V2X雙向充電機在微電網(wǎng)中的控制策略

毛宇陽，楊 志

V2X雙向充電機在微電網(wǎng)中的控制策略

毛宇陽，楊 志

(萬幫數(shù)字能源股份有限公司，江蘇 常州 213000)

針對微電網(wǎng)中V2X技術的運用，本文介紹了雙向充電機運行在不同模式下的控制策略。并網(wǎng)充電時AC/DC控制母線電壓、DC/DC控制充電功率。并網(wǎng)放電時選擇方案一AC/DC采用PQ控制放電功率、DC/DC控制母線電壓。離網(wǎng)時AC/DC采用V/F控制提供電壓源基準、DC/DC控制母線電壓。在此基礎上提出了一種適合于不同模式間切換的統(tǒng)一控制模型及實施方法，保證了模式間的平滑切換。

V2X；微電網(wǎng)；平滑切換

0 引言

隨著電動汽車技術的不斷完善與發(fā)展，電動汽車的保有量逐漸增大，其對電網(wǎng)的影響日益顯現(xiàn)[1-3]。微電網(wǎng)由分布式發(fā)電、儲能、負載等部分組成，是一種可以運行在并網(wǎng)模式和離網(wǎng)模式的小型配電網(wǎng)系統(tǒng)。目前通用的充電樁僅能實現(xiàn)電能的單向流動，隨著雙向充電機(V2X)技術的提出，電動汽車動力電池不僅可從電網(wǎng)補充電能，還可在用電高峰期將電池能量注入電網(wǎng)，實現(xiàn)電能回饋電網(wǎng)(V2G)[4]；當主電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，微網(wǎng)需要立即與外電網(wǎng)解列，此時雙向充電機可以為負荷提供電壓支撐(V2L)。因此，電動車動力電池可等效于移動式儲能單元，是微電網(wǎng)中新型且重要組成部分。

目前，很多文獻研究了雙向充電機的控制策略和儲能在微網(wǎng)中并/離網(wǎng)控制策略，然而電動汽車運用于微網(wǎng)的控制策略較少。文獻[5]介紹了基于V2G的兩級式變換器的設計及控制；文獻[6]研究了車載雙向充電機的實現(xiàn)；文獻[7-8]介紹儲能在并網(wǎng)模式下采用有功功率-無功功率(PQ)控制，離網(wǎng)時采用下垂控制，通過增加下垂額定點調節(jié)環(huán)的投切實現(xiàn)并/離網(wǎng)模式的平滑切換；文獻[9]提出儲能在并網(wǎng)模式下控制成電流源形式，離網(wǎng)模式下主電源采取恒壓恒頻(V/F)控制，其他電壓依然運行與電流源模式；文獻[10-11]提出并離網(wǎng)時均采用下垂控制，模式切換過程中避免了控制環(huán)路改變。

本文首先介紹了常見的V2X雙向充電機的拓撲結構，并分別介紹了不同模式下的控制環(huán)路，在此基礎上提出了一種適合于不同模式間切換的統(tǒng)一控制模型及實施方法，保證了模式間的平滑切換。

1 電路拓撲

如圖1所示為常見單相V2X充電機的功率拓撲，一般使用兩級結構。前級AC/DC為圖騰柱雙向PFC，其中S1、S2快管工作于高速PWM模式，通常使用SiC型MOS管；S3、S4慢管工作于電網(wǎng)頻率，通常使用普通MOS管。后級為隔離型雙向DC/DC，一般使用CLLC或DAB拓撲，盡量使MOS管工作于ZVS模式以提高效率。

圖1 雙向充電機拓撲結構

2 控制策略

并網(wǎng)充電時，雙向充電機接收BMS指令對電池進行充電，此時電動車作為負載；并網(wǎng)放電時，雙向充電機可接收調度指令或智能判斷對電網(wǎng)輸出功率；離網(wǎng)運行時，雙向充電機可為微電網(wǎng)提供電壓和頻率支撐。

2.1 并網(wǎng)充電時控制策略

并網(wǎng)充電模式下，AC/DC控制母線電壓，DC/DC控制充電功率。

圖2 并網(wǎng)充電時AC/DC控制框圖

圖3 并網(wǎng)充電時DC/DC控制框圖

2.2 并網(wǎng)放電時控制策略

方案一：AC/DC采用 PQ控制放電功率，DC/DC控制母線電壓。

圖4 并網(wǎng)放電方案一AC/DC控制框圖

圖5 并網(wǎng)放電方案一DC/DC控制框圖

方案二：AC/DC控制母線電壓，DC/DC控制放電功率。

圖6 并網(wǎng)放電方案二AC/DC控制框圖

圖7 并網(wǎng)放電方案二DC/DC控制框圖

3.3 離網(wǎng)時控制策略

離網(wǎng)模式下，AC/DC采用V/F控制提供電壓源基準，DC/DC控制母線電壓。

圖8 離網(wǎng)時AC/DC控制框圖

DC/DC控制框圖與并網(wǎng)放電的方式一相同，如圖5所示。

3 模式間切換策略

由于不同模式下的控制環(huán)路不同，為了避免模式切換時引起的控制量突變問題，本章節(jié)介紹模式切換時的統(tǒng)一控制策略。設定并網(wǎng)充電為模式1，并網(wǎng)放電為模式2，離網(wǎng)運行為模式3。

3.1 AC/DC統(tǒng)一控制策略

AC/DC控制框圖如圖9所示，并網(wǎng)放電時采用前述方案一控制放電功率。

圖9 AC/DC統(tǒng)一控制框圖

3.2 DC/DC統(tǒng)一控制策略

DC/DC控制框圖如圖10所示，并網(wǎng)放電和離網(wǎng)運行時均控制母線電壓。

圖10 DC/DC統(tǒng)一控制框圖

4 結論

本文針對微電網(wǎng)與電動汽車的結合，介紹了V2X雙向充電機在不同模式下可采用的控制策略，并在此基礎上提出了一種適合于不同模式間切換的統(tǒng)一控制模型及實施方法，保證了模式間的平滑切換，為電動汽車作為移動式儲能在微電網(wǎng)下的運用提供了借鑒。

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Control strategy of V2X bidirectional charger in micro-grid

MAO Yuyang, YANG Zhi

(Wanbang Digital Energy Co., Ltd., Changzhou 213000, China)

For the application of V2X technology in micro-grid, the control strategy of bidirectional charger operating in different modes is introduced in this paper. In grid-connected charging mode, AC/DC controls the bus voltage and DC/DC controls charging power. In grid-connected discharging mode the first option is chosen, AC/DC controls the discharge power with PQ control, and DC/DC controls the bus voltage. In off-grid mode, AC/DC provides voltage source reference with V/F control, and DC/DC controls the bus voltage also. In addition, a unified control mode and the implementation method for switching between different modes is proposed, the seamless switching purpose can be realized.

V2X; micro-grid; seamless switching

2020-12-28

毛宇陽(1987—)，男，通信作者，碩士，工程師，主要從事電動汽車充放電方面的研究；E-mail: yuyang.mao@ wanbangauto.com

楊 志(1974—)，男，碩士，高級工程師，主要從事電動汽車充放電、電能質量治理方面的研究。E-mail: zhi.yang@ wanbangauto.com