基于虛擬同步策略的電動(dòng)汽車V2G技術(shù)在多能互補(bǔ)系統(tǒng)中的研究及應(yīng)用

林曉明，唐建林，張 帆，羅欣兒，田 杰，肖 勇

基于虛擬同步策略的電動(dòng)汽車V2G技術(shù)在多能互補(bǔ)系統(tǒng)中的研究及應(yīng)用

林曉明1,2，唐建林1,2，張 帆1,2，羅欣兒3，田 杰3，肖 勇1,2

(1.南方電網(wǎng)科學(xué)研究院，廣東 廣州 510670；2.廣東省電網(wǎng)智能量測(cè)與先進(jìn)計(jì)量企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510670；3.深圳供電局，廣東 深圳 518001)

為解決大規(guī)模電動(dòng)汽車單向充電造成的電網(wǎng)沖擊和線路負(fù)荷過(guò)重問(wèn)題，開展了電動(dòng)汽車V2G技術(shù)在多能互補(bǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究。首先，對(duì)比分析了多種典型的多能互補(bǔ)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，在基于共交流母線的多能互補(bǔ)系統(tǒng)中應(yīng)用V2G技術(shù)。其次，提出基于虛擬同步機(jī)的V2G自主有功-無(wú)功控制策略，優(yōu)化設(shè)計(jì)虛擬慣量、阻尼系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)，模擬傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的機(jī)電暫態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自主調(diào)壓調(diào)頻，解決光伏發(fā)電的間歇性和隨機(jī)性帶來(lái)的電網(wǎng)指標(biāo)波動(dòng)問(wèn)題。然后，搭建了典型的多能互補(bǔ)系統(tǒng)，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明，基于虛擬同步機(jī)的V2G設(shè)備能主動(dòng)跟蹤并網(wǎng)點(diǎn)頻率、電壓變化，及時(shí)提供有功、無(wú)功功率支撐，有效保障電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。最后，研制了基于虛擬同步策略的500 kW大功率V2G設(shè)備，并在示范項(xiàng)目中成功應(yīng)用，驗(yàn)證了所提方法的有效性。

多能互補(bǔ)；虛擬同步；電動(dòng)汽車；V2G

0 引言

目前，全球化石能源逐漸枯竭，溫室氣體排放導(dǎo)致環(huán)境不斷惡化。在CO2排放量的貢獻(xiàn)率排名中，機(jī)動(dòng)車居于第三位[1]，成為溫室氣體的主要來(lái)源之一。面對(duì)嚴(yán)峻的環(huán)境形勢(shì)，我國(guó)正式提出了“碳中和、碳達(dá)峰”目標(biāo)。近年來(lái)，在國(guó)家政策的大力支持下，電動(dòng)汽車及充電基礎(chǔ)設(shè)施獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展[2-4]。隨著大功率充電技術(shù)的發(fā)展，數(shù)量眾多電動(dòng)汽車在用電高峰期無(wú)序接入充電網(wǎng)絡(luò)，將會(huì)導(dǎo)致巨大的能量從電網(wǎng)單向傳輸至車輛，造成電網(wǎng)瞬時(shí)負(fù)荷過(guò)重，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[5-7]。

為應(yīng)對(duì)充電高峰期電網(wǎng)負(fù)荷重的問(wèn)題，不少學(xué)者研究電動(dòng)汽車充放電技術(shù)(Vehicle-to-Grid, V2G)，利用電動(dòng)汽車的移動(dòng)儲(chǔ)能特性，設(shè)計(jì)隔離型V2G設(shè)備，在用電低谷期為電動(dòng)汽車蓄電池充電，在用電高峰期將電動(dòng)汽車蓄電池剩余電量反饋至電網(wǎng)[8-10]。若大規(guī)模電動(dòng)汽車用戶能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行有序充放電操作，將達(dá)到“削峰填谷”的目的[11-12]，大幅降低了充電負(fù)荷峰值。此外，為了促進(jìn)清潔能源消納、增強(qiáng)充電網(wǎng)絡(luò)的抗沖擊能力[13-15]，多能互補(bǔ)型充電站應(yīng)用也逐漸廣泛[16-17]。多能互補(bǔ)型充電站即在充電站內(nèi)配置光伏、儲(chǔ)能等多類型能量單元，雖然能夠在一定程度上平滑充電負(fù)荷，但其潛在的電網(wǎng)指標(biāo)波動(dòng)問(wèn)題也限制了其自身的發(fā)展。針對(duì)此，虛擬同步機(jī)(Virtual Synchronous Machine, VSM)成為一種有效的解決途徑，文獻(xiàn)[18]通過(guò)模擬同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣性、勵(lì)磁慣性及定子電氣特性，利用實(shí)驗(yàn)室目標(biāo)機(jī)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷虛擬同步機(jī)的功能，但其負(fù)荷不具備向電網(wǎng)反饋能量的功能。文獻(xiàn)[19]設(shè)計(jì)的三相脈寬調(diào)制整流器具有虛擬同步功能，可工作于恒功率或恒電壓兩種工作模式，能夠?qū)崿F(xiàn)單位功率因數(shù)的校正，保障良好的電能質(zhì)量。文獻(xiàn)[20]提出了虛擬同步發(fā)電機(jī)控制環(huán)核心參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，但研制的50 kW樣機(jī)同樣不具備V2G功能。文獻(xiàn)[21]推導(dǎo)了微電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的計(jì)算方法，采用下垂控制方式模擬電動(dòng)汽車充放電參與微電網(wǎng)一次和二次調(diào)頻的效果，但未考慮維持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的作用，且研究?jī)H限于仿真階段，未針對(duì)實(shí)際樣機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證。文獻(xiàn)[22]雖設(shè)計(jì)了雙向DC/DC變換器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微電網(wǎng)直流電壓的慣性支持，但未設(shè)計(jì)雙向AC/DC變換器，無(wú)法模擬雙向充放電工況下的調(diào)頻調(diào)壓過(guò)程。

通過(guò)上述分析發(fā)現(xiàn)：1) 目前研究鮮有將V2G和VSM技術(shù)相互結(jié)合，并應(yīng)用于多能互補(bǔ)系統(tǒng)中；2) 在引導(dǎo)車主進(jìn)行有序充放電的同時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)有功或無(wú)功的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，對(duì)電網(wǎng)頻率或電壓的支撐較弱；3) 針對(duì)VSM的研究主要集中于理論分析層面，局限于建模仿真、參數(shù)設(shè)計(jì)等方面，鮮有開展樣機(jī)的研制及應(yīng)用分析，缺乏實(shí)際工程的驗(yàn)證。

針對(duì)此，本文將V2G和VSM技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，不僅實(shí)現(xiàn)了多能互補(bǔ)充電站內(nèi)充電負(fù)荷的“削峰填谷”，而且在V2G技術(shù)中引入虛擬同步控制策略，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并追蹤電網(wǎng)頻率和電壓變化，通過(guò)下垂控制算法及時(shí)調(diào)整充放電功率，滿足系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)壓需求。

1 多能互補(bǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前，我國(guó)的太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源分布廣泛，多種能源協(xié)同發(fā)展已成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。多能互補(bǔ)是利用各類能源的互補(bǔ)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化整合、高效利用的有效途徑[23-24]?；凇肮鈨?chǔ)充”新型能源網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的集中式充電站，已成為多能互補(bǔ)系統(tǒng)的典型應(yīng)用場(chǎng)景，有效地支撐了電動(dòng)汽車的普及和應(yīng)用?；凇肮鈨?chǔ)充”的多能互補(bǔ)系統(tǒng)主要有三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其分別為共交流母線、共直流母線和交直流混合型母線[25]。從理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)方面對(duì)比了以上三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn)，如表1所示。

表1 多能互補(bǔ)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比

用電可靠性和投資收益是充電站經(jīng)營(yíng)者考慮的關(guān)鍵指標(biāo)。目前共交流母線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有技術(shù)成熟可靠、設(shè)備成本低、控制維護(hù)難度小等諸多優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程中的應(yīng)用也最為廣泛。因此，針對(duì)電動(dòng)汽車V2G技術(shù)的應(yīng)用，本文基于共交流母線型多能互補(bǔ)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化分析。

2 V2G電路模型

虛擬同步機(jī)技術(shù)通過(guò)模擬同步發(fā)電機(jī)組的機(jī)電暫態(tài)特性，使得采用變流器的電源具有類似于同步發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行外特性，如慣量、阻尼、有功調(diào)頻和無(wú)功調(diào)壓等?；谔摂M同步機(jī)技術(shù)的電源與負(fù)荷，均能夠自主地參與電網(wǎng)的運(yùn)行控制，及時(shí)響應(yīng)電網(wǎng)電壓和頻率異常的情況，有效應(yīng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的暫態(tài)、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題?；诖?，本文提出虛擬同步控制器(Virtual Synchronous Controller, VSC)的概念，并將其應(yīng)用于V2G技術(shù)中。基于虛擬同步控制策略的V2G電路模型如圖1所示。

圖1 基于虛擬同步策略的V2G電路模型

由圖1可知，基于虛擬同步策略的V2G電路主要包括雙向AC/DC變換器、雙向DC/DC變換器、電動(dòng)汽車蓄電池系統(tǒng)(BMS)、VSC控制器和V2G控制器等模塊，各模塊功能如下所述。

1) 雙向AC/DC變換器：功率模塊的前級(jí)變換單元，負(fù)責(zé)功率逆變，用于跟蹤采集并網(wǎng)點(diǎn)電壓、頻率等電網(wǎng)數(shù)據(jù)，并及時(shí)上送至VSC控制器。

2) 雙向DC/DC變換器：功率模塊的后級(jí)變換單元，實(shí)現(xiàn)與車輛蓄電池之間的高頻隔離，并根據(jù)V2G控制器的充電需求，調(diào)整充放電直流母線的電壓電流。

3) 電動(dòng)汽車蓄電池系統(tǒng)：與V2G控制器通信，提供電動(dòng)汽車的電壓、電流調(diào)節(jié)需求。

4) VSC控制器：判斷AC/DC變換器上送的實(shí)時(shí)電網(wǎng)電壓、頻率是否超出閾值，模擬同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、阻尼及勵(lì)磁控制特性，根據(jù)調(diào)頻或調(diào)壓系數(shù)計(jì)算出系統(tǒng)需要調(diào)整的有功或無(wú)功功率值，并下發(fā)調(diào)頻/調(diào)壓控制指令。

5) V2G控制器：V2G設(shè)備的控制核心單元、云服務(wù)平臺(tái)與BMS通信實(shí)現(xiàn)車輛充電或放電控制，并向后臺(tái)反饋設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。

3 虛擬同步控制策略

3.1 數(shù)學(xué)模型

虛擬同步機(jī)的阻尼系統(tǒng)和系統(tǒng)慣量靈活可調(diào)，可根據(jù)電網(wǎng)頻率和電壓變化改變自身的輸出特性，是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車有序充放電的重要手段。虛擬同步機(jī)原理如圖2所示，從文獻(xiàn)[24-25]可知，虛擬同步發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型主要通過(guò)同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械方程和電磁方程來(lái)體現(xiàn)，其推導(dǎo)過(guò)程如下。

1) 機(jī)械方程

根據(jù)牛頓第二定律，傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程為

圖2 虛擬同步發(fā)電機(jī)等效原理

2) 電磁方程

對(duì)式(3)取拉氏變換可得虛擬同步發(fā)電機(jī)在頻域的機(jī)械方程，具體如下：

其中，發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可由虛擬同步發(fā)電機(jī)的內(nèi)電勢(shì)和輸出電流計(jì)算得到，如式(5)所示。

由圖2可以得到虛擬同步發(fā)電機(jī)在時(shí)域的電磁方程，如式(6)所示。

對(duì)式(6)取拉氏變換可得虛擬同步發(fā)電機(jī)在頻域的電磁方程，如式(7)所示。

3.2 調(diào)頻/調(diào)壓控制策略

圖3 VSM有功/無(wú)功控制策略原理

1) 自主有功調(diào)頻控制策略

圖4 自主有功調(diào)頻控制策略

圖5 自主有功調(diào)頻控制流程

2) 自主無(wú)功調(diào)壓控制策略

圖6 自主無(wú)功調(diào)壓控制策略框圖

圖7 自主無(wú)功調(diào)壓控制流程

4 仿真及試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 多能互補(bǔ)系統(tǒng)配置

在文獻(xiàn)[25]的基礎(chǔ)上并結(jié)合當(dāng)前光伏、儲(chǔ)能及充電設(shè)施的建設(shè)成本，本文設(shè)計(jì)的共交流母線型多能互補(bǔ)系統(tǒng)參數(shù)為：光伏裝機(jī)容量為100 kW；儲(chǔ)能容量為100 kWh、功率為500 kW；其他站用負(fù)荷總功率為500 kW。此外，充放電設(shè)備設(shè)計(jì)為群體控制型，集中式功率機(jī)柜可根據(jù)車輛實(shí)際需求將功率動(dòng)態(tài)分配給5個(gè)充放電終端，每個(gè)終端的額定功率為100 kW。所設(shè)計(jì)的“光儲(chǔ)充”多能互補(bǔ)系統(tǒng)等效拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 多能互補(bǔ)系統(tǒng)等效拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

4.2 仿真試驗(yàn)分析

虛擬同步策略的關(guān)鍵參數(shù)包括有功調(diào)頻系數(shù)、無(wú)功調(diào)壓系數(shù)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和阻尼系數(shù)等。其中，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的主要作用為抑制功率突變，但轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，甚至?xí)鹩泄β收袷?。慣性時(shí)間常數(shù)通?？刂圃?0 s以內(nèi)，本文將V2G設(shè)備的慣性時(shí)間常數(shù)設(shè)計(jì)為6 s。阻尼的主要作用為抑制系統(tǒng)振蕩，但阻尼系數(shù)過(guò)大會(huì)增加系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)所用的時(shí)間，本文將V2G設(shè)備的阻尼系數(shù)設(shè)計(jì)為125。根據(jù)4.1節(jié)的系統(tǒng)配置，在Simulink試驗(yàn)環(huán)境中搭建仿真模型，VSC控制器的仿真參數(shù)如表2所示。

表2 虛擬同步仿真系統(tǒng)參數(shù)

為了驗(yàn)證多能互補(bǔ)系統(tǒng)在V2G、自主調(diào)頻、調(diào)壓等方面的特性，本文設(shè)置了4組仿真場(chǎng)景進(jìn)行模擬。

1) 場(chǎng)景1：模擬充電時(shí)有功負(fù)荷切除

當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)頻率為額定值50 Hz，電動(dòng)汽車充電與站內(nèi)負(fù)荷消耗的有功功率為250 kW。在1.2 s時(shí)，切除部分站內(nèi)負(fù)荷，導(dǎo)致站內(nèi)并網(wǎng)點(diǎn)頻率升高，其調(diào)頻結(jié)果如圖9所示，當(dāng)站內(nèi)發(fā)出的有功功率大于負(fù)荷吸收總有功功率時(shí)，虛擬同步機(jī)通過(guò)采樣跟蹤到電網(wǎng)頻率上升，利用其自主一次有功調(diào)頻功能，增加車輛蓄電池充電功率，頻率下降并穩(wěn)定，V2G單元和站內(nèi)負(fù)荷單元消耗總有功功率為200 kW。

圖9 充電時(shí)有功調(diào)頻

2) 場(chǎng)景2：模擬放電時(shí)光伏出力波動(dòng)

當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)頻率為額定值50 Hz，光伏發(fā)電單元和儲(chǔ)能單元輸出的總有功功率為250 kW。在1.2 s時(shí)，光伏輸出功率大幅降低，導(dǎo)致站內(nèi)并網(wǎng)點(diǎn)頻率降低。調(diào)頻結(jié)果如圖10所示，當(dāng)站內(nèi)發(fā)出的有功功率小于負(fù)荷吸收總有功功率時(shí)，虛擬同步機(jī)通過(guò)采樣跟蹤到電網(wǎng)頻率下降，利用其自主一次有功調(diào)頻功能，增加車輛蓄電池放電功率，頻率升高并穩(wěn)定，儲(chǔ)能單元和V2G單元放電總有功功率為300 kW。

3) 場(chǎng)景3：模擬充電時(shí)無(wú)功負(fù)荷投入

當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，V2G單元工作于充電狀態(tài)，虛擬同步機(jī)輸出無(wú)功功率為50 kvar，并網(wǎng)點(diǎn)電壓為額定值380 V。在1.4 s時(shí)，投入部分站內(nèi)無(wú)功負(fù)荷，導(dǎo)致站內(nèi)并網(wǎng)點(diǎn)電壓降低。調(diào)壓結(jié)果如圖11所示，當(dāng)虛擬同步機(jī)發(fā)出的無(wú)功功率小于負(fù)荷吸收總無(wú)功功率時(shí)，虛擬同步機(jī)通過(guò)電壓采樣跟蹤到電網(wǎng)電壓的下跌，利用其自主一次無(wú)功調(diào)壓功能，增加V2G單元輸出的無(wú)功功率，電壓升高并穩(wěn)定，其輸出的總無(wú)功功率為110 kvar。

圖10 放電時(shí)有功調(diào)頻

圖11 充電時(shí)無(wú)功調(diào)壓

4) 場(chǎng)景4：模擬放電時(shí)無(wú)功負(fù)荷切除

當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，虛擬同步機(jī)輸出無(wú)功功率為50 kvar，并網(wǎng)點(diǎn)電壓為額定值380 V。在1.4 s時(shí)，切除部分站內(nèi)無(wú)功負(fù)荷，導(dǎo)致站內(nèi)并網(wǎng)點(diǎn)電壓上升。調(diào)壓結(jié)果如圖12所示，當(dāng)虛擬同步機(jī)發(fā)出的無(wú)功功率大于負(fù)荷吸收總無(wú)功功率時(shí)，虛擬同步機(jī)通過(guò)電壓采樣跟蹤到電網(wǎng)電壓的上升，利用其自主一次無(wú)功調(diào)壓功能，減少V2G單元輸出的無(wú)功功率，電壓下降并穩(wěn)定，總輸出無(wú)功功率為-10 kvar。

圖12 放電時(shí)無(wú)功調(diào)壓

上述仿真結(jié)果表明，基于虛擬同步策略的V2G設(shè)備在電網(wǎng)頻率、電壓波動(dòng)超出規(guī)定范圍時(shí)，能夠動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)其有功、無(wú)功輸出，自主參與電網(wǎng)有功調(diào)頻、無(wú)功調(diào)壓，及時(shí)有效地維持電網(wǎng)頻率和電壓的穩(wěn)定。

4.3 樣機(jī)測(cè)試分析

基于上述的V2G控制策略，本文研制了500 kW的大功率V2G設(shè)備，并將其應(yīng)用于某“光儲(chǔ)充”多能互補(bǔ)示范項(xiàng)目中。

現(xiàn)場(chǎng)與某車企E6型號(hào)車輛連接并進(jìn)行充放電操作，根據(jù)后臺(tái)調(diào)控指令，順利地完成“車-樁-網(wǎng)”雙向互動(dòng)。同時(shí)，模擬示范園區(qū)電網(wǎng)頻率和電壓發(fā)生波動(dòng)，V2G設(shè)備的調(diào)節(jié)過(guò)程如圖13、圖14所示，圖中：通道1—2分別為交流側(cè)電壓、電流波形；通道3—4分別為直流側(cè)電壓、電流波形。

由圖13可知，當(dāng)“光儲(chǔ)充”系統(tǒng)交流側(cè)并網(wǎng)點(diǎn)頻率下降時(shí)，系統(tǒng)減少V2G設(shè)備輸出給車輛的有功功率，交直流側(cè)輸出電流也明顯同步下降。由圖14可知，當(dāng)“光儲(chǔ)充”系統(tǒng)交流側(cè)并網(wǎng)點(diǎn)電壓下降時(shí)，系統(tǒng)增加V2G設(shè)備輸出給電網(wǎng)的無(wú)功功率，交流側(cè)有功電流疊加無(wú)功電流，總輸出電流明顯同步增加。

圖13 有功功率調(diào)節(jié)

圖14 無(wú)功功率調(diào)節(jié)

上述測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)頻率或電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，V2G系統(tǒng)能夠快速反應(yīng)，及時(shí)調(diào)節(jié)有功或無(wú)功功率輸出，為電網(wǎng)提供有功、無(wú)功支撐，達(dá)到了虛擬同步策略的預(yù)期效果。

5 結(jié)論

本文開展了電動(dòng)汽車V2G技術(shù)在多能互補(bǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，提出了基于虛擬同步機(jī)的V2G設(shè)備控制策略，搭建了基于共交流母線的“光儲(chǔ)充”多能互補(bǔ)系統(tǒng)仿真模型，研制了大功率V2G設(shè)備，并在實(shí)際示范園區(qū)開展測(cè)試。結(jié)果表明，當(dāng)電網(wǎng)頻率和電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，在虛擬同步控制策略下，V2G設(shè)備能夠主動(dòng)地調(diào)節(jié)輸出有功和無(wú)功功率，支持電網(wǎng)的一次調(diào)頻調(diào)壓，有效抑制了電網(wǎng)頻率、電壓等指標(biāo)的進(jìn)一步惡化，具有與傳統(tǒng)發(fā)電同步機(jī)組相同的機(jī)電暫態(tài)特性，顯著增強(qiáng)了多能互補(bǔ)系統(tǒng)抵御電網(wǎng)振蕩的能力，保障了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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Research and application of electric vehicle V2G technology based on a virtual synchronization strategy in a multi-energy complementary system

LIN Xiaoming1, 2, TANG Jianlin1, 2, ZHANG Fan1, 2, LUO Xiner3, TIAN Jie3, XIAO Yong1, 2

(1. Electric Power Research Institute, CSG, Guangzhou 510670, China; 2. Guangdong Provincial Key Laboratory of Intelligent Measurement and Advanced Metering of Power Grid, Guangzhou 510670, China;3. Shenzhen Power Supply Bureau Co., Ltd., Shenzhen 518001, China)

There are problems of power grid impact and line overload caused by one-way charging of electric vehicles on a large scale. Thus research and application of electric vehicle V2G technology in a multi-energy system are carried out. First, the technical advantages and disadvantages of several typical multi-energy system topologies are compared, and V2G technology is adopted in a multi-energy system based on a common AC bus. Secondly, an autonomous active and reactive power control strategy for V2G based on a virtual synchronous machine is proposed to optimally design key parameters such as virtual inertia, damping, etc., simulate the electromechanical transient characteristics of traditional generator sets,realize the independent voltage and frequency regulation, and solve the problem of grid index fluctuation caused by the intermittent nature and randomness of photovoltaic power generation. Thirdly, a typical multi-energy system is established for simulation, and results show that the V2G equipment based on a virtual synchronous machine can actively track the changes of frequency and voltage at the connection point, andprovide active or reactive power support in time. This effectively ensures the stability of power grid operation. Finally, a 500 kW high-power V2G equipment based on the virtual synchronization strategy is developed and successfully applied in the demonstration project, verifying the effectiveness of the proposed method.

multi energy complementary; virtual synchronization; electric vehicle; V2G

10.19783/j.cnki.pspc.211152

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目資助(2019YFE0118700)；貴州省科技計(jì)劃項(xiàng)目(黔科合支撐[2022]一般015)；深圳供電局科技項(xiàng)目資助(090000KK52190043)

This work is supported by the National Key Research and Development Program of China (No. 2019YFE0118700).

2021-08-24；

2021-11-03

林曉明(1993—)，男，碩士，研究方向?yàn)殡妱?dòng)汽車與智能用電技術(shù)；E-mail: linxm4@csg.cn

唐建林(1994—)，男，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)殡妱?dòng)汽車充電與碳計(jì)量技術(shù)；E-mail: tangjl2@csg.cn

張 帆(1996—)，男，碩士，研究方向?yàn)殡妱?dòng)汽車無(wú)線充電與直流計(jì)量技術(shù)。E-mail: zhangfan4@csg.cn

(編輯 姜新麗)