CN111030151A - 一种基于模型的v2g技术研究方法 - Google Patents

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周超英
陈立冲
肖岩
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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Abstract

本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种基于模型的V2G技术研究方法，通过建立V2G结构模型，包括电网模型和电动汽车模型，构建V2G主回路，包括电网、双向AC/DC控制单元、双向DC/DC控制单元、蓄电池，通过双向AC/DC控制单元、双向DC/DC控制单元，仿真多台电动汽车工作在V2G模式下对电网质量的影响，及模拟充电机接地和短路故障、电网缺相运行故障。本发明提供了V2G双向互动供电系统的简化结构和充放电主电路及其控制方式，便于V2G技术涉及到电力系统和大量汽车群的模拟验证。

Description

一种基于模型的V2G技术研究方法
技术领域
本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种基于模型的V2G技术研究方法。
背景技术
传统电网下，电网只能向电动汽车充电。据统计大部分汽车95％的时间处于停驶状态，如果考虑将汽车电池作为分布式储能单元，并考虑汽车电池安全充放电区域负荷状态SOC(State of Charge)在20％~90％之间，经估算每辆车每年可创造约4000美元的价值。随着电动汽车的普及，V2G技术成为各科研项目研究的热点。V2G技术能实现电网和电动汽车的能量互动。当电动汽车电池需要充电时，可以从电网提取电能给电池。当电动汽车不运行的时候，在电网高峰负荷时段通过智能电网可以把电动汽车中的电能输给电网。由于V2G技术涉及到电力系统和大量汽车群，难以按实际去验证。基于模型的V2G技术研究能仿真分析单台和多台充电机工作时对电网电能质量的影响，能进行故障模拟，降低研发风险，是新技术研发过程中的一个重要环节。现有技术文献中，申请号为CN201910210758.0的申请文件公开了一种智能家庭能源管理系统的结构设计与通信选择方法，提出了包含电动汽车单元的一种能源管理结构，但现有技术缺少V2G双向互动供电系统的结构、充放电主电路及其控制方式相关的研究。
针对以上技术问题，故需对其进行改进。
发明内容
基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种基于模型的V2G技术研究方法。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于模型的V2G技术研究方法，包括以下步骤：
S1:建立V2G结构模型，所述V2G结构模型由电网模型和电动汽车模型构成；所述电网模型包括住宅小区模型和充电站模型，用于仿真电网；所述电动汽车模型包括电动汽车充放电主电路模型，用于仿真多台电动汽车；
S2:构建V2G主回路，所述V2G主回路由电网模型的电网及电动汽车充放电主电路模型的双向AC/DC控制单元、双向DC/DC控制单元、蓄电池连接构成；
S3:通过双向AC/DC控制单元、双向DC/DC控制单元模拟电动汽车充放电状态，仿真多台电动汽车工作在V2G模式下对电网质量的影响；
S4:通过住宅小区模型和充电站模型模拟电网故障，仿真在V2G模式下电网故障模拟，即模拟电网配电网结构改变后，电网中短路电流大小、流向及分布变化。
作为优选方案，所述步骤S1中的住宅小区模型包括光伏模型、风力发电模型以及若干家用电阻负载和电机负载。
作为优选方案，所述步骤S1中的充电站模型包括三相交流充电柜、单相交流充电柜、直流充电柜和公共汽车充电柜。
作为优选方案，所述步骤S3中的双向AC/DC控制单元包括母线电压控制、电网电流双闭环控制和锁相环PLL控制；当双向AC/DC控制单元模拟电动汽车充电时，双向AC/DC控制单元工作在PWM整流状态，网侧电压和电流同相位；当双向AC/DC控制单元模拟电动汽车放电时，即电动汽车并网时，双向AC/DC控制单元工作在PWM逆变状态，网侧电压和电流反相位。
作为优选方案，所述步骤S3中的双向DC/DC控制单元包括母线电压控制；当双向DC/DC控制单元模拟电动汽车充电时，通过PWM调制，在蓄电池充电初始阶段采用恒流充电，当母线电压达到设定值后采用恒流恒压充电；当双向DC/DC控制单元模拟电动汽车放电时，通过PWM调制，采用恒流放电。
作为优选方案，所述双向DC/DC控制单元还包括电动汽车充放电的电池SOC监测控制。
作为优选方案，当双向DC/DC控制单元模拟电动汽车充电时，所述双向DC/DC控制单元还包括滞环控制。
作为优选方案，所述双向DC/DC控制单元包括控制开关V1和控制开关V2；当电动汽车充电时控制开关V1处于常断状态，控制开关V2不断开关以实现BOOST变换器升压；当电动汽车放电时，控制开关V2处于常断状态，控制开关V1不断开关实现BUCK变换器降压。
作为优选方案，所述步骤S4中模拟电网故障包括充电机接地和短路故障、电网缺相运行故障。
本发明与现有技术相比，有益效果是：本发明提供了V2G双向互动供电系统的简化结构和充放电主电路及其控制方式，便于V2G技术涉及到电力系统和大量汽车群的模拟验证。
附图说明
图1是本发明基于模型的V2G技术研究方法实施例一的V2G结构模型的示意图；
图2是本发明基于模型的V2G技术研究方法实施例一的V2G主回路的示意图；
图3是本发明基于模型的V2G技术研究方法实施例一的双向AC/DC控制单元的示意图；
图4是本发明基于模型的V2G技术研究方法实施例一的双向DC/DC控制单元的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
实施例一：
如图1-4所示，本实施例提出一种基于模型的V2G技术研究方法，提出了V2G双向互动供电系统的结构、充放电主电路及其控制方式，包括如下步骤：
S1:建立V2G结构模型；
V2G结构模型主要由电网模型和电动汽车模型这两部分组成。
其中，电网模型主要包括住宅小区模型和充电站模型这两大部分。住宅小区模型中有光伏模型、风力发电模型以及一些家用电阻负载和电机负载；充电站模型包括三相交流充电柜、单相交流充电柜、直流充电柜和公共汽车充电柜，多种模型及多种负载、多种电柜的设置能够模拟电网的实际情况，仿真电网效果更佳。
电动汽车模型包括电动汽车充放电主电路模型，能够用于仿真多台电动汽车的实际情况。
S2:构建V2G主回路，V2G主回路由电网模型的电网及电动汽车充放电主电路模型的双向AC/DC控制单元、双向DC/DC控制单元、蓄电池连接构成；通过电网电压电流的采集、电池电压电流的采集结合电动汽车充放电控制策略，通过双向AC/DC控制单元、双向DC/DC控制单元的PWM调制对蓄电池进行模拟电动汽车充放电操控。
S3:通过双向AC/DC控制单元、双向DC/DC控制单元模拟电动汽车充放电状态，仿真多台电动汽车工作在V2G模式下对电网质量的影响；
其中，双向AC/DC控制单元包括母线电压控制、电网电流双闭环控制和锁相环PLL控制；当双向AC/DC控制单元模拟电动汽车充电时，双向AC/DC控制单元工作在PWM整流状态，网侧电压和电流同相位；当双向AC/DC控制单元模拟电动汽车放电时，即电动汽车并网时，双向AC/DC控制单元工作在PWM逆变状态，网侧电压和电流反相位；具体的，双向AC/DC控制单元具有4个控制开关，在双向AC/DC控制单元控制模拟电动汽车充放电时，由给定的充放电的电压电流值，这个值由电动汽车的蓄电池规格决定，通过母线电压PI调节控制、电网电流双闭环PI调节以及锁相环PLL(Phase Locked Loop)乘积控制形成PWM调制对双向AC/DC控制单元的4个控制开关进行开关操作实现整流和逆变的操作。
双向DC/DC控制单元包括母线电压控制、电池SOC监测控制、滞环控制，具体的，双向DC/DC控制单元包括控制开关V1和控制开关V2，当模拟电动汽车充电时，双向DC/DCC控制单元V1处于常断状态，V2的不断开关实现BOOST变换器的升压功能；当模拟电动汽车放电时，V2处于常断状态，V1的不断开关实现BUCK变换器的降压功能。
根据电动汽车蓄电池充放电特性，当双向DC/DC控制单元模拟电动汽车充电时，通过PWM调制，在蓄电池充电初始阶段采用恒流充电，当母线电压达到设定值后采用恒流恒压充电，由于蓄电池充电模式的选择取决于母线电压，在母线电压的波动时，双向DC/DC控制单元的控制开关会在不同模式间来回切换，为了避免这种情况，在充电模式选择中加入滞环控制可降低切换频率，稳定测试，降低测试原件的损耗；当双向DC/DC控制单元模拟电动汽车放电时，通过PWM调制，采用恒流放电。为了避免蓄电池过充电或过放电，加入电池监测控制，即在电池电压电流的采集时同时配以蓄电池SOC(State of Charge)的监控数据采集，输入到电动汽车充放电控制策略中，进行充放电的控制。
S4:通过住宅小区模型和充电站模型模拟电网故障，由于实际V2G运行方式接入电网，改变了配电网结构，会导致电网中短路电流大小、流向及分布发生变化，模型可以模拟充电机接地和短路故障、电网缺相运行等故障，仿真在V2G模式下电网故障模拟，即模拟电网配电网结构改变后，电网中短路电流大小、流向及分布变化，使测试研究模拟的功能性增强。
本实施例提供了V2G双向互动供电系统的简化结构和充放电主电路及其控制方式，便于V2G技术涉及到电力系统和大量汽车群的模拟验证。
应当说明的是，以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于模型的V2G技术研究方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:建立V2G结构模型，所述V2G结构模型由电网模型和电动汽车模型构成；所述电网模型包括住宅小区模型和充电站模型，用于仿真电网；所述电动汽车模型包括电动汽车充放电主电路模型，用于仿真多台电动汽车；
S2:构建V2G主回路，所述V2G主回路由电网模型的电网及电动汽车充放电主电路模型的双向AC/DC控制单元、双向DC/DC控制单元、蓄电池连接构成；
S3:通过双向AC/DC控制单元、双向DC/DC控制单元模拟电动汽车充放电状态，仿真多台电动汽车工作在V2G模式下对电网质量的影响；
S4:通过住宅小区模型和充电站模型模拟电网故障，仿真在V2G模式下电网故障模拟，即模拟电网配电网结构改变后，电网中短路电流大小、流向及分布变化。
2.如权利要求1所述的一种基于模型的V2G技术研究方法，其特征在于，所述步骤S1中的住宅小区模型包括光伏模型、风力发电模型以及若干家用电阻负载和电机负载。
3.如权利要求1所述的一种基于模型的V2G技术研究方法，其特征在于，所述步骤S1中的充电站模型包括三相交流充电柜、单相交流充电柜、直流充电柜和公共汽车充电柜。
4.如权利要求1所述的一种基于模型的V2G技术研究方法，其特征在于，所述步骤S3中的双向AC/DC控制单元包括母线电压控制、电网电流双闭环控制和锁相环PLL控制；当双向AC/DC控制单元模拟电动汽车充电时，双向AC/DC控制单元工作在PWM整流状态，网侧电压和电流同相位；当双向AC/DC控制单元模拟电动汽车放电时，即电动汽车并网时，双向AC/DC控制单元工作在PWM逆变状态，网侧电压和电流反相位。
5.如权利要求1所述的一种基于模型的V2G技术研究方法，其特征在于，所述步骤S3中的双向DC/DC控制单元包括母线电压控制；当双向DC/DC控制单元模拟电动汽车充电时，通过PWM调制，在蓄电池充电初始阶段采用恒流充电，当母线电压达到设定值后采用恒流恒压充电；当双向DC/DC控制单元模拟电动汽车放电时，通过PWM调制，采用恒流放电。
6.如权利要求5所述的一种基于模型的V2G技术研究方法，其特征在于，
所述双向DC/DC控制单元还包括电动汽车充放电的电池SOC监测控制。
7.如权利要求5所述的一种基于模型的V2G技术研究方法，其特征在于，当双向DC/DC控制单元模拟电动汽车充电时，所述双向DC/DC控制单元还包括滞环控制。
8.如权利要求5所述的一种基于模型的V2G技术研究方法，其特征在于，所述双向DC/DC控制单元包括控制开关V1和控制开关V2；当电动汽车充电时控制开关V1处于常断状态，控制开关V2不断开关以实现BOOST变换器升压；当电动汽车放电时，控制开关V2处于常断状态，控制开关V1不断开关实现BUCK变换器降压。
9.如权利要求1所述的一种基于模型的V2G技术研究方法，其特征在于，所述步骤S4中模拟电网故障包括充电机接地和短路故障、电网缺相运行故障。
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