電動(dòng)汽車直流快速充電站的故障分析與保護(hù)研究.pdf

1、充電站是電動(dòng)汽車的配套服務(wù)設(shè)施，其建設(shè)與發(fā)展水平對(duì)于電動(dòng)汽車規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程至關(guān)重要。不同于其他分散布置的充電設(shè)施，充電站的規(guī)劃運(yùn)營(yíng)更受限于用戶充電行為習(xí)慣等因素，因此，大功率快速充電方式更加適合這種集中充電場(chǎng)所。相比于交流供電方式的充電站，直流（型）快速充電站具有電能變換等級(jí)少、便于光伏和儲(chǔ)能直流型分布式電源接入等優(yōu)勢(shì)，成為了近年來(lái)的關(guān)注熱點(diǎn)。關(guān)于直流充電站的研究仍處于初步階段，缺乏有效的保護(hù)解決方案是目前限制直流快速充電站推廣應(yīng)

2、用的主要屏障之一，亟需開(kāi)展相關(guān)研究。本文從故障傳播特性、故障特征分析、保護(hù)方法方案三個(gè)層面逐步深入，研究直流充電站的故障特性及相應(yīng)保護(hù)方法，以期為直流快速充電站的保護(hù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供參考依據(jù)和理論支撐。作為故障分析和保護(hù)研究的基礎(chǔ)，首先研究直流充電站的構(gòu)成與建模。依據(jù)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備組成，對(duì)交流電源、入網(wǎng)換流器、直流充電機(jī)和汽車電池負(fù)荷的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略進(jìn)行了深入分析。參照現(xiàn)有充電站的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，基于Simulink平臺(tái)搭建了直流充電站的電磁

3、暫態(tài)模型，通過(guò)仿真對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行特性和模型控制方式進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。AC/DC入網(wǎng)換流器是充電站和交流側(cè)配網(wǎng)之間的接口，其故障響應(yīng)對(duì)系統(tǒng)交直流側(cè)之間的故障傳播特性起著決定性作用。針對(duì)直流側(cè)和交流側(cè)可能的不同故障類型，計(jì)及換流器自身保護(hù)動(dòng)作，分析了系統(tǒng)不同階段下的等效故障回路，理論推導(dǎo)了交直流側(cè)故障電壓電流的響應(yīng)特性，并結(jié)合仿真驗(yàn)證了理論分析的正確性。此外，相應(yīng)討論了直流側(cè)故障電阻和換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)于故障暫態(tài)過(guò)程及電壓電流特性的影響，從而歸納總結(jié)

4、了充電站交直流側(cè)之間的故障傳播特性。
　　本文針對(duì)充電站直流系統(tǒng)的故障特征進(jìn)行了分析，從直流側(cè)的故障類型和分區(qū)入手，在充電機(jī)DC/DC變換器極間故障特性的研究基礎(chǔ)上，全面地分析了直流側(cè)極間故障的各個(gè)故障電流回路構(gòu)成，掌握了不同支路的故障電流特征及其相互之間的關(guān)系。進(jìn)一步地，根據(jù)故障類型、故障位置和負(fù)載水平的不同對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行了精確細(xì)分，通過(guò)大量的不同場(chǎng)景仿真對(duì)比分析了交流側(cè)與直流側(cè)各保護(hù)測(cè)量位置上的電壓電流響應(yīng)特征。基于所提取的充電站

5、故障特征量，討論歸納了保護(hù)動(dòng)作時(shí)限要求、故障電阻的影響、充電站運(yùn)行狀態(tài)的影響以及保護(hù)可用的電壓判據(jù)和電流判據(jù)。基于上述分析，研究提出適用于直流充電站的保護(hù)方法及配置方案。首先，明確了當(dāng)前充電站直流供電方式下保護(hù)所面臨的快速性和選擇性問(wèn)題。為緩解保護(hù)“快速性”的問(wèn)題，采用基于電容直流斷路器的限流方法對(duì)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間要求進(jìn)行寬限延長(zhǎng)，仿真分析了該方法的限流效果及其應(yīng)用在充電站中所存在的問(wèn)題。為解決保護(hù)“選擇性”的問(wèn)題，結(jié)合上述限流措施，提出了