CN114204644B - 一种电动汽车储能系统充放电控制方法、系统及存储介质 - Google Patents

一种电动汽车储能系统充放电控制方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电动汽车储能控制技术领域，公开了一种电动汽车储能系统充放电控制方法，包括：采集电动汽车储能系统所属电网的三相电流和三相电压；基于所述三相电流和所述三相电压计算电网的实时有功功率和实时无功功率；根据所述实时有功功率确定电网的参考工作频率，并通过所述参考工作频率计算得到频率偏差；基于所述频率偏差确定二阶控制器输出值；根据所述实时无功功率计算得到电网的工作电压；基于所述工作电压和所述二阶控制器输出值确定三相控制电压向量；构建以所述三相控制电压向量为调制信号的正弦脉冲调制信号；根据所述正弦脉冲调制信号对所述电动汽车储能系统的充放电进行控制。

Description

一种电动汽车储能系统充放电控制方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及电动汽车储能控制技术领域，尤其涉及一种电动汽车储能系统充放电控制方法、系统及存储介质。
背景技术
随着新能源技术的快速发展，新能源汽车的使用越来越广泛，新能源汽车主要依靠电能替代燃油作为汽车的主要动力来源，而新能源汽车的电能主要由电池来提供，随着新能源汽车数量的逐年增长，未来必将面临新能源汽车电池大规模接入电网的情景，当新能源汽车电池接入电网后，电网能够向电池充电，为新能源汽车的使用提供能量，同时大规模电池又可以作为储能设备，在电网负荷低时，吸纳电网的剩余能量进行存储，而在电网负荷高时，可以为电网提供能量支撑，新能源汽车的电池主要通过电力电子装置接入电网，而传统的电力电子装置具有响应速度快的特点，但当大规模新能源汽车电池接入电网后，电力电子装置过快的响应速度会导致系统惯量和阻尼的缺失，在充放电过程中还会导致新能源汽车电池电流冲击和电网频率波动。
发明内容
本发明提供了一种电动汽车储能系统充放电控制方法、系统及存储介质，以解决现有的新能源汽车电池大规模接入电网后响应速度过快的问题。
为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明提供一种电动汽车储能系统充放电控制方法，包括：
采集电动汽车储能系统所属电网的三相电流和三相电压；
基于所述三相电流和所述三相电压计算电网的实时有功功率和实时无功功率；
根据所述实时有功功率确定电网的参考工作频率，并通过所述参考工作频率计算得到频率偏差；
基于所述频率偏差确定二阶控制器输出值；
根据所述实时无功功率计算得到电网的工作电压；
基于所述工作电压和所述二阶控制器输出值确定三相控制电压向量；
构建以所述三相控制电压向量为调制信号的正弦脉冲调制信号；
根据所述正弦脉冲调制信号对所述电动汽车储能系统的充放电进行控制。
可选的，所述采集电网中三相电流和三相电压之后，所述基于所述三相电流和所述三相电压计算电网的实时有功功率和实时无功功率之前，所述方法还包括：
基于所述三相电压提取电网的实时工作频率和实时电压相位；
基于所述三相电流提取电网的实时电流相位。
可选的，所述基于所述三相电流和所述三相电压计算电网的实时有功功率和实时无功功率，包括：
基于所述三相电压、所述三相电流、所述实时电压相位和所述实时电流相位计算所述实时有功功率；
基于所述三相电压、所述三相电流、所述实时电压相位和所述实时电流相位计算所述实时无功功率。
可选的，所述根据所述实时有功功率确定电网的参考工作频率，包括：
获取电网的额定频率、额定有功功率和频率下垂系数；
基于所述额定频率、额定有功功率和频率下垂系数并根据电网下垂特性计算参考工作频率。
可选的，所述基于所述频率偏差确定二阶控制器输出值，包括：
通过对所述参考工作频率和所述实时工作频率计算得到频率偏差；
基于二阶控制器频率调节，将所述频率偏差作为二阶控制器输入值进行计算，得到二阶控制器输出值。
可选的，所述根据所述实时无功功率计算得到电网的工作电压，包括：
获取电网的额定电压、额定无功功率和电压下垂系数；
基于所述额定电压、所述额定无功功率和所述电压下垂系数并根据电网下垂特性计算得到工作电压。
可选的，所述构建以所述三相控制电压向量为调制信号的正弦脉冲调制信号，包括：
根据所述工作电压和所述二阶控制器输出值构建得到三相控制电压向量；
基于所述三相控制电压向量并结合三角波构建脉冲调制信号，得到以所述三相控制电压向量为调制信号，三角波为载波信号的正弦脉冲调制信号。
第二方面，本申请实施例提供一种电动汽车储能系统充放电控制系统，包括：
第一单元，用于获取电动汽车储能系统所属电网的三相电压和三相电流；
第二单元，用于根据所述三相电压和所述三相电流提取实时工作频率、实时电压相位和实时电流相位，并根据所述三相电压、所述三相电流、所述实时电压相位和所述实时电流相位计算得到实时有功功率和实时无功功率；
第三单元，用于根据电网下垂特性计算电网的参考工作频率和电网的工作电压；
第四单元，用于根据所述工作频率计算频率偏差，并基于二阶控制器频率调节将所述频率偏差作为二阶控制器输入值计算得到二阶控制器输出值；
第五单元，用于根据所述工作电压和所述二阶控制器输出值构建电压向量，并将所述电压向量调制成正弦脉冲调制信号。
第三方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的方法步骤。
有益效果：
本发明提供的电动汽车储能系统充放电控制方法,该方法采集电动汽车储能系统所属电网中的三相电流和三相电压，并根据采集的三相电流和三相电压确定电网的实时有功功率和实时无功功率，基于确定的实时有功功率计算电网的参考工作频率，基于确定的实时无功功率计算电网的工作电压，将参考工作频率通过计算后作为二阶控制器的输入值从而得到二阶控制器的输出值，最后以工作电压和二阶控制器的输出值确定三相控制电压向量，并将三相控制电压向量作为调制信号生成正弦脉冲调制信号对电动汽车储能系统的充放电过程进行控制，有效解决了新能源汽车电池大规模接入电网后响应速度过快的问题，降低了新能源汽车电池在吸纳电网能量过程中的大电流冲击，同时也降低了新能源汽车电池在为电网提供电能支持时电网的频率波动，提高了频率的稳定性。
附图说明
图1为本发明优选实施例的电动汽车储能系统充放电控制方法流程图；
图2为本发明优选实施例的三相锁相环结构示意图；
图3为本发明优选实施例的电动汽车储能系统充放电控制系统结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
请参见图1，本申请实施例提供一种电动汽车储能系统充放电控制方法，包括：
采集电动汽车储能系统所属电网的三相电流和三相电压；
基于所述三相电流和所述三相电压计算电网的实时有功功率和实时无功功率；
根据所述实时有功功率确定电网的参考工作频率，并通过所述参考工作频率计算得到频率偏差；
基于所述频率偏差确定二阶控制器输出值；
根据所述实时无功功率计算得到电网的工作电压；
基于所述工作电压和所述二阶控制器输出值确定三相控制电压向量；
构建以所述三相控制电压向量为调制信号的正弦脉冲调制信号；
根据所述正弦脉冲调制信号对所述电动汽车储能系统的充放电进行控制。
通过上述方法，将二阶控制器作为一个虚拟同步电机控制器，并将以三相控制电压向量和二阶控制器输出值调制生成的正弦脉冲调制信号作为虚拟同步电机控制器的机械特性方程，当电动汽车储能系统和电网连接进行充放电操作时，便可利用该方法解决电动汽车储能系统响应速度过快的问题，降低吸纳电网能量过冲中的大电流冲击，以及在为电网提供能量支持时的电网频率波动，提高频率稳定性。
可选的，所述基于所述三相电流和所述三相电压计算电网的实时有功功率和实时无功功率，包括：
基于所述三相电压、所述三相电流、所述实时电压相位和所述实时电流相位计算所述实时有功功率；
基于所述三相电压、所述三相电流、所述实时电压相位和所述实时电流相位计算所述实时无功功率。
在本可选的实施方式中，实时有功功率与三相电压、三相电流、实时电压相位和实时电流相位之间满足如下关系：
其中三相电压Va，Vb，VC，三相电流Ia，Ib，IC，实时电压相位实时电流相位/>实时有功功率P；
在本可选的实施方式中，实时无功功率与三相电压、三相电流、实时电压相位和实时电流相位之间满足如下关系：
其中，三相电压Va，Vb，VC，三相电流Ia，Ib，IC，实时电压相位实时电流相位/>实时无功功率Q。
可选的，所述根据所述实时有功功率确定电网的参考工作频率，包括：
获取电网的额定频率、额定有功功率和频率下垂系数；
基于所述额定频率、额定有功功率和频率下垂系数并根据电网下垂特性计算电网的参考工作频率。
在本可选的实施方式中，参考工作频率与额定频率、额定有功功率和频率下垂系数之间满足如下关系：
fref＝fN+kf·(PN-P.)
其中，额定频率fN，额定有功功率PN，频率下垂系数kf，参考工作频率fref。
可选的，所述基于所述频率偏差确定二阶控制器输出值，包括：
通过对所述参考工作频率和所述实时工作频率计算得到频率偏差；
基于二阶控制器频率调节，将所述频率偏差作为二阶控制器输入值进行计算，得到二阶控制器输出值。
在本可选的实施方式中，频率偏差与参考工作频率和实时工作频率之间满足如下关系：
Δf＝fref-f
其中，参考工作频率fref，实时工作频率f，频率偏差Δf；
在本可选的实施方式中，二阶控制器输出值与频率偏差之间满足如下关系：
其中，频率偏差Δf，二阶控制器输出值θ，k1和k2为二阶控制器内部参数，二阶控制器的控制周期Ts，θ’为Ts前二阶控制器输出值，θ”为2Ts前二阶控制器输出值。
可选的，所述根据所述实时无功功率计算得到电网的工作电压，包括：
获取电网的额定电压、额定无功功率和电压下垂系数；
基于所述额定电压、所述额定无功功率和所述电压下垂系数并根据电网下垂特性计算得到工作电压。
在本可选的实施方式中，工作电压与额定电压、额定无功功率和电压下垂系数之间满足如下关系：
Vref＝VN+kV·(QN-Q)
其中，额定电压VN，额定无功功率QN，电压下垂系数kV，工作电压Vref。
可选的，所述构建以所述三相控制电压向量为调制信号的正弦脉冲调制信号，包括：
根据所述工作电压和所述二阶控制器输出值构建得到三相控制电压向量；
基于所述三相控制电压向量并结合三角波构建脉冲调制信号，得到以所述三相控制电压向量为调制信号，三角波为载波信号的正选脉冲调制信号。
在本可选的实施方式中，作为载波信号的三角波可以是频率为100f的三角波，三相控制电压向量与工作电压和二阶控制器输出值之间满足如下关系：
其中，工作电压Vref，二阶控制器输出值θ，电压向量V，t表示时间。
请参见图2，可选地，所述采集电网中三相电流和三相电压之后，所述基于所述三相电流和所述三相电压计算电网的实时有功功率和实时无功功率之前，所述方法还包括：
基于所述三相电压提取电网的实时工作频率和实时电压相位；
基于所述三相电流提取电网的实时电流相位。
在本可选的实施方式中，可以利用三相锁相环并根据三相电压提取电网的实时工作频率和实时电压相位；
同时可以利用三相锁相环并根据三相电流提取电网的实时电流相位。
其中，三相电压Va，Vb，Vc，三相电流Ia，Ib，Ic，根据三相锁相环提取的实时工作频率f，实时电压相位和实时电流相位/>
提取到的实时工作频率f、实时电压相位和实时电流相位/>能够代入后续方法步骤中进行计算，为后续方法步骤提供数据支持。
根据上述实施例，以110kVA变电站可接入电网为例，电网额定参数假定为：电网负载为纯阻性负载，则φv＝φi，QN＝0，PN＝110kW，fN＝50Hz，VN＝220V，kf＝kv＝0.0001；电网当前工作参数假定为：Va＝Vb＝Vc＝220V，Ia＝Ib＝Ic＝180A，f＝49.6Hz；控制参数假定为k1＝0.25，k2＝1.2，Ts＝0.0005s，θ’＝θ”＝0.01，大规模电动汽车储能系统充放电控制方法具体实现如下：
采集电网三相电压Va＝Vb＝Vc＝220V和Ia＝Ib＝Ic＝180A并提取电网实时工作频率f＝49.6Hz、实时电流相位φi和实时电压相位φv；
计算实时有功功率P＝(Va·Ia+Vc·Ic+Vc·Ic)·cos(φv-φi)＝(220*180+220*180+220*180)·cos0＝118.8kW；
计算实时无功功率为Q＝(Va·Ia+Vc·Ic+Vc·Ic)·sin(φv-φi)＝(220*180+220*180+220*180)·sin0＝0；
根据电网下垂特性对电网的参考工作频率进行计算fref＝fN+kf·(PN–P)＝50+0.0001·(110000–118800)＝49.12Hz，该频率即为电网在当前负载下的稳定运行频率；
由fref和f计算频率偏差Δf＝fref–f＝49.12–49.6＝–0.48Hz，并将Δf作为二阶控制器的输入，计算二阶控制器的输出为：
再根据电网下垂特性计算电网的工作电压Vref＝VN+kv·(QN–Q)＝220+0.0001·(0–0)＝220V；
最后以Vref＝220V和二阶控制器输出θ＝0.0099952构建电网三相控制电压向量V为：
将V作为调制信号，频率为100f＝4960Hz的三角波作为载波信号，产生用于控制电力电子装置的正弦脉冲调制信号，并将该电力电子装置用于连接电动汽车储能系统和电网，当电网通过电力电子装置为电动汽车储能系统充电时，电流会在经过电力电子装置时首先驱动以正弦脉冲调制信号为机械特性方程的虚拟同步电机控制器再流向电动汽车储能系统，通过虚拟同步电机控制器的缓冲，有效避免了电流响应过快产生的问题，同理在电动汽车储能系统向电网放电时，电流也能在虚拟同步电机控制器的作用下进行缓冲，避免电网出现频率波动。
请参见图3，本申请实施例提供的电动汽车储能系统充放电控制系统，包括：
第一单元，用于获取电动汽车储能系统所属电网的三相电压和三相电流；
第二单元，用于根据所述三相电压和所述三相电流提取实时工作频率、实时电压相位和实时电流相位，并根据所述三相电压、所述三相电流、所述实时电压相位和所述实时电流相位计算得到实时有功功率和实时无功功率；
第三单元，用于根据电网下垂特性计算电网的参考工作频率和电网的工作电压；
第四单元，用于根据所述工作频率计算频率偏差，并基于二阶控制器频率调节将所述频率偏差作为二阶控制器输入值计算得到二阶控制器输出值；
第五单元，用于根据所述工作电压和所述二阶控制器输出值构建电压向量，并将所述电压向量调制成正弦脉冲调制信号。
上述的电动汽车储能系统充放电控制系统，可以实现上述的电动汽车储能系统充放电控制方法的各个实施例，且能达到相同的有益效果，此处，不做赘述。
可选的，本申请实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如上所述的电动汽车储能系统充放电控制方法的步骤。该可读存储介质可以实现上述的电动汽车储能系统充放电控制方法的各个实施例，且能达到相同的有益效果，此处，不做赘述。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电动汽车储能系统充放电控制方法，其特征在于，包括：
采集电动汽车储能系统所属电网的三相电流和三相电压；
基于所述三相电流和所述三相电压计算电网的实时有功功率和实时无功功率；
根据所述实时有功功率确定电网的参考工作频率，并通过所述参考工作频率计算得到频率偏差；
基于所述频率偏差确定二阶控制器输出值；
根据所述实时无功功率计算得到电网的工作电压；
基于所述工作电压和所述二阶控制器输出值确定三相控制电压向量；
构建以所述三相控制电压向量为调制信号的正弦脉冲调制信号；
根据所述正弦脉冲调制信号对所述电动汽车储能系统的充放电进行控制；
其中，二阶控制器输出值与频率偏差之间满足如下关系：
其中，Δf为频率偏差，θ为二阶控制器输出值，k1和k2为二阶控制器内部参数，Ts为二阶控制器的控制周期，θ'为Ts前二阶控制器输出值，θ”为2Ts前二阶控制器输出值；
作为载波信号的三角波是频率为100f的三角波，三相控制电压向量与工作电压和二阶控制器输出值之间满足如下关系：
其中，Vref为工作电压，V为电压向量，t表示时间，fref表示参考工作频率。
2.根据权利要求1所述的电动汽车储能系统充放电控制方法，其特征在于，所述采集电网中三相电流和三相电压之后，所述基于所述三相电流和所述三相电压计算电网的实时有功功率和实时无功功率之前，所述方法还包括：
基于所述三相电压提取电网的实时工作频率和实时电压相位；
基于所述三相电流提取电网的实时电流相位。
3.根据权利要求2所述的电动汽车储能系统充放电控制方法，其特征在于，所述基于所述三相电流和所述三相电压计算电网的实时有功功率和实时无功功率，包括：
基于所述三相电压、所述三相电流、所述实时电压相位和所述实时电流相位计算所述实时有功功率；
基于所述三相电压、所述三相电流、所述实时电压相位和所述实时电流相位计算所述实时无功功率。
4.根据权利要求1所述的电动汽车储能系统充放电控制方法，其特征在于，所述根据所述实时有功功率确定电网的参考工作频率，包括：
获取电网的额定频率、额定有功功率和频率下垂系数；
基于所述额定频率、额定有功功率和频率下垂系数并根据电网下垂特性计算参考工作频率。
5.根据权利要求2所述的电动汽车储能系统充放电控制方法，其特征在于，所述基于所述频率偏差确定二阶控制器输出值，包括：
通过对所述参考工作频率和所述实时工作频率计算得到频率偏差；
基于二阶控制器频率调节，将所述频率偏差作为二阶控制器输入值进行计算，得到二阶控制器输出值。
6.根据权利要求1所述的电动汽车储能系统充放电控制方法，其特征在于，所述根据所述实时无功功率计算得到电网的工作电压，包括：
获取电网的额定电压、额定无功功率和电压下垂系数；
基于所述额定电压、所述额定无功功率和所述电压下垂系数并根据电网下垂特性计算得到工作电压。
7.根据权利要求1所述的电动汽车储能系统充放电控制方法，其特征在于，所述构建以所述三相控制电压向量为调制信号的正弦脉冲调制信号，包括：
根据所述工作电压和所述二阶控制器输出值构建得到三相控制电压向量；
基于所述三相控制电压向量并结合三角波构建脉冲调制信号，得到以所述三相控制电压向量为调制信号，三角波为载波信号的正弦脉冲调制信号。
8.一种电动汽车储能系统充放电控制系统，其特征在于，包括：
第一单元，用于获取电动汽车储能系统所属电网的三相电压和三相电流；
第二单元，用于根据所述三相电压和所述三相电流提取实时工作频率、实时电压相位和实时电流相位，并根据所述三相电压、所述三相电流、所述实时电压相位和所述实时电流相位计算得到实时有功功率和实时无功功率；
第三单元，用于根据电网下垂特性计算电网的参考工作频率和电网的工作电压；
第四单元，用于根据所述工作频率计算频率偏差，并基于二阶控制器频率调节将所述频率偏差作为二阶控制器输入值计算得到二阶控制器输出值；
第五单元，用于根据所述工作电压和所述二阶控制器输出值构建电压向量，并将所述电压向量调制成正弦脉冲调制信号；
其中，二阶控制器输出值与频率偏差之间满足如下关系：
其中，Δf为频率偏差，θ为二阶控制器输出值，k1和k2为二阶控制器内部参数，Ts为二阶控制器的控制周期，θ'为Ts前二阶控制器输出值，θ”为2T s前二阶控制器输出值；
作为载波信号的三角波是频率为100f的三角波，三相控制电压向量与工作电压和二阶控制器输出值之间满足如下关系：
其中，Vref为工作电压，V为电压向量，t表示时间，fref表示参考工作频率。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的方法步骤。
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