一种电动汽车V2G变换器控制方法技术

本发明专利技术涉及一种电动汽车V2G变换器控制方法，控制方法包括：AC/DC部分采用基于直接电流控制的电压电流双闭环反馈，包含坐标变换和前馈解耦，并引入PQ控制以控制有功功率和无功功率传输；DC/DC部分采用单移相控制电池充放电；前级AC/DC变换器用于控制电网侧的双向有功功率和无功功率的传输；后级DC/DC变换器用于控制电动汽车动力电池侧的有功功率传递，实现对电动汽车动力电池的充电和放电控制，本发明专利技术可以实现功率四象限运行和无功功率控制，该V2G变换器在实现V2G所要求的传输有功功率，对电动汽车动力电池组进行充放电的功能同时，还可以向电网吸收或者发出无功功率，实现无功功率的双向传输。

A control method of V2G converter for electric vehicle

The invention relates to a control method for V2G converter of electric vehicle. The control method includes: AC/DC part adopts voltage-current double closed loop feedback based on direct current control, including coordinate transformation and feed-forward decoupling, and introduces PQ control to control active power and reactive power transmission; DC/DC part adopts single-phase-shift control to charge and discharge batteries. The front-stage AC/DC converter is used to control the two-way transmission of active power and reactive power on the grid side; the rear-stage DC/DC converter is used to control the active power transmission on the battery side of the electric vehicle to realize the charging and discharging control of the electric vehicle power battery. The invention can realize the power four quadrant operation and reactive power control. The V2G converter can transmit the active power required by V2G, charge and discharge the battery pack of electric vehicle, absorb or emit reactive power to the grid, and realize the two-way transmission of reactive power.

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车V2G变换器控制方法
本专利技术涉及电动汽车功率控制领域，具体涉及一种电动汽车V2G变换器控制方法。
技术介绍
V2G是Vehicle-to-grid的简称，它描述了这样的一个系统：当混合电动车或是纯电动车不在运行的时候，通过联接到电网的变换器将汽车动力电池组的能量输给电网，反过来，当电动车的电池需要充满时，电能可以从电网供给电池。V2G可以应用于到任何可网络化的车辆，因为大部分的汽车平均有95％的时间都是停泊着，它们的电池可以将电能流向电网。电动汽车V2G变换器用于实现电动汽车的V2G功能，当电网负荷较低时，电动汽车从电网吸收盈余的电力用于充电；当电网负荷较高时，电动汽车可作为储能源向电网回馈电力，以此使得电动汽车可以参与电网的削峰填谷，其动力电池可作为将来电网和分布式发电的储能缓冲环节，而用户也可以利用不同时段的电价差盈利。V2G变换器一般可用于车载充电机或是电动汽车充电桩，可以采用不同的主电路拓扑。目前V2G变换器的研究主要满足对电池充放电的需求，即实现有功功率的双向传递，仅少数研究能实现无功补偿，保证变换器运行在高功率因数状态下。但是现有的V2G装置不能实现无功功率的控制，不能实现变换器功率的四象限运行和调节功率因数。对于电动汽车V2G装置的研究，近年来国内外有大量的文献进行了相应的研究。例如，哈尔滨工业大学的2015年硕士毕业论文，题为《电动汽车V2G车载式双向充电机的研究》，针对V2G变换器常用的电路种类进行了探讨，并针对小功率车载式变换器，选择了单相PWM整流电路和双有源桥式DC/DC电路构成的两级式结构，具有有效的电气隔离，并针对谐波抑制和功率因数校正制定了控制策略，但并没有对变换器的无功功率调节功能展开研究，仅具有无功补偿功能。专利号为CN106208141A的专利，“一种具有无功补偿功能的V2G充放电装置”中，提供了一种V2G充放电装置的的电路结构，并提供了相应的配电电路、保护电路和控制器。在实现电动汽车与电网间双向充放电功能的同时，也针对效率低、谐波高及缺乏必要保护等缺陷，通过LCL滤波电路减小谐波，并通过主电路控制使变换器具有无功补偿功能，可以提高系统的功率因数。但是该装置也只具有功率因数校正的作用，并不能控制变换器的无功功率传输。图1为现有的一种电动汽车V2G变换器的拓扑示意图，上述方案针对V2G变换器的功能设计需求提出了不同解决方案，但均具有一定的局限性。即只能控制有功功率的双向传输，但不能控制无功功率双向传输，仅具有无功补偿和功率因数校正的作用，不能满足在实现V2G变换器四象限运行、无功功率双向传输和调节功率因数的需求。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提出了一种电动汽车V2G变换器控制方法，本专利技术在现有V2G功能的基础上，可以控制V2G变换器的无功功率双向传输，使得V2G变换器可以吸收电网多余的无功功率或者补偿无功功率缺额，从而可调节功率因数，实现功率四象限运行。本专利技术采用下面的技术方案：一种电动汽车V2G变换器控制方法，所述V2G变换器采用相互连接的前级AC/DC变换器和后级DC/DC变换器，方法包括以下过程：采集电网侧的三相电压和三相电流，经坐标转换为直流交轴分量vq、iq和直轴分量vd、id，d、q分别对应于相电流的无功分量和有功分量；采集第一电容两端电压Vdc，设定参考电压Vdc*，先基于电压外环反馈，后基于电流内环反馈采用上述Vdc、Vdc*和所述直流交轴分量vq、iq得到调制信号，该调制信号用于生成前级AC/DC变换器的开关管驱动信号；设定第一有功功率参考值，根据第一有功功率参考值得到参考电压Vba*或参考电流Iba*，采集第二电容两端电压Vba或电流Iba，基于电压闭环反馈或电流闭环反馈采用上述Vba*、Vba或Iba*、Iba得到调制信号，该调制信号用于生成后级DC/DC变换器的开关管驱动信号；上述过程用于实现有功功率的正向传输，即电动汽车动力电池的恒流-恒压充电过程以及实现正向有功功率的大小调节；根据瞬时功率理论，设定第二有功功率参考值，基于电流内环反馈采用第二有功功率参考值、所述直流交轴分量vq、iq得到调制信号，该调制信号用于生成前级AC/DC变换器的开关管驱动信号；采集第一电容两端电压Vdc，设定参考电压Vdc*，基于电压闭环反馈采用上述Vdc*和Vdc得到调制信号，该调制信号用于生成后级DC/DC变换器的开关管驱动信号；上述过程用于实现有功功率的反向传输，即电动汽车动力电池的V2G过程以及实现反向有功功率的大小调节；进一步的，根据瞬时功率理论中的下式，设定第二有功功率参考值，再除以电网电压q轴分量即可得到q轴内环电流参考值，经与所述直流直轴分量iq比较后，输入调节器，再基于电流内环反馈和vq得到调制信号。其中p为有功功率，q为无功功率。根据瞬时功率理论，设定无功功率参考值，基于电流内环反馈采用所述直流交轴分量vq、直流直轴分量vd、id得到调制信号，该调制信号用于生成前级AC/DC变换器的开关管驱动信号；通过改变所述无功功率参考值的大小实现无功功率的大小调节，通过改变所述无功功率参考值的正负实现无功功率的传输方向调节。进一步的，根据瞬时功率理论中的下式，设定无功功率参考值，再除以电网电压q轴分量即可得到d轴内环电流参考值，经与所述直流直轴分量id比较后，输入调节器，再基于电流内环反馈和vd得到调制信号。其中p为有功功率，q为无功功率。进一步的，在所述双向有功功率和无功功率的传输过程中，对直流交轴分量iq和直流直轴分量id进行解耦合，并将解耦合后的输出叠加至电流内环反馈用于消除有功分量和无功分量之间的耦合扰动。进一步的，所述解耦合的方法为：对直流交轴分量iq和直流直轴分量id乘以一个与所述电感单元的电感值有关的比例系数ωL。有功功率正向传输时，所述解耦合后的输出叠加至电流内环反馈的具体关系为：其中vqre、vdre为电流内环反馈的输出，vq*和vd*为电流内环反馈的中间量。有功功率负向传输时，所述解耦合后的输出叠加至电流内环反馈的具体关系为：其中vqre、vdre为电流内环反馈的输出，vq*和vd*为电流内环反馈的中间量。进一步的，坐标转换的具体方法为：采用锁相环得到电网基波相角θ或频率f，通过变换将三相对称静止坐标系下电网侧的三相电压和三相电流转换到与电网基波频率f同步的旋转坐标系，旋转坐标系具有d轴和q轴，其中q轴与电网电动势同相位。进一步的，当有功功率正向传输时，检测第二电容两端电压Vba或电池组SOC，并将Vba或电池组SOC与设定临界值比较，根据比较结果切换并选择后级DC/DC变换器向电动汽车动力电池进行恒流充电或者恒压充电。当有功功率正向传输时，采集第二电容两端电压Vba，与参考电压Vba*比较，经调节器输出得到超前相角从而使端口输出恒定电压；或者采集第二电容的电流Iba，与参考电流Iba*比较，经调节器输出超前相角从而可控制端口输出恒定电流；通过检测电动汽车动力电池的SOC或端电压Vba实现充电方式的切换；当端电压Vba或SOC小于某一临界值时，检测器输出1，进行恒流充电；当大于该临界值时，检测器输出0，切换至恒压充电。进一步的，所述调制信号用于生成前级AC/DC变换器开关管驱动信号的方法为：基于电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动汽车V2G变换器的控制方法，其特征在于，包括：采集电网侧的三相电压和三相电流，经坐标转换为直流交轴分量vq、iq和直轴分量vd、id，d、q分别对应于相电流的无功分量和有功分量；采集第一电容两端电压Vdc，设定参考电压Vdc*，先基于电压外环反馈，后基于电流内环反馈采用上述Vdc、Vdc*和所述直流交轴分量vq、iq得到调制信号，该调制信号用于生成前级AC/DC变换器的开关管驱动信号；设定第一有功功率参考值，根据第一有功功率参考值得到参考电压Vba*或参考电流Iba*，采集第二电容两端电压Vba或电流Iba，基于电压闭环反馈或电流闭环反馈采用上述Vba*、Vba或Iba*、Iba得到调制信号，该调制信号用于生成后级DC/DC变换器的开关管驱动信号；上述过程用于实现有功功率的正向传输，即电动汽车动力电池的恒流‑恒压充电过程以及实现正向有功功率的大小调节；根据瞬时功率理论，设定第二有功功率参考值，基于电流内环反馈采用第二有功功率参考值、所述直流交轴分量vq、iq得到调制信号，该调制信号用于生成前级AC/DC变换器的开关管驱动信号；采集第一电容两端电压Vdc，设定参考电压Vdc*，基于电压闭环反馈采用上述Vdc*和Vdc得到调制信号，该调制信号用于生成后级DC/DC变换器的开关管驱动信号；上述过程用于实现有功功率的反向传输，即电动汽车动力电池的V2G过程以及实现反向有功功率的大小调节；根据瞬时功率理论，设定无功功率参考值，基于电流内环反馈采用所述直流交轴分量vq、直流直轴分量vd、id得到调制信号，该调制信号用于生成前级AC/DC变换器的开关管驱动信号；通过改变所述无功功率参考值的大小实现无功功率的大小调节，通过改变所述无功功率参考值的正负实现无功功率的传输方向调节。...

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车V2G变换器的控制方法，其特征在于，包括：采集电网侧的三相电压和三相电流，经坐标转换为直流交轴分量vq、iq和直轴分量vd、id，d、q分别对应于相电流的无功分量和有功分量；采集第一电容两端电压Vdc，设定参考电压Vdc*，先基于电压外环反馈，后基于电流内环反馈采用上述Vdc、Vdc*和所述直流交轴分量vq、iq得到调制信号，该调制信号用于生成前级AC/DC变换器的开关管驱动信号；设定第一有功功率参考值，根据第一有功功率参考值得到参考电压Vba*或参考电流Iba*，采集第二电容两端电压Vba或电流Iba，基于电压闭环反馈或电流闭环反馈采用上述Vba*、Vba或Iba*、Iba得到调制信号，该调制信号用于生成后级DC/DC变换器的开关管驱动信号；上述过程用于实现有功功率的正向传输，即电动汽车动力电池的恒流-恒压充电过程以及实现正向有功功率的大小调节；根据瞬时功率理论，设定第二有功功率参考值，基于电流内环反馈采用第二有功功率参考值、所述直流交轴分量vq、iq得到调制信号，该调制信号用于生成前级AC/DC变换器的开关管驱动信号；采集第一电容两端电压Vdc，设定参考电压Vdc*，基于电压闭环反馈采用上述Vdc*和Vdc得到调制信号，该调制信号用于生成后级DC/DC变换器的开关管驱动信号；上述过程用于实现有功功率的反向传输，即电动汽车动力电池的V2G过程以及实现反向有功功率的大小调节；根据瞬时功率理论，设定无功功率参考值，基于电流内环反馈采用所述直流交轴分量vq、直流直轴分量vd、id得到调制信号，该调制信号用于生成前级AC/DC变换器的开关管驱动信号；通过改变所述无功功率参考值的大小实现无功功率的大小调节，通过改变所述无功功率参考值的正负实现无功功率的传输方向调节。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述双向有功功率和无功功率的传输过程中，对直流交轴分量iq和直流直轴分量id进行解耦合，并将解耦合后的输出叠加至电流内环反馈用于消除有功分量和无功分量之间的耦合扰动。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：坐标转换的具体方法为：采用锁相环得到电网基波相角θ或频率f，通过变换将三相对称静止坐标系下...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵金勇，殷红旭，游大宁，吴玉光，耿洪彬，刘志刚，魏燕飞，刘春秀，李晓博，徐博文，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网山东省电力公司德州供电公司，
类型：发明
国别省市：北京,11