基于光伏储能技术的电动汽车供电系统研究

基于光伏储能技术的电动汽车供电系统研究

冯立艳

北京华商三优新能源科技有限公司北京通州101106

摘要：随着电动汽车在世界各国的广泛发展，充电基础设施规划与建设也得到我政府的更多关注。未来随着电动汽车数量迅速增加，传统电网的电动汽车充电站建设模式已不能满足当今世界的需求，因此考虑基于光伏储能技术与电动汽车充电站相结合的建设模式具有重要意义。本文主要对基于光伏储能技术的电动汽车供电系统进行分析探讨。

关键词：基于光伏储能技术；电动汽车；供电系统

1、前言

国家为推动以电动汽车为代表的新能源汽车产业，提出了许多相关的优惠政策。电动汽车的充电站是其发展必不可缺的环节，因此关于电动汽车充电站的研究必然成为当前研究的主流趋势，得到很多学者的青睐。电动汽车保有量迅速增加，淘汰的锂电池也越来越多，因此考虑建设基于“梯次利用”锂电池储能的光储充电站对节能减排具有重要意义。

2、光储充电站供电系统控制方法研究

2.1MPPT控制器控制方法

通过光伏电池最大功率跟踪技术（MaximumPowerPointTracking，MPPT）的控制可实现光伏发电出力的最大利用，目前常用的方法有恒定电压法、扰动观察法、电导增量法等。本文采用的是响应速度快、控制精度高的电导增量法来对光伏阵列的最大功率进行追踪。由光伏电池的P-U特性曲线可看出，当dP/dU=0时，运行在最大功率点处；当dP/dU>0时，运行在最大功率点的左侧；当dP/dU<0时，运行在最大功率点的右侧，从而可通过设置合适的搜索步长来找出最大功率点处的电压。

因为其在最大功率点处电压有“抖振”现象，为了减小这种现象人为引入了一个阈值Q，设为0.001，搜索步长为ΔU，设为3V。PI控制器的输入参考值uref为搜索到的最大功率点电压，PI控制器的作用是促使光伏阵列出口电压跟踪uref，PI控制器参数整定为kI=0.005，kP=0.005，频率10kHz，PWM模块的载波上下限为±0.015。

2.2并网逆变器控制方法

并网逆变器在光储充电站供电系统中有着非常重要的地位，其控制方法有很多种，目前常用的控制方法有PQ控制、下垂控制、恒压恒频控制等。本文并网模式下采用的为PQ变形控制方法，离网模式下采用的电压外环电流内环控制方法。

2.2.1锁相环技术

目前在许多控制系统中，功率计算以及内环控制器均需要坐标变换，因为需要坐标变换的角度θ，提取相角的技术有很多种，常见的有网络电压滤波法、零交叉检测法和锁相环。其中锁相环技术是使用最普遍的相位同步方法。一种基本的锁相环回路如图2所示。

图1，锁相环模型

由图中可知，当满足uasinθ=uβcosθ时，PI调节器的输入型号uq为零，控制器达到稳态，输出频率f为分布式电源系统所接交流母线处电压的频率，输出角度为d轴与a轴间的夹角θ，从而实现“锁相”目的。

2.2.2并网逆变器的控制策略

逆变器的控制方式有很多种，PQ控制是使用比较多的一种，在PQ控制模式中，由于有功功率和无功功率控制是解耦的，如果将某一个控制通道的输入信号和参考信号或者是两个控制通道的信号进行一定的改变，可以得到以别的恒定值作为参考值的控制方式，如常见的三种PQ控制变形方式：恒直流电压恒无功功率控制、逆变器输出电压控制、简化的恒功率控制。本文采取的PQ控制的方式为恒直流电压恒无功功率控制。

2.2.3离网逆变器的控制策略

当系统处于离网运行模式下时，逆变器等效为电压源，只有逆变器输出的电压稳定时才能保证负载运行的高效稳定性，因此要对输出的电压进行控制，但是逆变电源的设计还需要考虑电流的抗干扰性，带非线性负载的能力等因素，因而引入了电流内环。对于内环电流采用值即可为滤波电感的电流也可为滤波电容的电流，根据电容特性可知，其电压相位滞后于电流相位，电流能在一定程度上反应输出电压的改变趋势，但是不能反应输出电流的大小，而电感电流不存在这个问题。

2.3双重化双向DC/DC变换器控制方法

功率外环电流内环能够精确的控制锂电池输出功率，根据光伏阵列发出的功率和直流母线反馈的信息使其可以快速跟踪系统的差额功率，稳定输出功率，锂电池电压电流纹波小，响应速度快，但是不能直接控制直流母线电压，直流母线电压稳定范围在±10V内，需使用较大的直流母线电容才能稳定直流母线电压。

2.3.1Boost模式模型与控制

其中Ub为锂电池组，C为直流侧支撑电容，R为等效直流负荷，L1、L2为电感。本文采用电压电流双闭环PI控制，其控制框图如图5所示。

图2Boost电路控制框图

其中，us（）、usref（）为母线电压及其参考值，isLref（）是电感电流参考值，Ki、Kv是电流、电压采样增益，Gui（s）和Gid1（s）、Gid2（s）分别为输出电压对电感电流的传递函数、电感对电流占空比，G1（s）、G2（s）为PI模块传递函数，Gpwm为调制环节的传递函数。

电压外环输出经过限幅后作为电感电流环的输入参考值，将iref/2作为两个电流内环的指令值，与各自电感电流反馈信号的差值通过各自的PI补偿器G2（s）补偿后作为PWM调制模块的输入值，控制PWM输出驱动脉冲，分别平移相应角度驱动开关工作，经过调制后得占空比信号d，占空比的变化会相应的改变输出电压的大小。

2.3.2Buck模式模型与控制

Buck模式的控制目的是维持系统功率平衡，保持母线电压稳定，防止母线电压过高。所以，对Buck模式的控制需要加入母线电压影响，采用电压电流双闭环PI控制。

3、结语

目前，电动汽车的运行仍然处于起步阶段，有关电动汽车充电站的设计、建设还不够成熟，国内外关于电动汽车充电站的技术标准还比较少，电动汽车充电时间问题还没有得到有效解决，淘汰的电动汽车动力电池也不具备完善的回收机制等等，这些问题都已经成为影响电动汽车产业化的重要因素。为推动以电动汽车为代表的新能源汽车的产业化，电动汽车充电站建设的相关研究工作更加迫在眉睫。随着电动汽车保有量的迅速增加，淘汰的锂电池也越来越多，因此考虑建设基于梯次利用锂电池储能的光储充电站对节能减排具有重要意义。

参考文献

[1]胡泽春，宋永华，徐智威，等.电动汽车接入电网的影响与利用[J].中国电机工程学报，2012，32（4）：1-10.

[2]高赐威，张亮.电动汽车充电对电网影响的综述[J].电网技术，2011，35（2）：127-131.