V2G车网互联的双向AC/DC变换器直流阻抗模型及特性分析

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2024.04.010

摘要/Abstract

摘要：

双向AC/DC变换器的控制及直流输出阻抗是电动汽车充电桩并网运行及稳定性分析的关键。首先,提出含直流下垂环节的虚拟同步电机(VSM)控制策略,并利用上层功率指令实现双向AC/DC变换器直流电压的无差调节。然后,建立VSM功率控制环小信号模型,分析有功功率传输、有功功率指令与直流电压间的交互作用及影响。接着,建立双向AC/DC变换器在直流下垂VSM控制策略下的直流输出阻抗模型,详细分析阻尼系数、惯性系数、直流侧电容、传输功率、直流下垂系数等关键参数对直流输出阻抗的影响。最后,通过仿真及阻抗测量验证了所提直流下垂VSM控制策略的有效性和阻抗模型的正确性。

关键词: 双向AC/DC变换器, 直流下垂VSM控制, 小信号阻抗模型, 阻抗测量

Abstract:

The control of bidirectional AC/DC converters and the DC output impedance are crucial for the grid connected operation and stability analysis of electric vehicle charging stations. First, the virtual synchronous motor(VSM) control strategy with DC droop link is proposed, and the upper-level power command is used to realize the non-differential regulation for DC voltage of the bidirectional AC/DC converter. Then, a small signal model of the VSM power loop is established to analyze the interaction and influence between active power transmission, active power command and DC voltage. Furthermore, the DC output impedance model of the bidirectional AC/DC converter controlled by the DC droop VSM is established, and the influence of key parameters such as damping and inertia coefficient, DC side capacitance, transmission power, and DC droop coefficient on the DC output impedance is further analyzed in detail. Finally, the simulation result and impedance measurement verify the effectiveness and correctness of DC droop VSM control strategy and the proposed impedance model.

Key words: bidirectional AC/DC converter, DC droop VSM control, small signal model, impedance measurement

中图分类号:

TM46

张颖, 伏睿, 唐林权, 荣高升, 申亚波. V2G车网互联的双向AC/DC变换器直流阻抗模型及特性分析[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(4): 74-81.

ZHANG Ying, FU Rui, TANG Linquan, RONG Gaosheng, SHEN Yabo. DC Impedance Modeling and Characteristic Analysis of Bidirectional AC/DC Converter for V2G System[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2024, 0(4): 74-81.

图/表 19

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参考文献 22

[1]	刘迪, 杨海涛, 杨为, 等. 电网电压不平衡时 PWM 整流器脉动控制策略研究[J]. 电器与能效管理技术, 2019(10):8-12,16.
[2]	李鹏飞, 李霞林, 王成山, 等. 中低压柔性直流配电系统稳定性分析模型与机理研究综述[J]. 电力自动化设备, 2021, 41(5):3-21.
[3]	涂小涛, 高仕龙, 陈锐, 等. 多端柔性交直流混合配电网建模及仿真分析[J]. 电器与能效管理技术, 2020(1):58-63.
[4]	邓卫, 王欣竹, 韩民晓, 等. 柔性交直流混合配电网互联换流站的控制策略[J]. 电器与能效管理技术, 2018(20):1-7,14.
[5]	韩华春, 柳丹, 张宸宇, 等. 微电网环境下V2G系统电能质量优化补偿控制技术[J]. 电器与能效管理技术, 2018(3):53-58.
[6]	刘重洋, 魏亚龙, 刘刚, 等. 电网电压不平衡下变流器直流稳压控制策略[J]. 电器与能效管理技术, 2023(2):68-73.
[7]	陆立民, 褚国伟, 吴雅楠, 等. 储能参与电网电压调节研究综述[J]. 电器与能效管理技术, 2019(20):10-18.
[8]	吕志鹏, 梁英, 曾正, 等. 应用虚拟同步电机技术的电动汽车快充控制方法[J]. 中国电机工程学报, 2014, 34(25):4287-4294.
[9]	高丙团, 夏超鹏, 张磊, 等. 基于虚拟同步电机技术的VSC-HVDC 整流侧建模及参数设计[J]. 中国电机工程学报, 2017, 37(2):534-543.
[10]	付强, 杜文娟, 黄登一, 等. 含虚拟同步发电机的多端柔性直流系统稳定性分析[J]. 电力系统自动化, 2018, 42(9):164-170.
[11]	李峰, 秦文萍, 任春光, 等. 混合微电网交直流母线接口变换器虚拟同步电机控制策略[J]. 中国电机工程学报, 2019, 39(13):3776-387.
[12]	刘文亮. 直流微电网自适应两阶段下垂控制方法[J]. 电器与能效管理技术, 2021(8):58-63.
[13]	SUN J. Impedance-based stability criterion for grid-connected inverters[J]. IEEE Transaction on Power Electronics, 2011, 26(11):3075-3078.
[14]	陈新, 张旸, 王赟程. 基于阻抗分析法研究光伏并网逆变器与电网的动态交互影响[J]. 中国电机工程学报, 2014, 34(27):4559-4567.
[15]	朱晓荣, 韩丹慧. 基于虚拟惯性控制的直流微电网稳定性分析及其改进方法[J]. 电力自动化设备, 2019, 39(12):121-127.
[16]	赵伟涛, 李钊, 牙生·迪拉日, 等. 直流变换器输出阻抗非理想特性数值分析方法研究[J]. 电器与能效管理技术, 2023(2):11-15.
[17]	伍文华, 陈燕东, 罗安, 等. 海岛VSC-HVDC输电系统直流阻抗建模、振荡分析与抑制方法[J]. 中国电机工程学报, 2018, 38(15):4359-4368.
[18]	林刚, 李勇, 王姿雅, 等. 直流微网谐振模态分析及有源阻尼抑制方法[J]. 电力自动化设备, 2019, 39(4):119-125,132.
[19]	张学, 裴玮, 邓卫, 等. 含恒功率负载的交直流混联配电系统稳定性分析[J]. 中国电机工程学报, 2017(19):56-66,318.
[20]	XUE D, LIU J, LIU Z, et al. Modeling and analysis of DC terminal impedance of voltage-source converters with different control modes[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2020, 35(6):5883-5896.
[21]	盛万兴, 刘海涛, 曾正, 等. 一种基于虚拟电机控制的能量路由器[J]. 中国电机工程学报, 2015, 35(14):3541-3550.
[22]	吴恒, 阮新波, 杨东升, 等. 虚拟同步发电机功率环的建模与参数设计[J]. 中国电机工程学报, 2015, 35(24):6508-6518.

参数名称	数值
容量/kVA	10
网侧LC滤波器(H/F)	4×10^-3/5×10^-5
直流侧电容/F	3×10^-3
开关频率/kHz	5
直流电压下垂系数K_dc	102.5
直流母线电压/V	750
网侧相电压/V	380
VSM有功功率环D_p	20/0.058
VSM无功功率环D_q	1 200/5