CN114629127B - 电动汽车充电站参与电网调压的建模与控制方法 - Google Patents

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Abstract

电动汽车充电站参与电网调压的建模与控制方法，涉及电力系统新能源设备建模与控制领域。为了解决目前还没有一种方法能够从电力系统层面上对充电机负荷模型及其电压支撑特性进行控制的问题。本发明在建立含有电压源型PWM整流器、移相全桥ZVS直流变换器等设备的充电机模型的基础上，利用平均开关模型和阻抗模型对充电机进行了模型简化，并且采用下垂控制与电压支撑控制相结合的控制方法实现了充电站参与电网调压的目的。本发明可以在电网电压跌落时提供无功支撑，改善系统电压质量，提高系统电压稳定性。本发明主要从电力系统层面上对充电机负荷模型及其电压支撑特性进行控制。

Description

电动汽车充电站参与电网调压的建模与控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统新能源设备建模与控制领域，具体涉及一种电动汽车充电站参与电网调压的建模与控制方法。
背景技术
电动汽车的普及是解决能源和环境危机的重要手段，甚至被认为是未来交通的唯一长远解决方案。电动汽车充电负荷建模涉及动力电池的充电特性、用户的用车行为、充电方式、充电机结构等多种因素。目前对电动汽车负荷建模的研究着重于静态负荷模型，而对充电站动态过程的研究较少。充电机作为电动汽车充电站的核心部分，经历了从不控到全控，从斩波到高频的发展，目前广泛应用的充电机是由三相PWM整流器、DC-DC变换器组成的两级式结构。对于三相PWM整流器的数学模型，目前最常用的做法是根据整流器的结构列出电路方程，然后对两相旋转坐标系下的等效控制方程进行闭环控制。DC-DC变换器建模方式主要包括数值法和解析法，前者包括直接数值法和间接数值法，后者包括离散解析法和连续解析法。
目前，针对充电机的仿真建模，已有多种解决方案，例如：
1、曹琦琦发表的“V2G建模及接入系统分析研究”，2011，北京交通大学，该论文结合实际充电机参数和蓄电池充电过程中获得的数据，建立了高频充电机的一般谐波仿真模型；并基于北京奥运会纯电动公交特点，对仿真模型进行了分析。
2、胡国珍等人发表的“弱电网下储能电池能量回馈系统自适应并网控制策略”电力系统自动化：2013，37(01)：84-89，该文章利用PSCAD和Simulink搭建了充电状态和放电状态下的充电机模型，采用恒功率控制策略，通过调节有功电流和无功电流使其跟踪参考电流，以实现对有功功率和无功功率的输出控制。
3、Mitsukuri等人发表的“Voltage regulation in distribution systemutilizing electric vehicles and communication”IEEE PES T&D,2012,pp.1-6，该文章根据建立的无功功率参考，使用电动汽车的三相双向逆变器，通过PQ控制提供无功功率补偿并保持母线电压稳定。
综上，目前已有的方法多数是通过建立充电机模型，进行控制策略的研究和优化，很少从电力系统层面上对充电机负荷模型及其电压支撑特性进行研究。为此，亟需一种能够在大、小扰动情况下为电网提供预定无功功率支撑的电动汽车充电站建模与控制方法。
发明内容
本发明为了解决目前还没有一种方法能够从电力系统层面上对充电机负荷模型及其电压支撑特性进行控制的问题。
一种电动汽车充电站参与电网调压的建模方法，包括以下步骤：
充电机为包括三相PWM整流器、DC-DC变换器的两级式结构，电动汽车充电站拓扑结构采取共直流母线结构，即：各个电动汽车的动力电池通过DC-DC变换器并联至直流母线并通过同一台三相电压源型PWM整流器经交直流变换连接至交流电网；
三相电压源型PWM整流器控制器的外环为电压环，内环为电流环；电压环给定直流母线电压参考值，通过PI控制输出d轴电流给定值；电流环采用前馈解耦控制策略，采用PI调节器输出ud、uq，ud轴电流控制直流电压Vdc，uq轴电流控制网侧功率因数；
三相电压源型PWM整流器的每相桥臂的开关器件等效为一个受控电压源和受控电流源的组合；三相电压源型PWM整流器的采用平均开关模型进行等效确定等效电路：用va、vb、vc模拟整流器并网点三相电源，N为三相电源的中性点，rL和L为整流器并网的等效阻抗，da、db、dc分别表示三相桥臂上开关器件的占空比，ia、ib、ic分别表示流过开关器件的电流，Vdc为整流器输出的直流电压，将开关器件等效成受控源后通过滤波电容C和电阻rC接入下一级的DC-DC变换器；利用相同的方式将DC-DC变换器的模型简化为平均开关模型；直接将用作PWM调制的电压作为控制三相电压源型PWM整流器和DC-DC变换器等效受控电压源的参考电压；
两级式结构的直流充电机中，通过输入阻抗等效的方式模拟DC-DC变换器和电池负载，得到简化的充电机模型；
对于充电站，即多个直流变换器并联的共直流母线结构，根据充电功率等效为电阻并联进行计算。
进一步地，所述建模方法还包括以下步骤：
针对电动汽车的动力电池，基于电池实验手册《PNGV Battery Test Manual》建立动力电池模型；
对于由电池单体串并联组成的大容量电池组，通过电路等效的方法，得到动力电池组电路模型。
进一步地，所述动力电池模型的等效电路方程为：
UL＝-Ub-Up-R0IL+UOC (2)
其中，Uoc为电池开路电压；Ro为电池等效欧姆内阻，IL为流经电池等效欧姆内阻R0的电流；Rp为等效极化内阻，Ip为流过Rp上的电流；Cp为极化电容，Up为电容Cp两端的电压；Cb为描述电池充放电过程中所产生的开路电压变化电容，Ub为电容Cb两端的电压。
进一步地，所述动力电池模型的等效电路方程中的参数通过混合动力脉冲功率特性试验获得。
进一步地，建模过程中选用移相全桥ZVS直流变换器作为DC-DC变换器。
进一步地，通过输入阻抗等效的方式模拟DC-DC变换器和电池负载，得到简化的充电机模型的过程包括以下步骤：
将电池可以视为恒功率负载；在上述平均开关模型的基础上将DC-DC变换器和电池负载进行阻抗等效；在阻抗简化模型中，充电机前一级的PWM整流模型仍采用平均开关模型，充电机后一级的DC-DC变换器和电池负载等效成可变电阻Rin，并在阻抗简化模型中加上滤波器，把DC-DC变换器和电池负载等效为一个滤波器和负载电阻。
进一步地，充电机后一级的DC-DC变换器和电池负载等效成可变电阻Rin的表达式下：
式中，Rin为DC-DC变换器输入阻抗；Uin、Iin分别为DC-DC变换器阻抗Rin对应的电压、电流；Pin(t)为DC-DC变换器输入功率；Po(t)为DC-DC变换器输出功率，即电动汽车充电功率；η为变换器效率。
一种电动汽车充电站参与电网调压的控制方法，针对利用所述的一种电动汽车充电站参与电网调压的建模方法建立的电动汽车充电站模型；利用下垂控制与电压支撑控制相结合的控制方法进行控制，具体包括以下步骤：
在电压跌落时，当母线残压在0.97p.u.以上时，充电站不发无功；
当母线残压跌落至0.94p.u.至0.97p.u.时，按照固定系数kq成比例发出无功；
当母线残压跌落至0.94p.u.以下时，发出最大无功；
母线残压受变压器容量和整流器过流限制，如下：
式中，Q为无功的值，Q为正值表示发出无功，Q为负值表示吸收无功；kq为无功支撑控制斜率；
当电压支撑控制不能满足电力系统调压需求时，则采用电压下垂控制方式，将电动汽车充电负荷作为可控负荷，在电压跌落期间减少充电功率，提高母线电压；在电压跌落程度对应U≥0.95p.u.时，充电功率维持原值不变，在电压继续下降时按照比例削减充电功率，如公式(5)所示；
式中，Kp为有功下垂控制斜率；Ppre为系统发生故障前一时刻的充电功率；
对于电压抬升过程，其控制方式类似，电压在1.03p.u.以内时不吸收无功，超过1.03p.u.按比例吸收无功直至达到电动汽车充电站容量的限制；
控制过程中采用无功优先控制方式，剩余电流能力用于发出有功功率。
进一步地，采用无功优先控制方式，剩余电流能力用于发出有功功率对应的过程中，有功和无功控制变量满足公式(6)的限制条件：
式中，S为变压器容量；id、iq为有功电流、无功电流。
进一步地，稳态情况下充电机运行于单位功率因数，电压越限时，控制器通过削减充电功率、吸收或发出无功手段，动态改善系统电压质量，具体过程如下：
电动汽车充电站的控制方式包括稳态模式控制和故障模式控制，稳态模式控制使充电机工作在单位功率因数下稳定并网，输出无功电流Iq为0，当并网点电压波动大小满足式(4)和式(5)的条件时，控制方式自动切换至故障模式下，按照式(4)和式(5)的条件输出有功和无功。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
针对电动汽车充电站，提出了利用平均开关模型和阻抗简化模型对充电机进行模型简化的方法，建立了能够兼顾计算量和精度的充电站简化模型。在此基础上，进一步提出了下垂控制与电压支撑控制相结合的充电站参与电网调压的控制方法，从电力系统层面上对充电机负荷模型及其电压支撑特性进行建模和控制，能够在大、小扰动情况下，为电网提供预定的无功功率支撑，改善系统电压质量，提高电压稳定性。
附图说明
图1为本发明的电动汽车充电站拓扑结构图；
图2为本发明的PNGV模型等效电路图；
图3为本发明的移相全桥ZVS直流变换器拓扑及其控制模块示意图；
图4为本发明的三相电压源型PWM整流器拓扑及其控制模块示意图；
图5为本发明的PWM整流器平均开关模型等效电路图；
图6为本发明的全桥开关网络等效电路图；
图7为本发明的DC-DC变换器输出滤波器电路图；
图8为本发明的电压下垂控制与无功支撑控制结合的控制函数图；
图9为本发明的充电机控制模式切换示意图；
图10为本发明的不同详细程度充电站模型的外特性对比图；
图11为本发明的简单算例系统的电压调节控制效果对比图；
图12为本发明的节点2电压响应曲线对比图；
图13为本发明的节点25电压响应曲线对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明从电动汽车充电站的核心设备和充电系统的结构分析出发，在Matlab/Simulink中搭建了包含电动汽车充电站拓扑、动力电池模型、DC-DC变换器模型以及三相PWM整流器模型的电动汽车充电站模型；本发明提出了利用平均开关模型和阻抗简化模型对充电机进行模型简化的方法；在此基础上，进一步提出了下垂控制与电压支撑控制相结合的电动汽车充电站参与电网调压的控制方法，能够在大、小扰动情况下为电网提供预定的无功功率支撑，改善系统电压质量，提高电压稳定性。本发明的建模和控制过程主要如下：
电动汽车充电站拓扑采用对网侧电能质量统一管理方便、需要的整流装置较少的共直流母线结构；动力电池模型基于电池实验手册《PNGV Battery Test Manual》建立，并通过混合动力脉冲功率特性试验(HPPC实验)获得具体参数，对于由电池单体串并联组成的大容量电池组，通过电路等效的方法，得到其动力电池组电路模型和参数；DC-DC变换器模型为移相全桥ZVS直流变换器模型，采用电压电流双环控制方法；三相PWM整流器模型为三相电压源型PWM整流器(VSR)模型，其控制器外环为电压环，给定直流母线电压参考值，输出d轴电流给定值，内环为电流环，采用前馈解耦控制策略控制直流电压和功率因数。
平均开关模型将详细模型中的IGBT等开关器件用平均模型代替，用电流源和电压源代替开关网络，使模型中不再包含高频开关。相应的，其控制部分的PWM模块也可以略去，直接将原来用作PWM调制的电压作为控制等效受控电压源的参考电压，保留其余控制电路。阻抗简化模型通过输入阻抗等效的方式模拟DC-DC变换器和电池负载，得到更简化的充电机模型。同时，考虑到实际电路中输出滤波器的存在，可将DC-DC变换器和电池负载等效为一个滤波器和负载电阻；负载电阻的阻值与电池充电功率有关，随着充电过程的进行而变化。对于充电站，即多个直流变换器并联的共直流母线结构，可根据充电功率等效为电阻并联进行计算。
下垂控制和电压支撑控制相结合的控制方法为：稳态情况下充电机运行于单位功率因数，电压越限时，控制器将通过削减充电功率、吸收或发出无功等手段，动态改善系统电压质量。在电压跌落程度较轻时，如母线残压在0.97p.u.以上时，充电站不发无功；跌落至0.94p.u.至0.97p.u.时，按照某一固定系数成比例发出无功；跌落至0.94p.u.以下时，发出最大无功，该数值受变压器容量和整流器过流限制。当以上电压支撑控制不能满足系统调压需求时，则采用电压下垂控制，将电动汽车充电负荷作为可控负荷，短时内减少充电功率，提高母线电压。在电压跌落程度较轻时，充电功率维持原值不变，在电压继续下降时按照某一固定比例削减充电功率。对于电压抬升过程，其控制方式类似，电压在1.03p.u.以内时不吸收无功，超过1.03p.u.按固定比例吸收无功直至达到电动汽车充电站容量的限制。值得提及的是，为最大限度地进行电压支撑，该方法采用无功优先的控制方式，剩余电流能力用于发出有功功率。
更具体地，
本发明采用的充电机是由三相PWM整流器、DC-DC变换器组成的两级式结构。电动汽车充电站主要有共直流母线和共交流母线两种拓扑形式。其中，共直流母线结构对网侧电能质量统一管理方便、需要的整流装置较少。因此，本发明采取共直流母线结构的电动汽车充电站拓扑结构，所述电动汽车充电站拓扑结构如图1所示，各个电动汽车的动力电池通过DC-DC变换器并联至直流母线并通过同一台PWM整流器经交直流变换连接至交流电网。
所述动力电池模型基于电池实验手册《PNGV Battery Test Manual》建立，其等效电路如说明书附图2所示。其中，Uoc为电池开路电压；Ro为电池等效欧姆内阻，Rp为等效极化内阻，Cp为极化电容；流过Rp上的电流为Ip；Cb为描述电池充放电过程中所产生的开路电压变化电容，IL为流经电池等效欧姆内阻R0的电流；Ub为电容Cb两端的电压；Up为电容Cp两端的电压。电池的等效电路方程为：
UL＝-Ub-Up-R0IL+UOC (2)
公式(1)-(2)中的参数可通过混合动力脉冲功率特性试验(HPPC实验)获得。
对于由电池单体串并联组成的大容量电池组，可以通过电路等效的方法，得到其动力电池组电路模型和参数。
所述DC-DC变换器是两级式充电机的第二级，连接前级的PWM整流器和后级的动力电池负载。
本发明选用移相全桥ZVS直流变换器作为DC-DC变换器，采用电压电流双环控制方法，原因如下：1)充电对象是电动汽车，从人身安全考虑，需要选择带隔离的直流变换器作为系统主拓扑结构；2)在常用的带隔离直流变换器拓扑中，与单端反激、单端正激、半桥等电源拓扑相比，全桥式变换器包含四个功率开关管，输出功率最大；3)在较高的电源开关频率下，移相全桥ZVS电路与传统的全桥电路的不同就在于其具有并联谐振电容，能够实现软关断，通过谐振电感与谐振电容进行谐振，使开关管两端的电压为零，实现零电压开通，从而减少开关损耗。移相全桥ZVS直流变换器的主电路拓扑及其控制模块示意图如说明书附图3所示。
充电机交直变换部分的三相电压源型PWM整流器(VSR)等效电路及控制如附图4所示，其外环为电压环，给定直流母线电压参考值，通过PI控制输出d轴电流给定值。内环为电流环，采用前馈解耦控制策略，采用PI调节器输出ud、uq，ud轴电流控制直流电压Vdc，uq轴电流控制网侧功率因数，此处希望充电机工作于单位功率因数下，故取为iq为0。
平均开关模型中三相电压源型PWM整流器(三相全控桥PWM整流器)的每相桥臂的开关器件可以等效为一个受控电压源和受控电流源的组合，受控源的参数与整流后的直流电压大小、开关器件的占空比以及流过开关器件的电流有关。三相电压源型PWM整流器的平均开关模型等效电路如图5所示，va、vb、vc模拟整流器并网点三相电源，N为三相电源的中性点，rL和L为整流器并网的等效阻抗，da、db、dc分别表示三相桥臂上开关器件的占空比，ia、ib、ic分别表示流过开关器件的电流，Vdc为整流器输出的直流电压，将开关器件等效成受控源后通过滤波电容C和电阻rC接入下一级的DC-DC变换器。利用同样的方法可以将DC-DC变换器的详细模型简化为平均开关模型，DC-DC的平均开关模型如图6所示。相应的，三相PWM整流器和DC-DC变换器详细模型控制部分的PWM模块也可以略去，三相PWM整流器和DC-DC变换器平均开关模型直接将原来用作PWM调制的电压作为控制等效受控电压源的参考电压，并保留三相PWM整流器和DC-DC变换器详细模型控制部分的其余控制电路。在两级式结构的直流充电机中，PWM整流器作为连接电网的前级，承担的主要功能是控制功率交换和功率因数、维持直流母线电压；DC-DC变换器作为后一级，主要负责将直流电压、电流变换到动力电池可以承受的电压、电流，并设定充电的方式。也就是说，前级的整流器基本上决定了充电机的动态特性，而后级的DC-DC变换器主要用作电压变换，电动汽车电池对于并网点的动态性能的影响也很小。因此，可以通过输入阻抗等效的方式模拟DC-DC变换器和电池负载，得到更简化的充电机模型。
电网发生故障的持续时间通常只有几微秒至几秒，相对于电池的小时级充电过程而言，这个过程很短，因此电池可以视为恒功率负载。在上述平均开关模型的基础上将DC-DC变换器和电池负载进行阻抗等效。阻抗简化模型中，充电机前一级的PWM整流模型仍采用平均开关模型，充电机后一级的DC-DC变换器和电池负载等效成可变电阻Rin，Rin的表达式如式(3)所示：
式中，Rin为DC-DC变换器输入阻抗；Uin、Iin分别为DC-DC变换器阻抗Rin对应的电压、电流；Po(t)为DC-DC变换器输出功率，即电动汽车充电功率；Pin(t)为DC-DC变换器输入功率；η为变换器效率。
如果只把DC-DC变换器等效为电阻，实际上由于输出滤波器的存在，它在电路中有类似积分环节的作用，使得阻抗简化模型会有比较大的误差。所以在阻抗简化模型中还应该加上滤波器，如说明书附图7所示。这样，就可以把DC-DC变换器和电池负载等效为一个滤波器和负载电阻；负载电阻的阻值与电池充电功率有关，随着充电过程的进行而变化。对于充电站，即多个直流变换器并联的共直流母线结构，可根据充电功率等效为电阻并联进行计算。
下垂控制与电压支撑控制相结合的控制方法利用电动汽车充电站的无功调节能力提升系统电压的抗扰动能力。
如说明书附图8所示，在电压跌落程度较轻时，如母线残压在0.97p.u.以上时，充电站不发无功(发无功指的是Q为正值，Q为负值时为吸收无功)；跌落至0.94p.u.至0.97p.u.时，按照固定系数kq成比例发出无功；跌落至0.94p.u.以下时，发出最大无功，该数值受变压器容量和整流器过流限制，如公式(4)所示。
式中，kq为无功支撑控制斜率。
当以上电压支撑控制不能满足电力系统调压需求时，则采用电压下垂控制方式，将电动汽车充电负荷作为可控负荷，在电压跌落期间减少充电功率，提高母线电压。在电压跌落程度较轻时(即U≥0.95p.u.时)，充电功率维持原值不变，在电压继续下降时按照某一固定比例削减充电功率，如公式(5)所示。
式中，Kp为有功下垂控制斜率；Ppre为系统发生故障前一时刻的充电功率。
对于电压抬升过程，其控制方式类似，电压在1.03p.u.以内时不吸收无功，超过1.03p.u.按固定比例吸收无功直至达到电动汽车充电站容量的限制。
值得提及的是，为最大限度地进行电压支撑，本发明采用无功优先控制方式，剩余电流能力用于发出有功功率。有功和无功控制变量满足公式(6)的限制条件：
式中，S为变压器容量；id、iq为有功电流、无功电流。
控制策略如说明书附图9所示，稳态情况下充电机运行于单位功率因数，电压越限时，控制器将通过削减充电功率、吸收或发出无功等手段，动态改善系统电压质量。具体的，电动汽车充电站的控制方式包括稳态模式控制和故障模式控制，稳态模式控制使充电机工作在单位功率因数下稳定并网，输出无功电流Iq为0，当并网点电压波动大小满足式(4)和式(5)的条件时，控制方式自动切换至故障模式下，按照式(4)和式(5)的条件输出有功和无功。
实施例
基于包含30台充电机的电动汽车充电站的简单算例系统模型，对所述的详细模型、平均开关简化模型、阻抗简化模型进行了动态仿真，1s时在110kV电源双回路出线的中点处发生三相短路故障，持续0.5s后清除，并网点电压跌落至0.3p.u.，三个模型在并网点处有功功率和无功功率的响应曲线如说明书附图10所示。简化后的模型虽然均能够模拟详细模型在故障情况下的主导动态响应特性，但阻抗简化模型在暂态情况下的模拟精度较差，推荐使用平均开关简化模型。
基于平均开关简化模型，分别对嵌入和非嵌入下垂控制与电压支撑控制相结合的控制方法的模型进行仿真，1s时在110kV电源双回路出线的中点处发生三相短路故障，持续0.5s后清除，并网点处的电压动态响应和无功功率动态响应的对比如说明书附图11所示。可以看出，未采用电压下垂控制和无功支撑控制时，故障期间的电压跌落程度比采用时严重；因此，提出的控制方法可以在三相短路故障情况下按照预定的方式，发出无功功率，支撑系统电压，改善电压抗扰能力。
为进一步验证提出的控制方法的有效性，将嵌入该模块的电动汽车充电站平均开关简化模型接入IEEE33节点辐射状配电网。该系统基准电压为12.66kV，基准容量为10MW，网络总负荷为5084.26+j2547.32kVA。在节点25接入充电站。1.5s时12.66KV母线电压从1p.u.降低到0.97p.u.，配电网在有、无电动汽车充电站动态电压控制功能时，节点2和25的电压对比分别如说明书附图12和图13所示。可以看出，采用提出的方法，在电压跌落时充电站能够及时发出无功，不论是接入点还是附近节点，都具有更好的电压性能。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种电动汽车充电站参与电网调压的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
充电机为包括三相PWM整流器、DC-DC变换器的两级式结构，电动汽车充电站拓扑结构采取共直流母线结构，即：各个电动汽车的动力电池通过DC-DC变换器并联至直流母线并通过同一台三相电压源型PWM整流器经交直流变换连接至交流电网；
三相电压源型PWM整流器控制器的外环为电压环，内环为电流环；电压环给定直流母线电压参考值，通过PI控制输出d轴电流给定值；电流环采用前馈解耦控制策略，采用PI调节器输出ud、uq，ud轴电流控制直流电压Vdc，uq轴电流控制网侧功率因数；
三相电压源型PWM整流器的每相桥臂的开关器件等效为一个受控电压源和受控电流源的组合；三相电压源型PWM整流器的采用平均开关模型进行等效确定等效电路：用va、vb、vc模拟整流器并网点三相电源，N为三相电源的中性点，rL和L为整流器并网的等效阻抗，da、db、dc分别表示三相桥臂上开关器件的占空比，ia、ib、ic分别表示流过开关器件的电流，Vdc为整流器输出的直流电压，将开关器件等效成受控源后通过滤波电容C和电阻rC接入下一级的DC-DC变换器；利用相同的方式将DC-DC变换器的模型简化为平均开关模型；直接将用作PWM调制的电压作为控制三相电压源型PWM整流器和DC-DC变换器等效受控电压源的参考电压；
两级式结构的直流充电机中，通过输入阻抗等效的方式模拟DC-DC变换器和电池负载，得到简化的充电机模型；通过输入阻抗等效的方式模拟DC-DC变换器和电池负载，得到简化的充电机模型的过程包括以下步骤：
将电池可以视为恒功率负载；在上述平均开关模型的基础上将DC-DC变换器和电池负载进行阻抗等效；在阻抗简化模型中，充电机前一级的PWM整流模型仍采用平均开关模型，充电机后一级的DC-DC变换器和电池负载等效成可变电阻Rin，并在阻抗简化模型中加上滤波器，把DC-DC变换器和电池负载等效为一个滤波器和负载电阻；
充电机后一级的DC-DC变换器和电池负载等效成可变电阻Rin的表达式下：
式中，Rin为DC-DC变换器输入阻抗；Uin、Iin分别为DC-DC变换器阻抗Rin对应的电压、电流；Pin(t)为DC-DC变换器输入功率；Po(t)为DC-DC变换器输出功率，即电动汽车充电功率；η为变换器效率；
对于充电站，即多个直流变换器并联的共直流母线结构，根据充电功率等效为电阻并联进行计算。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电站参与电网调压的建模方法，其特征在于，所述建模方法还包括以下步骤：
针对电动汽车的动力电池，建立动力电池模型，动力电池模型的等效电路方程为：
UL＝-Ub-Up-R0IL+UOC (2)
其中，Uoc为电池开路电压；Ro为电池等效欧姆内阻，IL为流经电池等效欧姆内阻R0的电流；Rp为等效极化内阻，Ip为流过Rp上的电流；Cp为极化电容，Up为电容Cp两端的电压；Cb为描述电池充放电过程中所产生的开路电压变化电容，Ub为电容Cb两端的电压；
对于由电池单体串并联组成的大容量电池组，通过电路等效的方法，得到动力电池组电路模型。
3.根据权利要求2所述的一种电动汽车充电站参与电网调压的建模方法，其特征在于，所述动力电池模型的等效电路方程中的参数通过混合动力脉冲功率特性试验获得。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种电动汽车充电站参与电网调压的建模方法，其特征在于，建模过程中选用移相全桥ZVS直流变换器作为DC-DC变换器。
5.一种电动汽车充电站参与电网调压的控制方法，其特征在于，针对利用权利要求1至2之一所述的一种电动汽车充电站参与电网调压的建模方法建立的电动汽车充电站模型；利用下垂控制与电压支撑控制相结合的控制方法进行控制，具体包括以下步骤：
在电压跌落时，当母线残压在0.97p.u.以上时，充电站不发无功；
当母线残压跌落至0.94p.u.至0.97p.u.时，按照固定系数kq成比例发出无功；
当母线残压跌落至0.94p.u.以下时，发出最大无功；
母线残压受变压器容量和整流器过流限制，如下：
式中，Q为无功的值，Q为正值表示发出无功，Q为负值表示吸收无功；kq为无功支撑控制斜率；
当电压支撑控制不能满足电力系统调压需求时，则采用电压下垂控制方式，将电动汽车充电负荷作为可控负荷，在电压跌落期间减少充电功率，提高母线电压；在电压跌落程度对应U≥0.95p.u.时，充电功率维持原值不变，在电压继续下降时按照比例削减充电功率，如公式(5)所示；
式中，Kp为有功下垂控制斜率；Ppre为系统发生故障前一时刻的充电功率；
对于电压抬升过程，其控制方式类似，电压在1.03p.u.以内时不吸收无功，超过1.03p.u.按比例吸收无功直至达到电动汽车充电站容量的限制；
控制过程中采用无功优先控制方式，剩余电流能力用于发出有功功率。
6.根据权利要求5所述的一种电动汽车充电站参与电网调压的控制方法，其特征在于，采用无功优先控制方式，剩余电流能力用于发出有功功率对应的过程中，有功和无功控制变量满足公式(6)的限制条件：
式中，S为变压器容量；id、iq为有功电流、无功电流。
7.根据权利要求6所述的一种电动汽车充电站参与电网调压的控制方法，其特征在于，稳态情况下充电机运行于单位功率因数，电压越限时，控制器通过削减充电功率、吸收或发出无功手段，动态改善系统电压质量，具体过程如下：
电动汽车充电站的控制方式包括稳态模式控制和故障模式控制，稳态模式控制使充电机工作在单位功率因数下稳定并网，输出无功电流Iq为0，当并网点电压波动大小满足式(4)和式(5)的条件时，控制方式自动切换至故障模式下，按照式(4)和式(5)的条件输出有功和无功。
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