1 研究背景

隨著環境和能源問題的日趨嚴峻，電動汽車和可再生能源受到了廣泛的關注并迅速發展。電動汽車充放儲一體化電站融合了電動汽車充電站和雙向電站的優勢，實現了電動汽車和電網的能量雙向調度，為可再生能源發電和電動汽車大規模應用提供了最佳解決方案。

本文的研究對象為電動汽車充放儲一體化電站中并聯功率調節系統（PCS），該系統由多個雙向變換器子模塊并聯組成，采用集中控制結構。根據上層能量管理系統（EMS）調度，系統可工作于多種運行模式，文中深入分析了并聯大功率雙向功率調節系統在電動汽車充放儲一體化電站內獨立運行、并網運行及并網運行與獨立運行間無縫切換等過程中的控制策略。

電動汽車充放儲一體化電站中并聯功率調節系統結構

2 運行模式和控制策略

V2G模式與控制策略

PCS在V2G運行時采用逆變側電感電流內環PI、并網側電感電流外環PI控制方式，由上層電站EMS下發雙向單元有功/無功功率指令。這種雙閉環控制方式既能夠有效抑制入網電流諧振和實現網側電流的高功率因數運行，同時又具有良好的穩態和動態性能。電池充電時變換器運行于電壓型高頻脈寬調制（PWM）整流器狀態，放電時則運行于逆變狀態，利用高頻PWM變換器的四象限運行特性即可以實現充放電狀態的轉換。在該運行模式下，PCS可以根據電站需求從配電網吸收或向配電網輸出一定的有功功率和無功功率，以維持電站與配電網公共連接處（PCC）的潮流穩定，使電站相對于電網成為一個可控單元。

獨立模式與控制策略

PCS獨立運行采用逆變側電感電流內環PI、電容電壓外環PI的雙環控制方式。這種雙閉環控制方式能夠實現良好的系統輸出電壓波形質量，并提高系統的動態性能。此時變換器為電壓源工作模態，并聯系統存在同步和均流這兩大關鍵問題。采用數字化同步控制方案，由集中控制器生成工頻方波信號經光電轉換后送給雙向變換裝置控制器接收。為實現并聯系統模塊間功率均分，引入功率均分控制。平均功率控制策略取決于各PCS模塊輸出功率及輸出阻抗。

無縫切換模式與控制策略

PCS無縫切換控制系統包括兩個部分，電壓控制單元和電流控制單元。為了實現并網運行和獨立運行之間的無縫切換過程，維持電感電流內環不變，外環在網側電感電流環和濾波電容電壓環間進行切換并進行指令跟蹤。獨立運行模式下，當接收到電站EMS并網運行調度指令時，雙向變換器檢測配電網的電壓幅值與相位，并以此為參考調整自身的輸出電壓幅值和相位。當滿足并網條件時觸發靜態開關，同時雙向變換器在逆變電感電流內環PI基礎上，將電容電壓外環PI切換為并網電感電流PI控制，實現從獨立到并網的雙環無縫切換過程。快速準確的電網狀態檢測及鎖相控制可以減少并網沖擊，實現平穩的模式切換。并網運行模式下，當檢測到電網故障或者進行計劃檢修時微電網與配電網斷開。雙向變換器仍在逆變電感電流內環PI基礎上，從并網電感電流外環切換至電容電壓外環，平滑切換入獨立運行模式。

3 仿真和實驗驗證

以微處理器TMS320F2812為核心控制器件，搭建了兩臺500kVA PCS并聯試驗系統。

V2G模式下PCS為電流源型變換器工作模態，并網功率指令由集中控制器下發。充電和放電過程實驗波形表明，系統能夠獲得很好的入網電流波形質量和較高的功率因數。

獨立模式下PCS為電壓源型變換器工作模態。離網帶載動態實驗波形表明，系統既能夠保證良好的電壓波形質量，又能快速響應站內的負荷波動。在負載突變過程中，電流能夠實現瞬時均分，具有很好的動態性能。

由下圖V2G運行模式和獨立運行模式相互切換過程的實驗波形可以看出，采用本文所提雙環無縫切換方案可以實現穩定和平滑的電壓過渡，為一體化電站的穩定運行提供保障。

V2G運行模式切換至獨立運行模式過程實驗波形

獨立運行模式切換至V2G運行模式過程實驗波形

4 結語

功率調節系統作為電動汽車充放儲一體化電站的核心電能變換裝置，承擔著電動汽車充放電、電池儲能和梯次利用和削峰填谷等功能。文中深入分析了其在一體化電站V2G運行、獨立運行，以及模式間無縫切換模式下的控制策略和控制模型。基于采用LCL濾波的三相變換器拓撲，提出了包括逆變側濾波電感電流內環、濾波電容電壓外環和并網電感電流外環的雙環無縫切換控制策略，并詳細給出了無縫切換的切換條件和切換流程。研究結果表明，采用本文所提功率調節系統控制策略，能夠實現電動汽車充放儲一體化電站的經濟可靠運行。