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電動汽車入網 V2G 技術解讀及最新測試方案

2021-09-25

電動汽車 V2G 技術是指電動汽車給電網送電的技術,其核心思想就是利用大量電 動汽車的儲能源作為電網和可再生能源的緩沖。首先,電網并不像一個超級大容量的UPS, 提前發電并存儲后等待用電負荷的使用。相反,電網的發電是根據負荷的用電需求實時 調整的。當用電高峰來了,電網就開啟更多的發電機組,加大發電功率,跟上用電需求。 當用電低谷時,就關閉一部分發電集組,降低功率,緊跟用電需求的變化。倘若電網的 負荷調節跟隨不上,就會導致頻率波動,甚至會導致停電故障。因此電網希望全社會的 用電量是穩定的。 

然而,隨著電動汽車銷量的增長,當達到一定規模的時候,必然會對現有電網帶來 重大的影響。目前,電動汽車的充電功率多為 60kW~120kW,隨著電池技術的成熟以及 ChaoJi 標準的推廣,電動車的充電功率會增長到 200kW 以上。如果一個城市 10%的汽車 換成電動汽車,并且均是下班后充電,則將會使電網的峰值負荷增加 20%,這意味著需 要投入建設更多的發電機組,才能滿足電動車全面替代燃油車之后的龐大用電需求,否 則會導致電網波動甚至癱瘓。但一味擴大發電機組容量顯然是不現實的。因此,全球都 在開發太陽能和風能,利用綠色能源發電并進行電量存儲,同時解決電動汽車對電網大 容量的用電需求。 V2G 的技術就是在這種情況下應運而生的。當電動車更大規模化之后,電動汽車內 部的電池將可視為一個龐大的分布式儲能裝置。V2G(Vehicle toGrid)即電能在電網和 車輛動力電池間的雙向流動。通過電網系統的統一控制,在用電低谷期有序協調車輛充 電,在用電高峰期利用電動車存儲的能量像電網釋放能量,將龐大基數的動力電池虛擬 成一個調峰電廠,實現削峰填谷,改善電能質量,消納可再生能源等功能。


V2G 的技術就是在這種情況下應運而生的。當電動車更大規模化之后,電動汽車內 部的電池將可視為一個龐大的分布式儲能裝置。V2G(Vehicle toGrid)即電能在電網和 車輛動力電池間的雙向流動。通過電網系統的統一控制,在用電低谷期有序協調車輛充 電,在用電高峰期利用電動車存儲的能量像電網釋放能量,將龐大基數的動力電池虛擬 成一個調峰電廠,實現削峰填谷,改善電能質量,消納可再生能源等功能。


如何測試 V2G 模塊? 

BOBC 和 V2G EV charger 是實現電網與車輛能量雙向流動的關鍵功率轉換模塊。為了確 保 BOBC 以及 V2G EV charger 可靠并網,工程師需要對 AC-DC 以及 DC-AC 的雙向電氣性能 進行各種并網擾動,相位角跳變,頻率擾動以及諧波注入等測試。


V2G 模塊測試挑戰 

V2G EV charger 模塊對現有的測試設備技術提出了巨大的挑戰,特別是 DC-AC 逆變功率 轉換性能的測試。由于 V2G 模塊工作中,需要實時跟隨電網電壓,頻率以及相位角等信號,因 此傳統方案中,工程師通常采用一臺交流源,交流負載以及直流電源來完成測試。其中交流電源 用于模擬電網電壓和頻率,為 V2G 模塊并網提供參照信號,交流電子負載則模擬用電負荷吸收 動力電池釋放的能量。 

然而這種方案,隨著測試項目的日益復雜,其弊端逐漸顯現。首先,交流源和交流負載是兩 套獨立的設備,因此操作中工程師需要特別考慮兩套設備之間開啟和關斷的順序,特別是關斷的 時候,若誤將交流負載先關閉,后關閉交流電源,則逆變的能量將全部灌入交流電源,導致電源 設備損壞,因為交流源不具備吸收功率的能力。

ITECH V2G 功率模塊測試 

真實的電網同時具備吸收和輸出電能的能力,一套真正的電網模擬器也應如此。ITECH 的 IT7900 系列產品是一款可以工作在全四象限區域的電網模擬器,提供 100%電流 source 和 sink 能力,滿足 V2G EV charger 和 BOBC(V2G)雙向電氣性能以及 V2G 技術的驗證。用戶 只需設定電網電壓和頻率參數,IT7900 將根據 DUT 的電流流向,自動吸收或者輸出電能,同 時將吸收的能量回饋給電網,回饋效率高達 88%。而無需像傳統方案一樣,需要協調和控制兩 套獨立的設備。


V2G 并網的應用同樣需要滿足孤島保護效應測試,即當電網斷電的情況下,動力電池禁止 向電網回饋電能,并在小于 2s 的時間內切斷輸出。IT7900 內置專業的孤島測試模式,進入孤島 模式后,用戶可以設定每相的 RLC 參數或有功/無功功率,仿真非線性電力負荷。該模式的研發 幫助測試工程師節省了額外的 RLC 負載箱成本,用戶僅通過 IT7900 一臺設備即可實現 RLC 負 載箱,功率表及電網模擬器多重功能,簡化測試平臺的同時,節約測試成本。