毛宇陽，楊 志

V2X雙向充電機(jī)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(duì)微電網(wǎng)中V2X技術(shù)的運(yùn)用，本文介紹了雙向充電機(jī)運(yùn)行在不同模式下的控制策略。并網(wǎng)充電時(shí)AC/DC控制母線電壓、DC/DC控制充電功率。并網(wǎng)放電時(shí)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(shí)AC/DC采用V/F控制提供電壓源基準(zhǔn)、DC/DC控制母線電壓。在此基礎(chǔ)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(shí)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(dòng)汽車技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，電動(dòng)汽車的保有量逐漸增大，其對(duì)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(chǔ)能、負(fù)載等部分組成，是一種可以運(yùn)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(shí)現(xiàn)電能的單向流動(dòng)，隨著雙向充電機(jī)(V2X)技術(shù)的提出，電動(dòng)汽車動(dòng)力電池不僅可從電網(wǎng)補(bǔ)充電能，還可在用電高峰期將電池能量注入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電能回饋電網(wǎng)(V2G)[4]；當(dāng)主電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，微網(wǎng)需要立即與外電網(wǎng)解列，此時(shí)雙向充電機(jī)可以為負(fù)荷提供電壓支撐(V2L)。因此，電動(dòng)車動(dòng)力電池可等效于移動(dòng)式儲(chǔ)能單元，是微電網(wǎng)中新型且重要組成部分。

目前，很多文獻(xiàn)研究了雙向充電機(jī)的控制策略和儲(chǔ)能在微網(wǎng)中并/離網(wǎng)控制策略，然而電動(dòng)汽車運(yùn)用于微網(wǎng)的控制策略較少。文獻(xiàn)[5]介紹了基于V2G的兩級(jí)式變換器的設(shè)計(jì)及控制；文獻(xiàn)[6]研究了車載雙向充電機(jī)的實(shí)現(xiàn)；文獻(xiàn)[7-8]介紹儲(chǔ)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(shí)采用下垂控制，通過增加下垂額定點(diǎn)調(diào)節(jié)環(huán)的投切實(shí)現(xiàn)并/離網(wǎng)模式的平滑切換；文獻(xiàn)[9]提出儲(chǔ)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(yùn)行與電流源模式；文獻(xiàn)[10-11]提出并離網(wǎng)時(shí)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(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并分別介紹了不同模式下的控制環(huán)路，在此基礎(chǔ)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(shí)施方法，保證了模式間的平滑切換。

1 電路拓?fù)?/h2>

如圖1所示為常見單相V2X充電機(jī)的功率拓?fù)?，一般使用兩?jí)結(jié)構(gòu)。前級(jí)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(jí)為隔離型雙向DC/DC，一般使用CLLC或DAB拓?fù)洌M量使MOS管工作于ZVS模式以提高效率。

圖1 雙向充電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2 控制策略

并網(wǎng)充電時(shí)，雙向充電機(jī)接收BMS指令對(duì)電池進(jìn)行充電，此時(shí)電動(dòng)車作為負(fù)載；并網(wǎng)放電時(shí)，雙向充電機(jī)可接收調(diào)度指令或智能判斷對(duì)電網(wǎng)輸出功率；離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，雙向充電機(jī)可為微電網(wǎng)提供電壓和頻率支撐。

2.1 并網(wǎng)充電時(shí)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(shí)AC/DC控制框圖

圖3 并網(wǎng)充電時(shí)DC/DC控制框圖

2.2 并網(wǎng)放電時(shí)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(shí)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(zhǔn)，DC/DC控制母線電壓。

圖8 離網(wǎng)時(shí)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(shí)引起的控制量突變問題，本章節(jié)介紹模式切換時(shí)的統(tǒng)一控制策略。設(shè)定并網(wǎng)充電為模式1，并網(wǎng)放電為模式2，離網(wǎng)運(yùn)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(shí)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(yùn)行時(shí)均控制母線電壓。

圖10 DC/DC統(tǒng)一控制框圖

4 結(jié)論

本文針對(duì)微電網(wǎng)與電動(dòng)汽車的結(jié)合，介紹了V2X雙向充電機(jī)在不同模式下可采用的控制策略，并在此基礎(chǔ)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(shí)施方法，保證了模式間的平滑切換，為電動(dòng)汽車作為移動(dòng)式儲(chǔ)能在微電網(wǎng)下的運(yùn)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(dòng)汽車充放電方面的研究；E-mail: yuyang.mao@ wanbangauto.com

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