V2G_模式下的电动汽车充放电控制思路探究与讨论

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电动汽车在安全行驶过程中，需要电池提供充足的电能，而电池是一种储能元件，能够从系统吸取电能，并在电网负荷处于高峰的状态下，可以借助V2G 技术将能量安全输送给系统。

因此，在V2G 模式下，主动探究电动汽车充放电控制思路，创新其控制策略，有效引导用户有序进行电动汽车的充放电，对提高电网运行的安全稳定性、接纳可再生能源的能力具有十分重大的现实意义。

1　V2G 技术阐述
1.1　概念
V2G 技术主要是借助电气、计算机、通信等多个学科的专业知识和技能，实现电动汽车和电网互动。

当电动汽车为空闲状态时，借助相应的蓄电池，有效储存能量，在智能
电网的联通下完成削峰填谷，促进电动汽车有序充放电。

基于V2G 模式下电动汽车电池作为储能单元，当其电量低于电网负荷时，借助电网能量流动，为电动汽车补充电量，促进其安全稳定运行。

当电网负荷较高时，电动汽车处于空闲状态，借助相关电子设备反馈将电能有效输送给电网。

当电动汽车不运行时和电网有效连接，当其达到相应数量的情况下，可以将这些电动汽车的蓄电池当作分布式储
能单位，完成电网的基础服务。

电动汽车和电网之间，借助多种方式进行联通，并在相对应的连接系统平台内，电能可以向电网有效转换部分火力发电、风能发电等部分可再生新能源的转换，促进两者之间的能量有效流动和利用[1]。

电动汽车用户可以在电价低时，
呼延洪
雷达新能源汽车（浙江）有限公司　浙江省杭州市　311243
摘 要： 电动汽车属于动态负荷，充电行为的随机性较强，对电网具有较大影响。

当电动汽车大规模无序充电
的过程中，在很大程度上降低了电网运行的安全可靠性。

因此，人们要积极探索科学有效的控制措施，控制电动汽车有序充放电，改善相应区域电网的负荷特性，确保电网运行的稳定性、经济性。

基于此，本文首先对V2G 技术进行了阐述，然后分析了V2G 双向充放电装置的基本结构，提出相应的控制策略，最后深入探究V2G 控制系统的设计。

关键词：V2G 模式　电动汽车　充放电控制思路　探究
V2G 模式下的电动汽车充放电控制思路探究与讨论
从电网买电，电价高时结合实际情况向电网售电，获得相应的经济收益。

1.2　实现方式
（1）集中式V2G 。

通常情况下，电动汽车在大型场合的数量较多。

可以将其看作一个群体，并结合当地电网运行的实际情况，对电量的需求，合理调度场合类的电动汽车，选择适宜的调度方式，对于各类汽车进行有序充放电，合理配置电能，有效缓解负荷增加的不良现象，提高电能利用率。

当前较多企业应用了集中式V2G 系统，将充电桩合理布置在大规模区域中心，有利于电动汽车有效完成充放电。

相关学者对V2G 技术进行深入研究，构建电网和电动汽车的应用平台，通过该平台发送调度信号，提高整个区域范围内电动汽车调度效果。

（2）自治式V2G 。

Exploration and Discussion of Electric Vehicle Charging and Discharging Control Ideas in V2G Mode
Hu Yanhong
Abstract ：
E lectric vehicles belong to dynamic loads, and the charging behavior is more random, which has a greater impact on the power grid. The process of large-scale disordered charging of electric vehicles reduces the safety and reliability of power grid operation to a large extent. Therefore, people should actively explore scientific and effective control measures to control the orderly charging and discharging of electric vehicles, improve the load characteristics of the corresponding regional power grids, and ensure the stability and economy of power grid operation. Based on this, this paper firstly elaborates on V2G technology, then analyzes the basic structure of V2G bidirectional charging and discharging device, puts forward the corresponding control strategy, and finally explores the design of V2G control system in depth.Key words ：
V 2G Mode, Electric Vehicle, Charging and Discharging Control Idea, Exploration
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其实现方法主要是借助连接设备，将一辆电动汽车和电网进行联通。

电动汽车灵活性较高，在不同位置都能够停放，数量多且分散。

在夜间设置V2G的充电器，结合电网电能供给需求，进行夜间电网互联、电能互补，有效突破时间和空间的局限性，但是该种实现方式需要两者具有一定的智能程序和技术[2]。

（3）基于微网实现方式。

我国科学技术迅速发展，智能电网不断完善，增加了微电网频率，借助分布式电源等不同类型的平台，形成小型配电系统，具有自动控制、保护管理等多项功能。

结合微电网和V2G的特点，将电动汽车当作储能设备有效连接微电网。

4.基于更换电池的V2G实现方式。

电动汽车换电站中包含较多更换的电磁，在确保部分电池电量充足，满足用户的换电需求，能够集中利用其他电池，优化电网运行，形成大容量储能系统，提高电网的基础性服务。

该种实现方式无需向电网接入电动汽车，对电动汽车的正常行驶不会产生任何影响，具有广阔的应用前景。

2　V2G双向充放电装置结构
充放电装置在V2G系统中具有十分重要的作用，是核心装置，能够保持能量能够顺利地双向流动，进一步保障信息能够双向发送、接收，高效地完成充放电动作，保证系统处于安全稳定的运行状态。

其中双向变换器在实际应用中，能够更加精准控制电池的整体过程，在电动汽车充放电的过程中起到良好的调节作用，延长电池的使用周期。

电动汽车的蓄电池存储能源，可以通过单级式、双级式V2G变换器交换能量。

系统在车载动力不同时，发出相对应的指令进行正常工作。

如，充电的过程中，系统形成直流电，抵消谐波电流，实现电流正弦化；放电的过程中，系统产生一定的电压，借助变换器进行针对性处理后并网，完成电动汽车电池放电。

2.1　AC-DC变换器拓扑结构
电动汽车在V2G系统中进行充放电，经历过程存在一定差异性，而AC-DC变换器具有良好的应用效果，能够满足各项功能需求。

选用双向AC-DC变换电路的过程中，综合分析电路设计功能是否符合要求，并考虑相应控制措施涉及的相关问题。

AC-DC电路需要
完成的功能主要体现在以下几个方面：电动
汽车充电中，在AC-DC变换电路中经过电网
侧电压时，将其有效转变为直流电压，稳定
性和功率因数较高；电动汽车放电中，将蓄
电池直流电有效逆变为交流电，并且AC-DC
变换电路能够谐波电流，最大限度降低对电
网稳定运行产生的不良影响。

三相电压型变换器结构简单，操作简便，
运行安全稳定性强，三相电流型变换器应用
中实现电感更大，但是成本高，运行中容易
受到多方面因素的影响，安全隐患多，并且
对信号反馈相对缓慢。

因此，本研究中选择
三相电压型变换器，提高设备操作质量和效
率，有利于电动汽车随意转变充放电状态，
并保持充放电的有效性与可靠性[3]。

2.2　DC-DC变换器拓扑结构
DC-DC变换器拓扑结构在实际应用中能
够有效控制电动汽车的充放电过程。

因此，
相关人员在电动汽车充放电控制过程中应当
深入研究DC-DC变换器拓扑结构，发挥其应
用优势，提高该结构应用效果。

DC-DC变换
器中主要包含隔离、非隔离这两种不同的类
型，在使用过程中难易程度有所不同，前者
相对繁杂，成本高，并对大多数电动汽车而
言增加其负重；后者在实际应用中，控制驱
动操作便捷，半桥结构简单，涉及较少的器件，
控制策略实现难度较低，转换效率高。

3　电动汽车有序充放电控制策略
3.1　定时模式
结合电动汽车的实际情况进行分析，平
均每天有90%的时间为空闲状态，为V2G定
时充电模式策略的实现提供了可能。

该策略
实施的过程中，主要将可统一调度的电动汽
车，在峰荷时段、谷荷时段分别进行集中放电、
充电，有效实现削峰填谷的目的。

定时模式
在实际应用中，需要相关人员结合实际情况，
按照各项要求，预先设定电动汽车充放电时
间，并综合判定电动汽车是否处于充电时段，
并分析车载电池能否达到充电要求，当其满
足各项要求的情况下，及时发出指令，传送
给动力电池有序完成充放电。

3.2　负荷整形模式
该控制策略在实际应用过程中，需要研
究人员根据实际情况，准确计算负荷曲线的
平均值，并以此为基础，确定基准负荷功率，
V2G充电桩以可变功率高效完成充放电。

在
电动汽车充放电的过程中，综合判断其实际
情况，可以实时计算负荷功率，将其和预先
设定的数值进行对比分析，两者的差值能够
有效体现出充放电状态。

如，预先设定基准
负荷功率，通过全面检测，并准确计算负荷
功率和设定值的差值为零时，表明电动汽车
未进行充放电操作，反之，代表其处于充放
电状态[4]。

3.3　定峰模式
该控制策略应用中，研究人员应当明确
边界条件，以负荷量为基础，并基于V2G系
统，实现电动汽车集中式充放电，达到削峰
填谷的目的，在此过程中，通过变压器具体
容量决定负荷量，合理设定具体参量，当其
大于变压器额定容量80%时，代表电动汽车
处于放电状态；小于其70%时，处于充电状
态；在变压器额定容量的70%-80%时，表明
其不参与负荷曲线的调整。

另外，研究人员
合理设定上下边界条件，针对性检测负荷曲
线所在区间，综合判定车载电池的实际情况，
确保其符合充放电条件的情况下，向其发出
相应的指令。

3.4　V2G和储能配合模式
基于负荷整形模式策略，将负荷功率和
设定值的差值（ΔP1）超出电动汽车充放电功
率范围的部分，表示为ΔP2，借助储能电池
消纳该超出的部分，进一步调整电网负荷曲
线，获得良好的削峰填谷效果。

该控制策略
的流程（如图1所示），V2G充电桩和储能
电池的充放电功率分别表示为P EV、P BA。

该
控制策略在实际应用中，主要是基于负荷整
形模式，增加储能电池，通过补充ΔP2而实现。

4　V2G模式下的电动汽车充放电控制
系统设计
4.1　整体V2G控制系统
该控制系统中包含电压源型逆变器控制
部分、DC-DC模块，测试电网电压、电流等，
并合理设置相关参数，对电网和电动汽车的
能量转换进行针对性控制。

在不同电网的运
行条件下，需要3个电压、电流信号，需要
设计人员详细分析电网的实际状况，获得电
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压、电流信号形式。

VIS控制模块主要借助锁相环，实时跟进相关电压、电流等信号，获取各项实时数据，如幅值、频率等，并针对性调节回路，对有功和无功功率等各项参数进行全面分析，并研究这些参数生成相应的调制函数，从而获得脉冲宽度调制信号。

4.2　变换器控制设计
AC-DC双向变换器在实际应用过程中，基于空间矢量，借助级联获得良好的控制效果。

借助电压外环针对性控制整个系统的电压，进一步保障系统运行的安全稳定性。

例如，电压由电压环控制，生成参考电流，合理调节系统运行状态，并通过电压环、电流环之间的互相作用，有效控制V2G模式下的电动汽车充放电控制系统中的相关参数。

在操作中，结合有功和无功功率参数，明确基准电流，输出功率受到相关因素的影响，具有不同的变化，借助电流、电压的控制，有效调节整体功率。

如，有功功率发生一定程度的变化，就会获得相对应的基准电流，从而对无功功率的参数进行控制和改变，获取所需的基准
电流[5]。

利用电流内环、电压外环对DC-DC变换
器实现双闭环控制，提高控制效果，促进整
个系统稳定运行。

在实际操作中，对直流母
线电压、直流母线电压参数进行对比分析，
通过PI调节后，与电池侧实际电流进行比较，
获得相应结果通过比例积分环节调节，生成
脉宽调制信号，从而对DC-DC双向变换器具
有良好的控制效果。

4.3　锁相环设计
锁相环设计过程中，电动汽车馈电时，
读取电网电压的相应参数，进行并网。

在不
同电网中，锁相环以正交正弦信号，对比系
统内的信号，获得电网电压参数。

因此，当
电动汽车和不同电网进行联通时，发聩情况
存在一定差异。

如，三相电网，借助Clark变
换获取信号；单相电网，借助滤波器，信号
会有所延迟。

因此，单相电网实时跟进情况
和次数会在一定程度上有所降低。

因此，整
个系统设计过程中，优化锁相环模块，便于
系统运行中，电压信号通过设计的正交信号
共同借助Clark进行优化，获得α-β信号，并
进行实际操作进行坐标转换，获得相位差，
具有相关信息，并利用计算方式，获得结果
参数，当作积分环节的输入，从而计算出电
压相位角θg。

4.4　基准电流
电动汽车充放电的过程中，合理调节相
关有功功率（P ref）和无功功率（Q ref），产
生相对应的正负值，同时进行充放电、能量
转换的双重功能。

当整个系统稳定运行的过
程中，锁相环设计能够有效调节q轴内的分量，
实现u q为零，并给出d轴的u d，之后通过变
换，获得基准电流，计算过程为：
i dref=
2P
ref
3U
d
i qref=
2P
ref
3U
d
4.5　传递函数选取
在系统实际运行中的传入信号u q、电网
电压各项参数计算出电压相位角θg等。

当传
入信号为零时，d轴分量、电网电压矢量相位
一致，有效锁定相位。

同时，在系统运行中，
能够实现q轴的分量锁定，就可以有效实现
相位锁定。

从而在该情况下，传递函数输出
为电网电压的频率值ω，从而借助一阶的比
例积分控制器，传递函数H（s）为：
H（s）=K P+
K I
S
公式中，K P代表比例增益；
K I代表积分增益。

获得所需电网电压的频率值之后，通过
积分环节获得电压相位角。

5　结语
本文基于V2G模式，深入探讨了电动汽
车充放电控制策略，详细分析了V2G技术的
概念和实现方式，充分发挥其重要作用，以
变换器作为整个控制系统的中枢、负载功能，
并起到功率双向流动的作用。

但是，V2G变
换器在实际应用中其运行方式相对复杂，对
其进行研究，有利于V2G变换器不断进步和
发展，实现V2G变换器双向放电策略，有效
控制电动汽车有序进行充放电。

参考文献：
[1]周静雯，黄勇，来春庆，等. 基于V2G技
术的电动汽车充放电系统拓扑结构及控制
策略研究[J]. 湖北民族大学学报（自然科
学版），2023，41（2）：232-239.
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充电桩[J]. 电力设备管理，2022（16）：
102-104.
[3]冯万富，刘姝，董鹤楠，等. 满足配电
网平衡的电动汽车充放电控制策略研究
[J]. 沈阳工程学院学报（自然科学版），
2022，18（4）：36-42.
[4]鲍振铎. 基于V2G模式下的电动汽车充放电
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[5]张博文，李练兵，景睿雄. 基于多目标优
化的电动汽车V2G充放电控制策略研究
[J]. 光源与照明，2022（9）：135-137.
图1　V2G与储能配合模式流程
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