电动汽车入网技术

智能电网的核心价值是提高能效,利用各种高科技手段提升发、输、配、用电各环节的运行管理水平,节约资源,保护环境;智能电网更加适应多种能量单元发电、配电、用电方式的需要,更加适应市场化的电力交易的需要,更加适应客户的自主选择需要。

国家新能源汽车产业发展规划, 2010～2015年是电动汽车产业化和大规模推广应用的关键5年。相关研究表明, 2016年是电动汽车产业化发展的拐点,电动汽车发展进入高速成长期,预计到2020年,上海市电动汽车市场规模预计可达约35万辆(按市场渗透率15%计算) 。大量的车辆充电将带来新一轮的负荷快速增长,以每辆车配置12 kW·h电池计算,这些电动汽车日充电所用电量约为336万kW·h (按0. 8同时率计算) ,这对用电负荷峰谷差日益加大的电力系统而言,增加了巨大的发、输、配电压力。

电动汽车入网(Vehicle to Grid,简称V2G)技术就是电动车辆的能量在受控状态下实现与电网之间的双向互动和交换,是"智能电网技术"的重要组成部分,应用V2G和智能电网技术,电动汽车电池的充放电被统一部署,根据既定的充放电策略,在满足电动汽车用户行驶需求的前提下,将剩余电能双向可控回馈到电网。

1 　V2G系统信息流程

V2G体现的是能量双向、实时、可控、在车辆和电网之间流动,充放电控制装置既有与电网的交互,又有与车辆的交互,交互的内容包括能量转换信息、客户需求信息、电网状态、车辆信息、计量计费信息等。因此,V2G是电力电子、通信、调度和计量、需求侧管理等众多技术的高端综合应用。

图1所示为V2G系统信息图

SM:智能电表,双向计量、本地信息存储,以RS485与EV2PCS通信,通过EV2PCS向UT传送电量信息;

EV2PCS:双向智能充放电装置,由低压控制器和本地管理机组成,用于实现车辆和电网之间的双向能量交互,是V2G系统的关键装置;

UT:人机交互终端,是电动汽车用户与电网交流的界面,用户从中获取用电量和电费信息;

BMS:电池管理系统,用于车辆电池数据的采集与传输,电池运行状态的监控,以CAN总线与EV2PCS通信,通过EV2PCS向后台传输车辆信息;

EMS:后台管理系统,对上与电网调度系统通讯,获取电网负荷信息并执行电网调度指令,对下与EV2PCS通信,获取车辆状态信息,分配并下发电网调度指令。

2 　V2G系统各部件

2. 1　双向智能充放电装置

双向智能控制装置作为V2G技术中的关键功率部件,用于实现电网与电动汽车间的能量双向流动,可工作在充电模式和V2G模式:如果选择充电工作模式,即只是对车辆进行充电操作,不将车辆电池能量回馈至电网;如果选择V2G工作模式,装置根据用户在人机交互终端上选择的车辆SOC上下限门限值,或装置默认的SOC上下限门限值,将连接车辆可充放电的实时容量、受控时间等信息提供给后台管理系统,后台管理系统下发充放电控制指令,装置根据车辆电池当前SOC进行充、放电操作,实现能量的双向流动。

图2所示为双向智能控制装置主回路拓扑

其拓扑特点如下:

(1) 采用三相全桥双向PWM变换,能对电池进行充放电;

(2) 电网交流与电动汽车电池侧采用隔离变压器进行电气隔离

(3) 同时隔离变压器可进行交直流之间的电压匹配;

(4) 交流侧和直流侧配置过载过流断路器;

(5) 交流直流侧均配置有预充电回路,启动方式灵活;

(6) 采用一级变换器,拓扑简单,可靠性高。

2. 2　人机交互终端

人机交互终端系统结构如图3所示,主要由嵌入式控制器、触摸显示屏、射频卡读卡器、CAN通信卡、远程监控通信扩展卡、微型打印机等部分组成。主要功能有:界面显示、身份识别、EV2PCS控制模式、票据打印、数据管理和查询、个性化参数设置、语言切换、以及用户操作帮助和异常信息提示等。

图3所示为人机交互终端系统结构图

2. 3　后台管理系统

后台管理系统包括充放电策略控制子系统和能量管理子系统;充放电策略控制子系统主要功能是根据能量管理系统提供的可充放电总容量、电价以及当前电网的实时负荷信息,采用适当的充放电策略算法,计算出电网实际允许的充电或放电容量,从而动态地实现车辆车载电池组与电网的双向能量交换;能量管理子系统主要功能是实时监测车载电池组工作状况、提供充放电策略基础数据、为每台EV2PCS提供充电或放电容量二次分配指令。

2. 4　车辆电池管理系统

电池管理系统(BMS)是对车辆电池性能和状态了解最为全面的设备,将BMS和EV2PCS之间建立联系,使充电装置实时了解电池信息,改变自己的执行策略和输入输出电流,以保障车辆运行、电池安全和延长使用寿命。BMS主要功能包括:实现电池运行状态的实时监控;电压、电流、温度、SOC等数据采集、显示、传输;电池故障诊断、告警和安全保护;故障自检和诊断;充放电均