基于V2G技術(shù)的電動(dòng)汽車(chē)充放電控制的研究

謝華偉

摘要：針對(duì)由于電動(dòng)汽車(chē)的人均保有量逐漸增大，大量的汽車(chē)無(wú)規(guī)律的充電會(huì)給電網(wǎng)系統(tǒng)帶來(lái)很大的波動(dòng)、嚴(yán)重的影響。基于V2G（Vehicle to Grid）技術(shù)的電動(dòng)汽車(chē)充放電實(shí)現(xiàn)了能量在供電系統(tǒng)和電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能電池之間的雙向互動(dòng)，鑒于電動(dòng)汽車(chē)的充放電特性，通過(guò)仿真模擬實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車(chē)的充放電功率變換過(guò)程，從而在合適的時(shí)間合理控制V2G的接入點(diǎn)以達(dá)到調(diào)控電控汽車(chē)充放電時(shí)序的目的。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；V2G；充放電控制

全球環(huán)境的日益惡化，全球都越來(lái)越重視新型清潔能源的突破。然而隨著用戶(hù)數(shù)量的迅速增長(zhǎng)，電動(dòng)汽車(chē)的單項(xiàng)用電負(fù)荷日漸加重，同時(shí)鑒于用戶(hù)的充電時(shí)間分布具有很大的隨機(jī)性，因此成規(guī)模的電動(dòng)汽車(chē)無(wú)規(guī)則充電過(guò)程會(huì)給電網(wǎng)該時(shí)段的負(fù)荷以及運(yùn)行情況產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響[1]。電動(dòng)汽車(chē)的儲(chǔ)蓄電池不僅能夠從電網(wǎng)系統(tǒng)側(cè)吸收電能，而且在電網(wǎng)的負(fù)載荷電量處于高峰期時(shí)，能夠通過(guò)利用電動(dòng)汽車(chē)的電能雙向變換技術(shù)（V2G）向電網(wǎng)系統(tǒng)反送電能。因此，基于V2G技術(shù)合理的調(diào)控電動(dòng)汽車(chē)的充放電時(shí)序，對(duì)于改善電網(wǎng)的可靠運(yùn)行和大力推廣清潔能源利用以及改善環(huán)境有重大的意義。

1 充電負(fù)荷模型

對(duì)于整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)的現(xiàn)有存量來(lái)講，占有率最大的車(chē)型是普通私家電動(dòng)汽車(chē)。影響電網(wǎng)負(fù)荷的最主要因素就是私家所有的純電動(dòng)汽車(chē)的充電負(fù)荷需求造成的。

車(chē)主的個(gè)人充電習(xí)慣、電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載電池性能參數(shù)等因素會(huì)使得電動(dòng)汽車(chē)的充電受到的很大影響，因此單輛充電過(guò)程存在著較大的不確定性，然而規(guī)?；碾妱?dòng)汽車(chē)的充電過(guò)程特征將滿(mǎn)足一定的數(shù)學(xué)概率模型[2]?？梢酝ㄟ^(guò)疊加計(jì)算得出的單臺(tái)電動(dòng)汽車(chē)的充電負(fù)荷的變化過(guò)程以及變化量，就可得到大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)的充電負(fù)荷曲線(xiàn)圖，從而詳細(xì)的分析電動(dòng)汽車(chē)充電過(guò)程。本文在計(jì)算電動(dòng)汽車(chē)充電所需求的負(fù)荷量的時(shí)候以天為單位。

由于電動(dòng)汽車(chē)在充電時(shí)的功率需求和負(fù)荷需求受多種不確定因素的影響，如：氣溫、電壓等。參考目前電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)，在通過(guò)充電負(fù)荷模型計(jì)算電動(dòng)汽車(chē)的充電負(fù)荷時(shí)，需要提前做出以下幾種假設(shè)：

（1）某市至2020年、2025年純電動(dòng)私家汽車(chē)的保有量分別可達(dá)到10萬(wàn)臺(tái)和40萬(wàn)臺(tái)。

（2）在認(rèn)為手動(dòng)的充電情況下，電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)始充電的時(shí)間是由私家車(chē)車(chē)主自己根據(jù)實(shí)際情況合理安排的，但是依然存在一定規(guī)律，該規(guī)律滿(mǎn)足N（9，0.52）和N（18.5，1.52）的正態(tài)分布，假設(shè)其所占比例分別是0.3和0.7。

基于以上假設(shè)，預(yù)計(jì)至2020和2025年，本市的私家電動(dòng)汽車(chē)一天內(nèi)的充電負(fù)荷曲線(xiàn)如圖1所示：

由圖1可知，私家車(chē)車(chē)主選擇充電的時(shí)間集中出現(xiàn)在上午9點(diǎn)和下午18點(diǎn)30分，因此網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)用電負(fù)荷的高峰期就出現(xiàn)在這兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)。但是用電負(fù)荷在正午和凌晨?jī)蓚€(gè)時(shí)段進(jìn)入了低谷期。不遠(yuǎn)的將來(lái)規(guī)模化的電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)，必然會(huì)增加電網(wǎng)的用電負(fù)荷，因此我們采用調(diào)度方案以及預(yù)估需求側(cè)等方法來(lái)控制調(diào)節(jié)[4]。

2 控制策略

利用V2G技術(shù)實(shí)電現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，本文采用了多相交錯(cuò)并聯(lián)的非隔離型Buck/Boost雙向DC變換裝置作為控制策略的硬件電路。

圖2是儲(chǔ)能充電緩沖系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)。本文通過(guò)設(shè)定快速充電電流il和預(yù)置的配電網(wǎng)注入電流的增大斜率R1和降低斜率R2預(yù)估出配電網(wǎng)的注入電流i*d。通過(guò)儲(chǔ)能充電時(shí)的電流參考值i*ch以及充電時(shí)的負(fù)荷電流il計(jì)算得出儲(chǔ)能時(shí)的電流參考值為i*es，直流變換裝置的內(nèi)環(huán)采用低壓側(cè)電感電流的跟蹤控制策略[5]。

3 結(jié)論

V2G無(wú)論從社會(huì)層面還是經(jīng)濟(jì)層面都能做出突出的貢獻(xiàn)。本文論述了V2G的轉(zhuǎn)換過(guò)程并介紹了V2G技術(shù)的主要功能，給出了新能源電動(dòng)汽車(chē)在充電過(guò)程中的控制方案。隨著V2G技術(shù)的廣泛應(yīng)用，充電技術(shù)策略日益完善，綠色能源汽車(chē)取代傳統(tǒng)燃油汽車(chē)一定會(huì)實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉堅(jiān)，湖澤春.電動(dòng)汽車(chē)作為電力系統(tǒng)儲(chǔ)能應(yīng)用潛力研究[J].研究與探討，2013，7（35）：32-37.

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