充电站系统容量需求计算 11

2.4.2 充电站采用独立光伏电源供电方案容量 11

2.4.3 充电站采用光伏电源并网方案容量 12

第三章 光伏发电仿真研究 14

3.1 光伏电池 14

3.1.1 光伏电池种类 14

3.1.2 光伏电池等效模型 14

3.1.3 光伏电池单元建模与仿真 15

3.1.4 光伏阵列建模与仿真 18

3.2 最大功率点跟踪技术 21

3.2.1 MPPT基本原理 22

3.2.2 恒定电压法 23

3.2.3 扰动观测法 23

3.2.4 最大功率点跟踪建模与仿真 25

3.3 光伏电源并网运行 26

3.3.1 光伏逆变器拓扑结构 26

3.3.2 光伏并网建模与仿真 28

3.3.3 LC滤波器参数设置 31

第四章 电动汽车充电机建模与仿真研究 33

4.1 电动汽车充电机分类 33

4.2 电动汽车充电机结构及工作原理 33

4.3 充电机模型与仿真 34

4.3.1 充电机模型 34

4.3.2 充电机等效模型 35

第五章 充电站入网谐波分析 38

5.1 充电站产生的谐波及其危害 38

5.2 谐波特性分析 38

5.3 充电站建模 40

5.4 充电站谐波仿真 40

5.4.1 单台运行 40

5.4.2 多台同时运行 41

第六章 总结与展望 43

参考文献 44

致谢 46

第一章 绪论

1.1 背景与意义

1.1.1 电动汽车的发展历程

随着我国经济社会发展水平不断提高，汽车保有量持续上升。在全球的环境问题与能源危机愈发严峻的情况下，电动汽车作为一种具有无污染、多样化配置能源等优势的新型交通工具，近年来已经在国内外引起了广泛的关注，并取得了快速的发展^[1]。

电动汽车的发展史上大体上有三个较快发展的阶段：