V2X双向充电机在微电网中的控制策略

毛宇阳，杨 志

V2X双向充电机在微电网中的控制策略

毛宇阳，杨 志

(万帮数字能源股份有限公司，江苏 常州 213000)

针对微电网中V2X技术的运用，本文介绍了双向充电机运行在不同模式下的控制策略。并网充电时AC/DC控制母线电压、DC/DC控制充电功率。并网放电时选择方案一AC/DC采用PQ控制放电功率、DC/DC控制母线电压。离网时AC/DC采用V/F控制提供电压源基准、DC/DC控制母线电压。在此基础上提出了一种适合于不同模式间切换的统一控制模型及实施方法，保证了模式间的平滑切换。

V2X；微电网；平滑切换

0 引言

随着电动汽车技术的不断完善与发展，电动汽车的保有量逐渐增大，其对电网的影响日益显现[1-3]。微电网由分布式发电、储能、负载等部分组成，是一种可以运行在并网模式和离网模式的小型配电网系统。目前通用的充电桩仅能实现电能的单向流动，随着双向充电机(V2X)技术的提出，电动汽车动力电池不仅可从电网补充电能，还可在用电高峰期将电池能量注入电网，实现电能回馈电网(V2G)[4]；当主电网出现故障时，微网需要立即与外电网解列，此时双向充电机可以为负荷提供电压支撑(V2L)。因此，电动车动力电池可等效于移动式储能单元，是微电网中新型且重要组成部分。

目前，很多文献研究了双向充电机的控制策略和储能在微网中并/离网控制策略，然而电动汽车运用于微网的控制策略较少。文献[5]介绍了基于V2G的两级式变换器的设计及控制；文献[6]研究了车载双向充电机的实现；文献[7-8]介绍储能在并网模式下采用有功功率-无功功率(PQ)控制，离网时采用下垂控制，通过增加下垂额定点调节环的投切实现并/离网模式的平滑切换；文献[9]提出储能在并网模式下控制成电流源形式，离网模式下主电源采取恒压恒频(V/F)控制，其他电压依然运行与电流源模式；文献[10-11]提出并离网时均采用下垂控制，模式切换过程中避免了控制环路改变。

本文首先介绍了常见的V2X双向充电机的拓扑结构，并分别介绍了不同模式下的控制环路，在此基础上提出了一种适合于不同模式间切换的统一控制模型及实施方法，保证了模式间的平滑切换。

1 电路拓扑

如图1所示为常见单相V2X充电机的功率拓扑，一般使用两级结构。前级AC/DC为图腾柱双向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慢管工作于电网频率，通常使用普通MOS管。后级为隔离型双向DC/DC，一般使用CLLC或DAB拓扑，尽量使MOS管工作于ZVS模式以提高效率。

图1 双向充电机拓扑结构

2 控制策略

并网充电时，双向充电机接收BMS指令对电池进行充电，此时电动车作为负载；并网放电时，双向充电机可接收调度指令或智能判断对电网输出功率；离网运行时，双向充电机可为微电网提供电压和频率支撑。

2.1 并网充电时控制策略

并网充电模式下，AC/DC控制母线电压，DC/DC控制充电功率。

图2 并网充电时AC/DC控制框图

图3 并网充电时DC/DC控制框图

2.2 并网放电时控制策略

方案一：AC/DC采用 PQ控制放电功率，DC/DC控制母线电压。

图4 并网放电方案一AC/DC控制框图

图5 并网放电方案一DC/DC控制框图

方案二：AC/DC控制母线电压，DC/DC控制放电功率。

图6 并网放电方案二AC/DC控制框图

图7 并网放电方案二DC/DC控制框图

3.3 离网时控制策略

离网模式下，AC/DC采用V/F控制提供电压源基准，DC/DC控制母线电压。

图8 离网时AC/DC控制框图

DC/DC控制框图与并网放电的方式一相同，如图5所示。

3 模式间切换策略

由于不同模式下的控制环路不同，为了避免模式切换时引起的控制量突变问题，本章节介绍模式切换时的统一控制策略。设定并网充电为模式1，并网放电为模式2，离网运行为模式3。

3.1 AC/DC统一控制策略

AC/DC控制框图如图9所示，并网放电时采用前述方案一控制放电功率。

图9 AC/DC统一控制框图

3.2 DC/DC统一控制策略

DC/DC控制框图如图10所示，并网放电和离网运行时均控制母线电压。

图10 DC/DC统一控制框图

4 结论

本文针对微电网与电动汽车的结合，介绍了V2X双向充电机在不同模式下可采用的控制策略，并在此基础上提出了一种适合于不同模式间切换的统一控制模型及实施方法，保证了模式间的平滑切换，为电动汽车作为移动式储能在微电网下的运用提供了借鉴。

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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

毛宇阳(1987—)，男，通信作者，硕士，工程师，主要从事电动汽车充放电方面的研究；E-mail: yuyang.mao@ wanbangauto.com

杨 志(1974—)，男，硕士，高级工程师，主要从事电动汽车充放电、电能质量治理方面的研究。E-mail: zhi.yang@ wanbangauto.com