基于V2G技術的電動汽車充放電控制的研究

謝華偉

摘要：針對由于電動汽車的人均保有量逐漸增大，大量的汽車無規律的充電會給電網系統帶來很大的波動、嚴重的影響。基于V2G（Vehicle to Grid）技術的電動汽車充放電實現了能量在供電系統和電動汽車儲能電池之間的雙向互動，鑒于電動汽車的充放電特性，通過仿真模擬實現了電動汽車的充放電功率變換過程，從而在合適的時間合理控制V2G的接入點以達到調控電控汽車充放電時序的目的。

關鍵詞：電動汽車；V2G；充放電控制

全球環境的日益惡化，全球都越來越重視新型清潔能源的突破。然而隨著用戶數量的迅速增長，電動汽車的單項用電負荷日漸加重，同時鑒于用戶的充電時間分布具有很大的隨機性，因此成規模的電動汽車無規則充電過程會給電網該時段的負荷以及運行情況產生了嚴重的影響[1]。電動汽車的儲蓄電池不僅能夠從電網系統側吸收電能，而且在電網的負載荷電量處于高峰期時，能夠通過利用電動汽車的電能雙向變換技術（V2G）向電網系統反送電能。因此，基于V2G技術合理的調控電動汽車的充放電時序，對于改善電網的可靠運行和大力推廣清潔能源利用以及改善環境有重大的意義。

1 充電負荷模型

對于整個電動汽車的現有存量來講，占有率最大的車型是普通私家電動汽車。影響電網負荷的最主要因素就是私家所有的純電動汽車的充電負荷需求造成的。

車主的個人充電習慣、電動汽車車載電池性能參數等因素會使得電動汽車的充電受到的很大影響，因此單輛充電過程存在著較大的不確定性，然而規模化的電動汽車的充電過程特征將滿足一定的數學概率模型[2]。可以通過疊加計算得出的單臺電動汽車的充電負荷的變化過程以及變化量，就可得到大規模電動汽車的充電負荷曲線圖，從而詳細的分析電動汽車充電過程。本文在計算電動汽車充電所需求的負荷量的時候以天為單位。

由于電動汽車在充電時的功率需求和負荷需求受多種不確定因素的影響，如：氣溫、電壓等。參考目前電動汽車的發展趨勢，在通過充電負荷模型計算電動汽車的充電負荷時，需要提前做出以下幾種假設：

（1）某市至2020年、2025年純電動私家汽車的保有量分別可達到10萬臺和40萬臺。

（2）在認為手動的充電情況下，電動汽車開始充電的時間是由私家車車主自己根據實際情況合理安排的，但是依然存在一定規律，該規律滿足N（9，0.52）和N（18.5，1.52）的正態分布，假設其所占比例分別是0.3和0.7。

基于以上假設，預計至2020和2025年，本市的私家電動汽車一天內的充電負荷曲線如圖1所示：

由圖1可知，私家車車主選擇充電的時間集中出現在上午9點和下午18點30分，因此網側系統用電負荷的高峰期就出現在這兩個時間段內。但是用電負荷在正午和凌晨兩個時段進入了低谷期。不遠的將來規模化的電動汽車接入電網，必然會增加電網的用電負荷，因此我們采用調度方案以及預估需求側等方法來控制調節[4]。

2 控制策略

利用V2G技術實電現能量的雙向流動，本文采用了多相交錯并聯的非隔離型Buck/Boost雙向DC變換裝置作為控制策略的硬件電路。

圖2是儲能充電緩沖系統的控制結構。本文通過設定快速充電電流il和預置的配電網注入電流的增大斜率R1和降低斜率R2預估出配電網的注入電流i*d。通過儲能充電時的電流參考值i*ch以及充電時的負荷電流il計算得出儲能時的電流參考值為i*es，直流變換裝置的內環采用低壓側電感電流的跟蹤控制策略[5]。

3 結論

V2G無論從社會層面還是經濟層面都能做出突出的貢獻。本文論述了V2G的轉換過程并介紹了V2G技術的主要功能，給出了新能源電動汽車在充電過程中的控制方案。隨著V2G技術的廣泛應用，充電技術策略日益完善，綠色能源汽車取代傳統燃油汽車一定會實現。

參考文獻：

[1]高賜威，張亮.電動汽車充電對電網影響的綜述[J].電網技術，2011，2（35）：127-131.

[2]劉堅，湖澤春.電動汽車作為電力系統儲能應用潛力研究[J].研究與探討，2013，7（35）：32-37.

[3]賈雍，岑康.V2G技術與電動汽車充電策略研究[J].電氣開關，2017，（4）：8385.

[4]談麗娟.V2G模式下電動汽車充放電控制策略研究[D].南京：南京師范大學，2015.

[5]蒲松林.電動汽車充電站儲能緩沖控制策略與在線監測系統設計[D].重慶：重慶大學，2014.