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电动汽车入网 V2G 技术解读及最新测试方案

2021-09-25

电动汽车 V2G 技术是指电动汽车给电网送电的技术,其核心思想就是利用大量电 动汽车的储能源作为电网和可再生能源的缓冲。首先,电网并不像一个超级大容量的UPS, 提前发电并存储后等待用电负荷的使用。相反,电网的发电是根据负荷的用电需求实时 调整的。当用电高峰来了,电网就开启更多的发电机组,加大发电功率,跟上用电需求。 当用电低谷时,就关闭一部分发电集组,降低功率,紧跟用电需求的变化。倘若电网的 负荷调节跟随不上,就会导致频率波动,甚至会导致停电故障。因此电网希望全社会的 用电量是稳定的。 

然而,随着电动汽车销量的增长,当达到一定规模的时候,必然会对现有电网带来 重大的影响。目前,电动汽车的充电功率多为 60kW~120kW,随着电池技术的成熟以及 ChaoJi 标准的推广,电动车的充电功率会增长到 200kW 以上。如果一个城市 10%的汽车 换成电动汽车,并且均是下班后充电,则将会使电网的峰值负荷增加 20%,这意味着需 要投入建设更多的发电机组,才能满足电动车全面替代燃油车之后的庞大用电需求,否 则会导致电网波动甚至瘫痪。但一味扩大发电机组容量显然是不现实的。因此,全球都 在开发太阳能和风能,利用绿色能源发电并进行电量存储,同时解决电动汽车对电网大 容量的用电需求。 V2G 的技术就是在这种情况下应运而生的。当电动车更大规模化之后,电动汽车内 部的电池将可视为一个庞大的分布式储能装置。V2G(Vehicle toGrid)即电能在电网和 车辆动力电池间的双向流动。通过电网系统的统一控制,在用电低谷期有序协调车辆充 电,在用电高峰期利用电动车存储的能量像电网释放能量,将庞大基数的动力电池虚拟 成一个调峰电厂,实现削峰填谷,改善电能质量,消纳可再生能源等功能。


V2G 的技术就是在这种情况下应运而生的。当电动车更大规模化之后,电动汽车内 部的电池将可视为一个庞大的分布式储能装置。V2G(Vehicle toGrid)即电能在电网和 车辆动力电池间的双向流动。通过电网系统的统一控制,在用电低谷期有序协调车辆充 电,在用电高峰期利用电动车存储的能量像电网释放能量,将庞大基数的动力电池虚拟 成一个调峰电厂,实现削峰填谷,改善电能质量,消纳可再生能源等功能。


如何测试 V2G 模块? 

BOBC 和 V2G EV charger 是实现电网与车辆能量双向流动的关键功率转换模块。为了确 保 BOBC 以及 V2G EV charger 可靠并网,工程师需要对 AC-DC 以及 DC-AC 的双向电气性能 进行各种并网扰动,相位角跳变,频率扰动以及谐波注入等测试。


V2G 模块测试挑战 

V2G EV charger 模块对现有的测试设备技术提出了巨大的挑战,特别是 DC-AC 逆变功率 转换性能的测试。由于 V2G 模块工作中,需要实时跟随电网电压,频率以及相位角等信号,因 此传统方案中,工程师通常采用一台交流源,交流负载以及直流电源来完成测试。其中交流电源 用于模拟电网电压和频率,为 V2G 模块并网提供参照信号,交流电子负载则模拟用电负荷吸收 动力电池释放的能量。 

然而这种方案,随着测试项目的日益复杂,其弊端逐渐显现。首先,交流源和交流负载是两 套独立的设备,因此操作中工程师需要特别考虑两套设备之间开启和关断的顺序,特别是关断的 时候,若误将交流负载先关闭,后关闭交流电源,则逆变的能量将全部灌入交流电源,导致电源 设备损坏,因为交流源不具备吸收功率的能力。

ITECH V2G 功率模块测试 

真实的电网同时具备吸收和输出电能的能力,一套真正的电网模拟器也应如此。ITECH 的 IT7900 系列产品是一款可以工作在全四象限区域的电网模拟器,提供 100%电流 source 和 sink 能力,满足 V2G EV charger 和 BOBC(V2G)双向电气性能以及 V2G 技术的验证。用户 只需设定电网电压和频率参数,IT7900 将根据 DUT 的电流流向,自动吸收或者输出电能,同 时将吸收的能量回馈给电网,回馈效率高达 88%。而无需像传统方案一样,需要协调和控制两 套独立的设备。


V2G 并网的应用同样需要满足孤岛保护效应测试,即当电网断电的情况下,动力电池禁止 向电网回馈电能,并在小于 2s 的时间内切断输出。IT7900 内置专业的孤岛测试模式,进入孤岛 模式后,用户可以设定每相的 RLC 参数或有功/无功功率,仿真非线性电力负荷。该模式的研发 帮助测试工程师节省了额外的 RLC 负载箱成本,用户仅通过 IT7900 一台设备即可实现 RLC 负 载箱,功率表及电网模拟器多重功能,简化测试平台的同时,节约测试成本。