V2X雙向充電機在微電網中的控制策略

毛宇陽，楊 志

V2X雙向充電機在微電網中的控制策略

毛宇陽，楊 志

(萬幫數字能源股份有限公司，江蘇 常州 213000)

針對微電網中V2X技術的運用，本文介紹了雙向充電機運行在不同模式下的控制策略。并網充電時AC/DC控制母線電壓、DC/DC控制充電功率。并網放電時選擇方案一AC/DC采用PQ控制放電功率、DC/DC控制母線電壓。離網時AC/DC采用V/F控制提供電壓源基準、DC/DC控制母線電壓。在此基礎上提出了一種適合于不同模式間切換的統一控制模型及實施方法，保證了模式間的平滑切換。

V2X；微電網；平滑切換

0 引言

隨著電動汽車技術的不斷完善與發展，電動汽車的保有量逐漸增大，其對電網的影響日益顯現[1-3]。微電網由分布式發電、儲能、負載等部分組成，是一種可以運行在并網模式和離網模式的小型配電網系統。目前通用的充電樁僅能實現電能的單向流動，隨著雙向充電機(V2X)技術的提出，電動汽車動力電池不僅可從電網補充電能，還可在用電高峰期將電池能量注入電網，實現電能回饋電網(V2G)[4]；當主電網出現故障時，微網需要立即與外電網解列，此時雙向充電機可以為負荷提供電壓支撐(V2L)。因此，電動車動力電池可等效于移動式儲能單元，是微電網中新型且重要組成部分。

目前，很多文獻研究了雙向充電機的控制策略和儲能在微網中并/離網控制策略，然而電動汽車運用于微網的控制策略較少。文獻[5]介紹了基于V2G的兩級式變換器的設計及控制；文獻[6]研究了車載雙向充電機的實現；文獻[7-8]介紹儲能在并網模式下采用有功功率-無功功率(PQ)控制，離網時采用下垂控制，通過增加下垂額定點調節環的投切實現并/離網模式的平滑切換；文獻[9]提出儲能在并網模式下控制成電流源形式，離網模式下主電源采取恒壓恒頻(V/F)控制，其他電壓依然運行與電流源模式；文獻[10-11]提出并離網時均采用下垂控制，模式切換過程中避免了控制環路改變。

本文首先介紹了常見的V2X雙向充電機的拓撲結構，并分別介紹了不同模式下的控制環路，在此基礎上提出了一種適合于不同模式間切換的統一控制模型及實施方法，保證了模式間的平滑切換。

1 電路拓撲

如圖1所示為常見單相V2X充電機的功率拓撲，一般使用兩級結構。前級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慢管工作于電網頻率，通常使用普通MOS管。后級為隔離型雙向DC/DC，一般使用CLLC或DAB拓撲，盡量使MOS管工作于ZVS模式以提高效率。

圖1 雙向充電機拓撲結構

2 控制策略

并網充電時，雙向充電機接收BMS指令對電池進行充電，此時電動車作為負載；并網放電時，雙向充電機可接收調度指令或智能判斷對電網輸出功率；離網運行時，雙向充電機可為微電網提供電壓和頻率支撐。

2.1 并網充電時控制策略

并網充電模式下，AC/DC控制母線電壓，DC/DC控制充電功率。

圖2 并網充電時AC/DC控制框圖

圖3 并網充電時DC/DC控制框圖

2.2 并網放電時控制策略

方案一：AC/DC采用 PQ控制放電功率，DC/DC控制母線電壓。

圖4 并網放電方案一AC/DC控制框圖

圖5 并網放電方案一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 并網放電方案二AC/DC控制框圖

圖7 并網放電方案二DC/DC控制框圖

3.3 離網時控制策略

離網模式下，AC/DC采用V/F控制提供電壓源基準，DC/DC控制母線電壓。

圖8 離網時AC/DC控制框圖

DC/DC控制框圖與并網放電的方式一相同，如圖5所示。

3 模式間切換策略

由于不同模式下的控制環路不同，為了避免模式切換時引起的控制量突變問題，本章節介紹模式切換時的統一控制策略。設定并網充電為模式1，并網放電為模式2，離網運行為模式3。

3.1 AC/DC統一控制策略

AC/DC控制框圖如圖9所示，并網放電時采用前述方案一控制放電功率。

圖9 AC/DC統一控制框圖

3.2 DC/DC統一控制策略

DC/DC控制框圖如圖10所示，并網放電和離網運行時均控制母線電壓。

圖10 DC/DC統一控制框圖

4 結論

本文針對微電網與電動汽車的結合，介紹了V2X雙向充電機在不同模式下可采用的控制策略，并在此基礎上提出了一種適合于不同模式間切換的統一控制模型及實施方法，保證了模式間的平滑切換，為電動汽車作為移動式儲能在微電網下的運用提供了借鑒。

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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，主要從事電動汽車充放電方面的研究；E-mail: yuyang.mao@ wanbangauto.com

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