[发明专利]V2G双向功率变换电动汽车充放电系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于智能电网技术领域，特别涉及V2G双向功率变换电动汽车充放电系统及其控制方法。

背景技术

随着电网智能水平以及电动汽车保有量的大幅提高，未来大量的电动汽车车载电池可能成为智能电网中的分布式储能单元，统计表明，一台电动汽车95％的时间处于停驶状态，车主可以在电网非高峰负荷时段由电网为电动汽车车载电池充电，而在电网高峰负荷时段由电动汽车车载电池向电网提供电能，以获得差价。在车主和系统调度员之间，这种通过实时电价和智能电表来实现智能充放电管理的技术就是V2G(Vehicle to Grid)技术。V2G技术的应用能够有效地调节电网的峰谷差，降低传统调峰备用发电容量，提高电网利用效率；我国2011年风电总装机容量达到0.418亿kW，汽车保有量已突破1亿辆；若所有汽车按电动汽车充电机主电路的功率换算，电动汽车充电机总容量是我国风电总装机容量的近10倍，假如其中的1/5，即0.2亿辆汽车为电动汽车，它们的车载电池将足以存储我国所有风电厂发出的电能，巨大的电动汽车储能效能相当于增加了系统的有效备用容量，将有效地平抑可再生能源发电输出功率的波动，促进电网接纳波动的可再生能源发电功率，为增强电网的调节能力提供新的途径；而且成百上千的电动汽车还可以组成微电网运行，在紧急状况下还可以作为应急电源，为微电网的安全运行提供有效的支撑。

传统充电机采用可控硅桥式整流电路构成充电主回路实现蓄电池充电功能，但不足之处是功率变换采用工频相控方式，导致交流电流波形畸变严重，谐波分量大；功率因数低，且不可控；而且，采用工频变压器变换电压和电气隔离，损耗大，造成整机能量变换效率低，还大量消耗有色金属，成本高。

与传统的可控硅整流相控技术相比，PWM高频逆变技术是一种全新的电力电子变流技术。理论分析和实践经验表明，电磁器件(变压器、电感和电容等)的体积和质量均与供电频率的平方根成反比，当工作频率从工频50Hz提高到20kHz(即工作频率提高400倍)，电磁器件的体积、质量将下降至工频设计值的5-10％。因此，高频化使电源类设备具有效率高、噪音低、体积小、动态性能好、成本低等优势，是必然的发展方向。

根据工作原理的不同，DC/DC功率变换可以划分为正激、反激、推挽和桥式等拓扑结构形式。对称反激式变换器因其结构最简单，低成本，以及良好的瞬态响应等优点，非常适合于小功率应用场合；推挽式变换器结构简单，但开关管需承受两倍的输入电压，另外还要加上由于高频变压器漏感引起的脉冲电压峰值，故只适合于变换器工作电压比较低的场合；桥式DC/DC变换器可以实现所需的大变比，且能满足不同功率等级的应用需求，因而适合中、大功率场合的应用。

目前，PWM高频全桥逆变技术已经成为电动汽车充电机的主流技术，其主电路主要由四部分组成：1)防雷及输入滤波器电路：其作用主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰；2)一次整流与滤波电路：将交流电压源变换为直流脉动电压源，滤波后变为较平滑的一次直流电压源，供下一级变换；3)逆变电路：将整流滤波后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，逆变变压器的体积、重量与输出功率之比越小；4)二次整流与滤波电路：将高频交流电再次整流和滤波，通过电压(或电流)闭环控制，输出稳定可靠的直流电压(或电流)；通过电池管理系统的通信管理，达到对车载电池不同工况下的充电模式要求。

但是，进一步分析电动汽车充电机的电路拓扑，可以看出，普通的电动汽车充电机尚不具备将电能回馈电网的能力。

发明内容

本发明针对上述缺陷公开了V2G双向功率变换电动汽车充放电系统及其控制方法。本发明主电路采用单相或三相电压型PWM变流器(VSC)为第一级功率变换电路，实现交流电网与第1直流母线之间的能量变换，简称为“交流-直流(AC/DC)变换器”；采用对称半桥LLC谐振式双向直流-直流(DC/DC)变换器作为第二级功率变换电路，实现直流母线与动力电池组之间的能量变换，简称为“双向DC/DC变换器”。

V2G双向功率变换电动汽车充放电系统包括单相V2G双向功率变换电动汽车充放电系统和三相V2G双向功率变换电动汽车充放电系统；

单相V2G双向功率变换电动汽车充放电系统的结构如下：单相交流电源、单相电压型PWM变流器、第1直流母线、对称半桥LLC谐振式双向直流-直流变换器和第2直流母线级联；