非接触式充电站的光伏阵列供电电动汽车和混合动力汽车电池的智能控制模型

可在www.sciencedirect.com上在线ScienceDirect电气系统与信息技术学报5（2018）271一个通用的软件包，用于建模一个非接触式电动汽车电池充电公共站从电网光生伏打阵列Essamudin A. Ebrahim电子研究所（ERI）电力电子和能源转换部，El-tahrir Street，12622 Dokki，开罗，埃及接收日期：2015年11月4日;接收日期：2018年3月25日;接受日期：2018年4月9日在线发售2018年摘要由于环境问题和油价上涨，混合动力电动车辆（HEV）和电动车辆（EV）的开发和商业化正在积极但是，电动汽车技术与电池面临着许多问题，到目前为止。最重要的问题之一是从清洁可靠的电源快速充电因此，这项研究提出了一种方便的方法来充电的电动汽车和混合动力汽车的电池从一个整洁的电源。介绍了一种利用并网光伏阵列供电的公共离车充电站。建议的100千瓦的非接触式充电站建模，并模拟。 它包括两个主要部分：站侧（静止）部分和EV（移动）部分。第一部分包括光伏板、最大功率点跟踪（MPPT）变换器、并网三电平接口逆变器和高频补偿谐振变换器。另一部分由整流器、开关模式功率转换器和电池充电控制器组成电感耦合功率（ICP）通过具有大气隙的空心Transformer（ACT）从站传输到电池。其初级绕组放置在车站地面上，次级绕组位于EV中。ACT的建模实现了几个要求，例如气隙，具有良好的未对准公差，重量轻，耐用和成本效益尽可能。针对最大功率点跟踪、接口并网逆变器和蓄电池充电变换器提出了智能和智能控制器使用Simulink/m文件软件包帮助建模的电池充电公共站的仿真结果© 2018 电 子 研 究 所 （ ERI ） 。 Elsevier B. V. 制 作 和 托 管 这 是 CC BY-NC-ND 许 可 证 下 的 开 放 获 取 文 章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。关键词：非接触式充电器;电感耦合电能传输（ICPT）;空心Transformer（ACT）;光伏（PV）;最大功率点跟踪（MPPT）电子邮件地址：essamudin@eri.sci.eg电子研究所（ERI）负责同行评审https://doi.org/10.1016/j.jesit.2018.04.0012314-7172/© 2018电子研究所（ERI）。Elsevier B. V.制作和托管这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。272E.A. Ebrahim/电气系统和信息技术杂志5（2018）2711. 介绍已经进行了若干努力来开发利用环境友好的动力源来替代传统内燃机（ICE）的车辆电动车辆（EV）和燃料电池电动车辆（FCEV）通常被提议在不久的将来取代这些传统车辆。如通常所认识到的，与ICE相比，EV可以实现更高的能量转换效率、电机再生制动能力、更少的局部废气排放以及更少的噪声和振动动力电池在电动汽车和混合动力汽车（HEV）的发展中具有重要作用。这些电池的充电过程需要快速、安全、简单和低成本。大多数情况下，充电过程是通过使用户外插入式电源通过大电缆实现的。接触式充电系统给车主带来了极大的不便和安全隐患电感耦合功率传输（ICPT）非接触式充电系统通过在弱磁耦合器上传输充电能量来引入针对安全危险和不便问题的迫切解决方案（Wang等人，2005;Sallán等人，2009;Villa等人， 2009年）。在过去的十年中，已经研究了ICPT的几个方面，例如磁耦合器设计技术，补偿拓扑结构，控制方法，异物检测算法和辐射安全问题（Tabari和Yazdani，2014; Kim和Kang，2015; Janghorban等人， 2014年）。此外，ICPT充电站最重要的考虑因素之一是主电源应该是环保的。高质量的光伏电池----作为一种可再生能源----现在可以以可接受的价格买到（Ebrahim，2015年）。 一些研究-如Miskovski和Williamson（2013年）-提出了一个100千瓦的公共电站，由光伏电源供电-具有存储元件-仅用于部分充电（30%），所需功率的（10%）由光伏阵列提供。该系统使用非常庞大且昂贵的电池组存储器作为公共充电站中的存储元件。另外，在Halder（2011）中，作者提出了太阳能光伏板（SPV）馈电电池的充电控制器但在Robalino等人（2009年）中，作者提出了一种太阳能充电电动和燃料电池汽车的停靠站设计。这项研究的目的是为制造商和消费者提供一种替代办法，以鼓励在运输中使用清洁能源系统如上所述，这些研究中的大多数都引入了具有有限或某些应用的模拟或因此，本文介绍了一个软件包的建模，并从并网光伏阵列供电的电池充电站的仿真。提出了两种主要的电源：主电网和没有任何存储元件的光伏阵列。该软件包包括光伏阵列的建模及其MPPT算法，其升压转换器与建议的智能控制和三电平逆变器之间的主电网和光伏阵列互连。此外，本研究还对一个具有串联补偿的高频谐振变换器进行了建模与仿真。此外，Matlab/m-file软件包包括设计非接触式感应耦合电能传输（ICPT）所需的空心Transformer（ACT）该系统还使用一个降压转换器作为电池充电控制器与细菌觅食优化PI（BFO-PI）调整。该套件用于为本田EV的四个锂离子电池充电，以测试该站的容量和效率。2. 用于电动汽车公共充电站的ICPT-PV拟建的100-KW ICPT-PV公共充电站包括两个主要部分（如图所示）。 1）：车站侧及EV区间。电站的容量取决于其额定功率和几种EV电池类型。大多数类型的电池车辆的平均额定功率约为20 kWh。EV侧包括具有谐振串联补偿的ACT的次级绕组、具有平滑电容器的不受控桥式整流器、降压转换器（作为开关模式）以通过其智能控制来3. 主（站）侧一次侧由光伏阵列组成，作为一种清洁的可再生能源，其最大功率点跟踪（MPPT）控制算法包括升压转换器、用于与光伏阵列接口的具有双向3电平逆变器的主电网、具有串联补偿的高频谐振转换器和空心Transformer（ACT）的初级绕组。E.A. Ebrahim/电气系统和信息技术杂志5（2018）271273R××IirrIo eNKTRp−⎢NpNsnkT⎥+I（Ns）Rp一一 NSFig. 1.建议ICPT系统的电池充电从光伏阵列馈电。3.1. 基于MPPT算法光伏电池、模块和阵列的数学模型从Ebrahim（2015）获得如下：总电池电流可以计算为：=−100。 q（V +IRs）− 1− V +IRs（一）总模块电流也可以计算为：- 是的q（VM+IMNs R s）IM= Iirr− IoeNsnkTM+IM Ns RsNsRp相应地，光伏阵列的总电流为：- 是的Q.VA+IANsRsIA=NpIirr−Ioe−1−NsNpp（三）其中，I、IM、IA：电池、模块、阵列电流（A）Iirr：辐照度或光电流（A）Io：二极管饱和电流（A）V，VM，VA：电池、模块和阵列电压（V）q= 1.6 10−19 CK= Boltizmannconstant = 1.3806503 10−23 J/KRs、Rp：串联和并联电阻（▲）Ns Np：串联和并联电池T：电池的温度（K）我-1（二）V274E.A. Ebrahim/电气系统和信息技术杂志5（2018）271.Σ64岁2×=十万305−.Σ图二. V–I and V–P characteristics for (a) one module and (b) for the PV拟建电站白天由并网100千瓦光伏阵列完全供电，没有任何储能元件，夜间由主电网供电。因此，串联和并联模块的数量可以计算如下。所需的总功率= 100 kW，总输出PV阵列电压= 300 V，如果SunPower模块（SPR- 305）类型（Giroux等人，2012;MathworkCorporation，2012），其特性如下：开路电压：Voc= 64.2 V，短路电流：Ioc= 5.96 A，最大功率下的电压和电流：VMPP= 54.7 V，IMPP= 5.58 A，Ns=300=4。6=5个模块，则光伏阵列的直流输出端电压为320V。每个模块产生的最大功率=（54.7×5.58）W=305W，取决于所需的模块总数可以得到：=327个模块=Ns×Np，则总并行模块可以被给定为：（327/5）n=66模块，则模块的总数为（66× 5 = 330），并且依赖地，可以重新计算最大功率公式为：PMPP=（330× 305）/1000 = 100.65kW。如果一个模块的尺寸为（1.559 m× 1.046 m = 1.63 m2（Anon，2018）），则车站屋顶所需的总表面积应为（1.63 330< $538 m2），模块可以在车站的屋顶上成排成列地布置。然而，一个模块和PV阵列的3.2. 基于Boost变换器的最大功率点跟踪算法有几种方法被提出来实现MPPT（Esram和Chapman，2007）。电导增量法（IC）是一种最常用、最简单的方法该方法基于PV的功率斜率在MPP（dP/dV = 0）处为零，左侧为正，右侧为负的事实，如图2（a和b）所示。由于这种情况，MPP可以在阵列电导的增量方面找到 利用（4）可以找到（5a）、（5b）和（5c）所示的IC条件。VA（Vd（VA.IA）=dVAdIAVA+VAdV=error（4）而AA.V.AIA= −VA（五）或 IAA.V.A公司简介（5b）一E.A. Ebrahim/电气系统和信息技术杂志5（2018）271275−- 是的V图三. Matlab/Simulink MPPT算法与升压转换器脉冲生成。图四、具有MPPT变换器和逆变器组的并网光伏阵列的建模或IAA.V.A

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