華中科技大學電氣與電子工程學院強電磁工程與新技術國家重點實驗室的研究人員蔡久青、陳昌松、段善旭、劉朋，在2017年第10期《電工技術學報》上撰文，為實現電動汽車充放儲一體化電站中具有并聯、雙向運行特性的功率變換系統多模式運行，采用基于三層網絡架構的集中控制體系，提出了一種集多種運行模式控制于一體的統一控制策略。
該策略下各功率變換單元可依據調度指令在V2G和獨立兩種運行模式間靈活選取，同時結合單元充放電狀態、輸出視在功率和電池組荷電狀態實現了功率優化分配。此外，針對模式切換過程中負載電壓和并網電流波動機理進行分析。在統一控制策略中提出并引入了一種基于內環指令跟蹤、外環軟切換的雙環切換方法，實現了運行模式間的無縫切換。仿真和實驗結果驗證了所提控制策略的可行性和有效性。
隨著能源危機和環境污染問題的日益嚴峻，電動汽車產業作為我國戰略性新興產業受到了廣泛的關注并得到了大力的推廣[1-3]。能源供給基礎設施的配套建設是電動汽車產業發展的關鍵。電動汽車充放儲一體化電站的建立，實現了充電站、換電站與儲能電站的優勢融合，具有功能多樣化、運營管理靈活等特點[4-6]。
一體化電站既能向電動汽車提供基礎充換電服務，又能向電網提供削峰填谷、無功補償、諧波治理等輔助服務，實現了電動汽車與智能電網的協同發展。一體化電站通常由能量管理系統、電池充換系統和功率變換系統三部分組成。其中，多模式運行功率變換系統(Power ConversionSystem, PCS)作為電網與電動汽車之間的雙向能量傳輸通道，是一體化電站運行控制的基礎和關鍵。
功率變換系統在V2G運行模式[7-9]下，需完成電動汽車電池組的靈活充放電管理以及并網調控;在獨立運行模式下，需滿足一體化電站內關鍵負荷的用電需求和能量平衡。同時需實現V2G運行和獨立運行模式間的無縫切換[10-13]，以保證電網的安全穩定運行和站內關鍵負荷的不間斷供電。
有關多模式運行功率變換系統的拓撲及控制研究工作已廣泛開展[14,15]。文獻[16]針對一種兩級式單相PCS拓撲結構，采用電流內環滯環，通過并網電流外環與電容電壓外環間的切換，實現并網與獨立多模式運行控制。但滯環控制下開關頻率不固定，濾波器參數設計復雜。
文獻[17,18]針對基于LCL濾波的PCS拓撲結構，在并網模式下采用間接電流控制，通過改變控制參考指令實現并網與獨立運行雙模式無縫切換。但間接電流控制難以保證并網電流波形質量及系統單位功率因數輸出。
文獻[19]采用下垂控制方案，實現了主從策略下的PCS雙模式運行。但下垂控制下系統輸出動態性能不佳，且文中缺乏對模式切換方法的深入分析。現有文獻僅以能量單向傳輸的PCS單元為研究對象，研究內容具有一定的局限性，因此針對能量雙向交互的PCS單元并聯系統的多模式運行控制研究具有重要意義。
本文針對電動汽車充放儲一體化電站中功率變換系統的并聯、雙向運行特點，建立了V2G模式、獨立模式和切換模式下控制模型，提出了一種集中式多模式運行統一控制策略。在V2G運行和獨立運行模式下以輸出視在功率平衡和電池組荷電狀態平衡為目標實現功率優化分配。同時基于模式切換過程中負載電壓和并網電流波動機理分析結果，在該策略中引入基于內環指令跟蹤、外環軟切換的雙環控制方法，實現了運行模式間的無縫切換。
圖1 電動汽車一體化電站框架
結論
電動汽車充放儲一體化電站充分融合了充電站、換電站與儲能電站的優勢特點，是電動汽車能源供給設施的發展方向和有效運營模式。
本文以一體化電站中功率變換系統為研究對象，在充分考慮其并聯、雙向運行特性的基礎上，對V2G模式、獨立模式和切換模式進行了深入分析，提出了一種集中式多模式運行統一控制策略。
該策略實現了V2G運行和獨立運行模式下PCS單元功率優化分配和充放電狀態靈活配置，同時通過所引入的雙環無縫切換方法實現了運行模式間的平滑切換和關鍵負荷不間斷供電。
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