電動汽車負荷虛擬同步機參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的充放電策略與實現(xiàn)

李秉宇， 杜旭浩， 曾四鳴， 尹利科， 芮月晨， 肖國春

(1. 國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學研究院， 河北 石家莊 050021； 2. 河北拓樸建筑設計有限公司，河北 石家莊 050000；3. 西安交通大學電氣工程學院， 陜西 西安 710048)

1 引言

近年來，由于清潔環(huán)保的優(yōu)勢，電動汽車(Electric Vehicles, EV)引起了廣泛的關注。按照充電速度劃分，EV有慢速充電和快速充電兩種充電模式，且目前已有相關的EV 充電標準，例如SAE J1772[1]。慢速充電可以在不需要配電網(wǎng)大容量的情況下對EV 進行充電，但是通常需要6～8 h才能為完全耗盡的標準EV 電池充滿電。因此，快速充電更被用戶所青睞，僅需30 min即可從耗盡狀態(tài)充電到電池容量的80%[2]。另一方面，EV連接到電網(wǎng)的隨機性使電網(wǎng)的規(guī)劃和運營變得困難。并且，相較于慢速充電，快速充電需要電網(wǎng)提供更大容量的功率，給電網(wǎng)的穩(wěn)定運行帶來了更多壓力[3]。

虛擬同步機(Virtual Synchronous Machine，VSM)控制通過電力電子裝置模擬同步電機，為電力系統(tǒng)提供慣量和阻尼支撐，是一種解決大量電力電子裝置接入電力系統(tǒng)，造成穩(wěn)定性問題的有效解決途徑。VSM分為虛擬同步發(fā)電機(Virtual Synchronous Generator, VSG)和負荷虛擬同步機(Load-side Virtual Synchronous Machine, LVSM)。VSG主要應用于新能源發(fā)電中[4，5]，包括風電VSG和光伏VSG。LVSM包括采用VSM技術的各類用電設備，例如含整流器的EV充電樁、變頻設備和電子產(chǎn)品等[6]。LVSM控制可以使整流器根據(jù)電網(wǎng)頻率和電壓實時調(diào)整負荷功率，實現(xiàn)網(wǎng)-荷動態(tài)平衡。

將LVSM策略應用于整流器的控制中，使EV與電網(wǎng)具有網(wǎng)-荷互動的功能，通過虛擬慣性和阻尼提高電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定性，可以減輕EV負荷對電網(wǎng)的影響。文獻[7]提出了一種基于電流型負荷虛擬同步機的交流接口控制策略，對恒定電壓(Constant Voltage, CV)充電模式下EV負荷增加的工況進行了分析，驗證了虛擬慣性和阻尼可以實現(xiàn)柔性緩沖的功能，但缺少對恒定電流(Constant Current, CC)模式的分析，并且將EV負荷作為電阻負載進行分析，這與EV負荷的實際特性不符?；贚VSM的EV充放電方法，文獻[8]中討論了EV參與微電網(wǎng)的調(diào)頻策略，本質(zhì)上是根據(jù)微電網(wǎng)的頻率對EV負荷充電功率指令進行調(diào)整，從而提升微電網(wǎng)的穩(wěn)定性；文獻[9]中提出了一種自主降額運行的LVSM控制方法，減輕LVSM接入對電網(wǎng)頻率的影響，但考慮的是無窮大電網(wǎng)，并用LVSM的虛擬頻率代替電網(wǎng)頻率分析，這并不是一種與電網(wǎng)頻率實時交互的控制策略；文獻[10]中提出了一種根據(jù)電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)PWM整流器直流側電壓的網(wǎng)荷互動方法，但通常直流母線電壓是不變的，且直流母線電壓頻繁波動會引起母線儲能電容器發(fā)熱。

EV作為有源負荷，還可以提供EV入網(wǎng)(Vehicle to Grid, V2G)服務，通過EV電池儲能改善電力系統(tǒng)的運行特性[11]。文獻[12]提出了一種基于單級式EV充電拓撲實現(xiàn)V2G功能的控制結構，實現(xiàn)了電網(wǎng)和EV之間的雙向功率流動；文獻[13]將VSM技術運用到單相單級式家用EV電池充電器的控制中，以提供更高質(zhì)量的V2G服務，但該技術在三相兩級式公共EV電池充電站中的可行性還有待研究。

本文在電壓控制型LVSM的基礎上，提出了一種后級DC-DC電動汽車充電變流器與電網(wǎng)頻率實時交互的電動汽車快速充放電控制策略和實現(xiàn)方法，在CC充電、CV充電和CC放電模式均能夠根據(jù)電網(wǎng)頻率的變化實時調(diào)整EV的充放電功率，有助于電網(wǎng)頻率的恢復。而在LVSM虛擬慣性和阻尼的作用下，電網(wǎng)頻率的變化率得到了有效衰減，電網(wǎng)頻率的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定性均得到了提高。本文采用VSG模擬電網(wǎng)，通過本地負荷的變化影響電網(wǎng)頻率，更加真實地反映了電網(wǎng)頻率的變化過程。通過仿真，分析了采用本文所提控制策略前后電網(wǎng)頻率隨本地負荷變化的情況，驗證了該策略和實現(xiàn)方法穩(wěn)定電網(wǎng)頻率的正確性和有效性。

2 電動汽車充放電控制策略

頻率是衡量電能質(zhì)量的一個重要指標，電力系統(tǒng)中頻率的變化主要是由發(fā)電機損耗或負載增減引起的，而3%～5%的負載變化會對電力系統(tǒng)造成很大的干擾[14]。為研究電動汽車負荷接入對電網(wǎng)的影響，本文考慮用VSG模擬電網(wǎng)，通過本地負載的增減來影響電網(wǎng)頻率，相比于直接設定電網(wǎng)頻率降低的方式，能夠更加真實反映電網(wǎng)頻率的變化過程。

2.1 系統(tǒng)模型

圖1 系統(tǒng)拓撲及控制結構

(1)

式中，Kω為一次調(diào)頻系數(shù)；ωg為VSG的角頻率；ω0為額定角頻率，ω0=100π rad/s。

圖2 VSG控制框圖

圖2的下半部分是對同步發(fā)電機轉矩方程的模擬。

(2)

式中，Tmg為VSG輸入的機械轉矩；Teg為VSG輸出的電磁轉矩；Dg′為VSG的阻尼系數(shù)；Jg為VSG的轉動慣量。

考慮到機械功率Pmg=ωgTmg，電磁功率Peg=ωgTeg，并將式(1)代入式(2)中，得到：

(3)

式中，Dg=Dg′ +Kω/ωg。式(3)表明電網(wǎng)一次調(diào)頻系數(shù)Kω和阻尼系數(shù)Dg′可以合并為阻尼下垂系數(shù)Dg，考慮ωg≈ω0，有Dg≈Dg′ +Kω/ω0，即這兩個環(huán)節(jié)在功能上相同，后續(xù)將采用Dg進行分析。

圖3 LVSM控制框圖

圖3的下半部分是對同步電動機轉矩方程的模擬。

(4)

式中，Te為LVSM輸出的電磁功率；Tm為LVSM的機械功率指令；D為LVSM的阻尼系數(shù)；J為LVSM的轉動慣量。

基于LVSM的AC-DC變流器控制用于提供恒定的直流母線電壓，并使電動汽車負荷與電網(wǎng)在互動的過程中具備慣性和阻尼。

由于頻率同步機制的存在，電網(wǎng)中的同步發(fā)電機電源和同步電動機負荷能夠根據(jù)電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)自身的功率：當電網(wǎng)頻率升高，輸出或消耗的有功功率減少；當電網(wǎng)頻率降低，輸出或消耗的有功功率增加。借鑒這一運行經(jīng)驗，基于LVSM控制的EV負荷在理論上也具有一定的需求側響應能力。但由于直流母線電壓控制回路的存在，當電網(wǎng)頻率發(fā)生變化時，僅依靠前級AC-DC變流器控制無法實現(xiàn)充放電功率的動態(tài)調(diào)節(jié)。

圖1中，后級DC-DC變流器基于雙向Buck-Boost拓撲，用于實現(xiàn)EV充放電功率的控制和模式的切換，d為后級DC-DC變流器的占空比。在通常采用的CC/CV充電模式中，先通過CC模式充電至預定的電壓，此時電池的荷電狀態(tài)(State of Charge,SOC)達到80%左右；然后進入CV模式，逐漸減小充電電流直至電量充滿[15]。整個充電過程中充電電流Ibat和電池電壓Vbat的變化情況如圖4所示，電池電壓建立后，在很長一段時間內(nèi)基本保持不變。

圖4 CC/CV充電模式下的充電電流和電池電壓

2.2 網(wǎng)荷互動的充放電策略

當電力系統(tǒng)中負荷功率增加導致發(fā)電機出力與負荷功率不平衡時，系統(tǒng)頻率發(fā)生變化。雖然調(diào)速器具有一定的頻率恢復功能，但當僅依靠一次調(diào)頻的作用已不能使頻率保持在正常工作區(qū)域內(nèi)時，需要采取“低頻減負荷”等措施維持系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

通過改變傳統(tǒng)DC-DC變流器的控制方式，使EV負荷與電網(wǎng)之間建立互動機制，可以變傳統(tǒng)的“切負荷”為實時的動態(tài)充放電功率調(diào)節(jié)，使電網(wǎng)頻率具有一定的自愈功能。本文所提出的具有網(wǎng)荷互動功能的DC-DC變流器控制框圖如圖5所示。

圖5 DC-DC變流器控制框圖

圖5中，vsabc為采樣到的三相本地負載電壓，通過鎖相環(huán)得到本地負載角頻率ωl，ωl≈ωg，ωl與額定角頻率ω0的差值Δωl為網(wǎng)荷互動所需的信息。死區(qū)控制器可以設置網(wǎng)荷互動的條件，當|Δωl|未超過允許的角頻率變化量Δωl(max)時，互動模式選擇模塊中的開關與中間位置接通，EV負荷與電網(wǎng)之間沒有互動，避免了電池充電狀態(tài)的頻繁變化，有助于延長電池壽命。

3 參數(shù)的選取和設計

互聯(lián)系統(tǒng)的主要參數(shù)見表1。

表1 系統(tǒng)主要參數(shù)

3.1 模擬電網(wǎng)參數(shù)選取

設模擬電網(wǎng)容量Sg為100 kV·A，同步電機的慣性常數(shù)通常在2～10 s的范圍內(nèi)[16]，取VSG的慣性常數(shù)Hg=2 s。轉動慣量與慣性常數(shù)的關系為：

(5)

由式(5)計算得到Jg=4.05 kg·m2。實際中，電網(wǎng)的轉動慣量遠大于LVSM的轉動慣量。

阻尼下垂系數(shù)除了決定VSG的阻尼外，還會影響VSG在本地負載變化后頻率的穩(wěn)態(tài)工作點，通常根據(jù)100%的有功功率變化對應于n%電網(wǎng)頻率的變化來設計。

(6)

參考輸電網(wǎng)技術規(guī)范EN 50438，要求100%的有功功率變化對應于2%電網(wǎng)頻率的變化[17]，由式(6)計算得到Dg=50.66 W·s2/rad2。

3.2 電池參數(shù)選取

根據(jù)SAE J1772，用于EV快速充電的接口通常有50 kW和100 kW兩種功率等級，后級DC-DC電池充電變流器輸出的直流電壓范圍在208～600 V[1]。本文選用50 kW的快充接口，額定充電電流Ibat(nom)=125 A。

準確的電池模型對于通過EV 充放電過程的分析至關重要，文獻[18]中提出了用SOC、端電壓、開路電壓、內(nèi)阻和放電電流來描述電池電化學行為的模型。模型參數(shù)通過放電曲線計算，并假定充電過程中參數(shù)相同。該電池模型計算數(shù)據(jù)與實際電池數(shù)據(jù)比較的結果表明，該模型具有90%的準確度。本文擬采用文獻[18]中介紹的模型，電池參數(shù)見表2。

表2 電池參數(shù)

本文所采用的電池在額定放電電流下的放電曲線如圖6所示。圖6中包含指數(shù)區(qū)域、額定區(qū)域和建立區(qū)域。電池從完全放電的狀態(tài)下開始充電時，首先CC充電至接近額定區(qū)域的末端(SOC≈80%)，然后進行CV充電，充電電流不斷減小。

圖6 電池恒流放電曲線

3.3 LVSM參數(shù)設計

(7)

電網(wǎng)向LVSM傳輸?shù)挠泄β试谥绷鱾缺幌模遗cLVSM相比，DC-DC變流器的響應速度快得多，因此在LVSM控制下可以認為Ibat能夠?qū)χ噶钪礗bat*進行實時跟蹤，則LVSM消耗的有功功率Pe為：

(8)

根據(jù)雙向功率傳輸原理[19]，由PCC流向LVSM的有功功率還可表示為：

(9)

式中，El為LVSM內(nèi)電勢有效值；Vs為本地負載電壓有效值；濾波電抗Xs=ω0Ls。

對式(4)、式(7)～式(9)進行小信號分析，可得兩級式電動汽車充電系統(tǒng)在本地負載頻率擾動下的小信號模型，如圖7所示。由圖7可知，有功功率回路的環(huán)路增益為：

圖7 充電系統(tǒng)在本地負載頻率擾動下的模型

(10)

式中，ζp和ωpn分別為有功功率回路的阻尼比和自由振蕩角頻率。

式(10)與典型Ⅰ系統(tǒng)參數(shù)對應，且在有功功率回路的開環(huán)截止角頻率ωpc處Tp(s)的幅值為1，因此：

(11)

通常設計ζp=0.707，即二階系統(tǒng)最佳阻尼比。在選定ωpc后，即可得到J和D，完成有功功率回路的設計。文獻[20]中指出，將ωpc設計在遠小于2倍工頻處，可以抑制瞬時有功功率脈動。當fpc=ωpc/(2π)=8.7 Hz時，由式(11)得到J=0.1 kg·m2、D=12 W·s2/rad2；當fpc=ωpc/(2π)=3.9 Hz時，得到J=0.5 kg·m2、D=27 W·s2/rad2。

由圖7可知，直流側電壓回路環(huán)路增益為：

(12)

當J=0.1 kg·m2、D=12 W·s2/rad2時，取Kp=80 W/V、Ki=300 W/(V·s)，Tvdc(s)的頻率特性如圖8所示，開環(huán)截止頻率fvdcc=ωvdcc/(2π)=1.9 Hz，相角裕度γ=61.1°，幅值裕度Gm=19.9 dB。將這組LVSM參數(shù)命名為參數(shù)1。

圖8 LVSM直流側電壓回路的頻率特性(參數(shù)1)

當J=0.5 kg·m2、D=27 W·s2/rad2時，為保證良好的控制性能，調(diào)整Kp=60 W/V、Ki=100 W/(V·s)，此時相角裕度γ=60.3°，幅值裕度Gm=15.4 dB。將這組LVSM參數(shù)命名為參數(shù)2。

3.4 DC-DC變流器網(wǎng)荷互動參數(shù)設計

CC充電時，充電電流調(diào)節(jié)系數(shù)Kibat反映了充電電流隨電網(wǎng)頻率變化的波動程度，若電網(wǎng)頻率下降ni%時，LVSM不再從電網(wǎng)吸收有功，則Kibat為：

(13)

取ni=2，由式(13)得到Kibat=19.89 A·s/rad。

CV充電時，電池電壓過高不利于系統(tǒng)的安全運行，電池電壓過低會導致反向放電。因此，考慮CV充電模式下電池電壓允許的變化范圍為ΔVbat。設電網(wǎng)頻率下降nv%時，LVSM電池電壓達到最大允許跌落量，則Kvbat為：

(14)

取nv=2，ΔVbat=10 V，由式(14)計算得到Kvbat=1.59 V·s/rad。

根據(jù)電力系統(tǒng)正常運行的頻率范圍來確定死區(qū)控制器的閾值Δωl(max)，以華東電網(wǎng)為例，允許的頻率波動范圍為0.1 Hz[21]，因此設置Δωl(max)=0.63 rad/s。

4 仿真驗證

當本地負載發(fā)生擾動時，電網(wǎng)頻率相應發(fā)生變化，LVSM的虛擬慣量和阻尼承擔起阻礙電網(wǎng)頻率變化率(Rate of Change of Frequency, RoCoF)的作用，而DC-DC變流器的頻率-電流/電壓調(diào)節(jié)系數(shù)能夠減小電網(wǎng)頻率的變化量，二者共同對電網(wǎng)頻率起到一定的支撐作用。直流母線電容作為能量的緩沖單元，其電壓會因為本地負載的變化而波動。此外，CC模式的充放電電流和CV模式的充電電壓也與電網(wǎng)頻率息息相關。同時，本節(jié)還將討論LVSM虛擬頻率的變化過程及其與電網(wǎng)頻率的關系。

4.1 CC充放電模式

首先驗證所提出的控制策略在CC充電模式下對電網(wǎng)頻率的影響。選擇參數(shù)1，研究引入Ibat-ωl控制對系統(tǒng)動態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)工作點的影響；為了對比不同J的影響，對參數(shù)2的情形也進行了仿真。在t=0 s時，本地負載增加24%；在t=2 s時，感知到本地負載的增加后，電網(wǎng)有功功率指令相應地增加，使輸入功率和輸出功率相匹配，以模擬電網(wǎng)頻率的恢復過程；在t=4 s時，本地負載減少24%；在t=6 s時，電網(wǎng)有功功率指令相應減少，使輸入功率和輸出功率相匹配，電網(wǎng)頻率、LVSM頻率、LVSM母線電壓和充電電流的響應過程分別如圖9(a)、圖9(b)、圖9(c)和圖9(d)所示。

圖9 CC充電模式下系統(tǒng)各變量的響應過程

對比圖9(a)中是否含Ibat-ωl控制的曲線可知，引入Ibat-ωl控制后，電網(wǎng)頻率的變化量減少。當發(fā)生由負載增減引起的電網(wǎng)頻率變化，引入Ibat-ωl控制前Δfg=0.12 Hz，引入Ibat-ωl控制后Δfg=0.08 Hz，所提出的控制策略使電網(wǎng)維持在正常工作區(qū)域內(nèi)，保障了電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性。

同時，如圖9(b)中相應的兩條曲線所示，在0.5 s前，電網(wǎng)頻率和LVSM頻率的動態(tài)變化過程存在較大差異。由于LVSM的轉動慣量顯著小于電網(wǎng)的轉動慣量，在本地負載變化時刻附近LVSM頻率的變化主要由其自身的小慣量特性決定。在0.5 s后，電網(wǎng)頻率和LVSM頻率完成同步。圖9(c)中相應的兩條曲線表明：引入Ibat-ωl控制前，本地負載的突增和突減引起了大約30 V的母線電壓幅值跌落；引入Ibat-ωl控制后，本地負載的突增使直流母線電壓幅值的跌落量減小，因為Ibat-ωl控制使LVSM動態(tài)減載，減弱了本地負載對直流母線電壓的影響，但同時這種動態(tài)減載也造成了一定的反向升壓；在大約1 s后，母線電壓恢復到額定值。圖9(d)中相應的兩條曲線表明，電網(wǎng)頻率變化使充電電流變化了約9%，沒有出現(xiàn)電流的過沖。

對比圖9(a)中兩組不同參數(shù)下的曲線可知，選擇較小的LVSM慣量(參數(shù)1)時，電網(wǎng)RoCoF=0.74 Hz/s；選擇較大的LVSM慣量(參數(shù)2)時，電網(wǎng)RoCoF=0.53 Hz/s。LVSM更大的轉動慣量使電網(wǎng)RoCoF更低，提升了電網(wǎng)頻率的暫態(tài)穩(wěn)定性。當RoCoF值超過上限(例如1 Hz/s)時，可能會導致保護繼電器跳閘，對系統(tǒng)造成干擾[22]。

同時，如圖9(b)中不同參數(shù)下的兩條曲線所示，更大的轉動慣量使LVSM的RoCoF更低，且降低了其最大的頻率變化量(從0.28 Hz到0.14 Hz)。圖9(c)中不同參數(shù)下的兩條曲線表明，更大的轉動慣量引發(fā)了更大的直流母線電壓變化量(從35 V到50 V)，因此在獲得較低的電網(wǎng)RoCoF與較低的直流母線電壓變化量之間需要折中。圖9(d)中不同參數(shù)下的兩條曲線表明，采用大慣量時充電電流變化更平緩。

電網(wǎng)有功功率指令相應變化后，如圖9(a)所示，電網(wǎng)頻率均在1 s內(nèi)就恢復到50 Hz，引入Ibat-ωl控制后，表現(xiàn)出輕微的振蕩。由圖9(b)可知，1 s后LVSM的頻率也穩(wěn)定在50 Hz，但更大的轉動慣量使調(diào)節(jié)過程中的超調(diào)更大。由圖9(c)可知，電網(wǎng)頻率恢復過程中直流母線電壓存在暫升或暫降現(xiàn)象，但波動在可接受的范圍內(nèi)，且在1s后恢復至額定值。圖9(d)表明，充電電流隨著電網(wǎng)頻率的恢復而恢復到額定值。

本地負載功率和電網(wǎng)有功功率指令變化后，CC放電模式的電網(wǎng)頻率、LVSM頻率、LVSM直流母線電壓波形與CC充電模式類似，僅充電電流波形沿縱軸平移至小于0處，能量由EV向電網(wǎng)流動，實現(xiàn)了V2G功能。

4.2 CV充電模式

當SOC在CC模式下充電至80%時，切換為CV充電。在CC充電模式下，電池主要工作在如圖6所示的額定區(qū)域，電池電壓基本保持不變，充電裝置可近似看作恒功率負載；而在CV充電模式下，充電電流不斷降低，充電裝置吸收的功率不斷減小。由于CV充電模式下充電功率不斷降低，需要不斷調(diào)整電網(wǎng)的有功功率給定才能維持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定，為了體現(xiàn)所提控制策略穩(wěn)定電網(wǎng)頻率的效果，將電網(wǎng)的初始有功功率給定設為與引入Vbat-ωl控制前一致。為了使所提控制策略對電網(wǎng)頻率影響的效果更明顯，將表2中與電池容量有關的參數(shù)(Qfull、Qexp和Qnom)成比例地減小，使CV充電在5 min內(nèi)完成。本地負載在t=0 s增加24%，電網(wǎng)有功功率指令在t=2 s相應地增加，本地負載在t=4 s減少24%，電網(wǎng)有功功率指令在t=6 s相應地減少。電網(wǎng)頻率、LVSM頻率、LVSM直流母線電壓、充電電流和電池電壓的響應過程分別如圖10(a)～圖10(e)所示。

由圖10(a)～圖10(c)可知，CV充電與CC充電模式下電網(wǎng)頻率、LVSM頻率和LVSM直流母線電壓響應波形類似。由圖10(d)和圖10(e)可知，電池電壓升高或降低后，充電電流也相應地增加或減小，電池整體的充電功率也隨之增加或減小。

圖10 CV充電模式下系統(tǒng)各變量的響應過程

4.3 關鍵參數(shù)靈敏度分析

兩級式EV充電樁的關鍵參數(shù)主要有前級LVSM的轉動慣量J和阻尼系數(shù)D，以及后級DC-DC變流器的網(wǎng)荷互動系數(shù)Kibat和Kvbat，主要關注的輸出變量為電網(wǎng)頻率fg和直流母線電壓Vdc。考慮到CC充電和CV充電模式下變功率對fg和Vdc影響的相似性，以CC模式為例，分析本地負載突增時，fg和Vdc對J、D和Kibat變化的敏感度。

保持其他參數(shù)不變，選取不同的Kibat、fg和Vdc在本地負載突增24%后變化的情況分別如圖11(a)和圖11(b)所示。由圖11(a)可知，隨著Kibat的增加，fg變化EV充電功率的影響增加，穩(wěn)態(tài)時電網(wǎng)頻率與額定值的偏差減??；同時，由于動態(tài)減載程度的加劇，從圖11(b)中可以觀察到直流母線電壓的跌落量減小，甚至出現(xiàn)了短暫的反向上升。

圖11 系統(tǒng)變量對Kibat變化的敏感度

保持其他參數(shù)不變，選取不同的J、fg和Vdc在本地負載突增24%后變化的情況分別如圖12(a)和圖12(b)所示。由圖12(a)和圖12(b)可知，隨著J的增加，fg和Vdc的振蕩現(xiàn)象均更加明顯；由圖12(a)可知，由于缺少直流母線電壓PI調(diào)節(jié)器參數(shù)的匹配，更大的J并沒有顯著降低fg的RoCoF。

圖12 系統(tǒng)變量對J變化的敏感度

保持其他參數(shù)不變，選取不同的D、fg和Vdc在本地負載突增24%后變化的情況分別如圖13(a)和圖13(b)所示。由圖13(a)和圖13(b)可知，隨著D的增加，fg和Vdc的振蕩程度逐漸減弱；圖13(a)表明由于直流母線電壓控制回路的存在，D不會影響fg的穩(wěn)態(tài)值，這是LVSM控制與VSG控制的不同點之一。

圖13 系統(tǒng)變量對D變化的敏感度

5 結論

基于負荷虛擬同步機(LVSM)控制技術，本文提出了一種適應電網(wǎng)頻率變化的電動汽車充放電控制策略，通過網(wǎng)-荷互動提高了電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性。仿真結果表明，引入本文所提的控制策略后，在電動汽車CC充-放電和CV充電的情況下，通過適當調(diào)整充/放電的電流或電壓值均能降低本地負載突變引起的電網(wǎng)頻率變化量，使電網(wǎng)頻率保持在正常工作區(qū)域內(nèi)。此外，LVSM轉動慣量更大時，電網(wǎng)頻率的變化率更低，但由于大轉動慣量更易誘發(fā)振蕩特性，需要其他控制參數(shù)的匹配。分析直流母線電壓波形可知，在獲得較低的電網(wǎng)頻率變化率與較低的直流母線電壓變化量之間存在折中，需要進一步優(yōu)化。本文的研究對提高電網(wǎng)對大規(guī)模電動汽車接入的適應性，使電動汽車負荷具有一定的需求側響應調(diào)節(jié)能力，減輕大功率電動汽車負荷對電網(wǎng)的影響具有重要意義。