电动汽车与电网(V2G)双向互动供电技术研究

摘要

由于能源问题和环境污染的日益突出，以电动汽车取代传统的内燃机汽车成为当前的重要发展趋势。另一方面，随着近年来智能电网概念的提出和发展，V2G(Vehicle to Grid)技术受到越来越多的关注。根据V2G思想，电动汽车不再只是传统的电力消费体，而是可以将多余电能回馈给电网，这在一定程度上可以实现对电网的峰谷调节，有利于电网的高效运行，但同时该项技术也对电网和配套设施提出了更高的要求。本文就是在这种背景下，致力于V2G下双向互动供电技术的研究，包括能量双向变换电路拓扑和控制，以及V2G用于无功功率补偿的应用。
　　本文首先阐述了V2G技术的产生背景和发展意义，介绍了智能电网、电动汽车和V2G技术的发展现状；提出了V2G双向互动供电系统的简化结构和模型，讨论了电动汽车动力电池的特点和充放电特性；详细分析了V2G双向智能充放电装置的设计思想和工作过程，提出了适合V2G技术特点的具有保护环节的能量双向变换电路拓扑。
　　然后针对所采用的电路拓扑，本文研究了V2G能量双向变换的一体化控制策略，包括电池侧控制器和电网侧控制器，提出了电网电压前馈的改进方法，引入并详细分析了比例谐振(PR)控制器的性能特点，介绍了主电路参数设计方法并进行了仿真验证，结果验证了电路拓扑和控制策略的有效性。接着分析了V2G用于无功功率补偿的技术方案，结合瞬时无功检测方法并基于无差拍控制设计了控制方案，并进行了仿真验证，结果表明无功补偿效果良好。
　　最后，基于DSP TMS320F28335设计和制作了1kW实验样机，给出了系统硬件电路设计，特别是主电路继电器软启动设计方法，介绍了控制软件设计方案，在此基础上，对电动汽车的充电、并网以及无功功率补偿过程进行了实验研究。实验结果表明，设计的系统可以较好地实现V2G要求的能量双向流动和无功功率补偿。