基于无差拍控制的电动汽车无功补偿研究

孙凌涛+++王世荣+++高正

摘 要：电动汽车是一种新兴起的交通工具，具有清洁与价廉的特点。将电动汽车用于各级电力系统中作为无功补偿备用，丰富了电动汽车在社会中的作用。这样一来，电动汽车既可以作为一种备用电源，也可以用于电力系统无功补偿。本文对电动汽车用于微电网的无功补偿进行了可行性研究。

关键词：电动汽车；无功补偿；无差拍控制

引言

随着电网用户种类和用电器的日渐多元化，无功功率对微电网的影响也日渐加强。传统的无功补偿装置，包括调相机与静止补偿器具有造价昂贵等特点，在微电网之中并不适用[1]。如果将电动汽车用于对微电网的无功补偿，可以通过控制电动汽车来对微电网无功功率进行补偿。

1 基于电动汽车的无功补偿

1.1 系统模型

对于电动汽车而言，微电网为一个较大的系统。模型中包括分别是微电网、电动汽车、负荷。微电网是一个交流电源，电动汽车是一个直流电源，接入微电网需要将输出电流逆变为交流电。用Ug，Uv，Uf和Ig，Iv，If分别代表电网侧，电动汽车侧和负荷侧电压与电流，设定Ug=Uv=Uf。

1.2 直交流变换器装置简介

本文采用文献[2]中所提到的电力变换拓扑方法。该结构为单相电流型整流器和一种非隔离式变换器——Buck-Boost双向DC/DC变换器的串联结构。其中前级整流器具有滤波电感，可以进一步对输出的交流电流进行整流，具有输入电流控制简单，反应速度较快等特点。后级的DC/DC变换器结构和能量控制比较简单，而且综合效率较高，成本低廉。其中（Lg是网侧滤波电感，Lv，Cv是电动汽车测滤波电感和电容）。电动汽车充电时，整流器处于PWM整流状态，双向变换器处于Buck模式。当将电动汽车用于并网时，双向变换器工作在Boost模式，整流器此时处于逆变状态。

2 微电网无功功率检测与分析

2.1 微电网侧无功功率检测

本文依据p-q检测原理实现了瞬时无功功率的检测，采用虚拟三相法实现了对单相电路无功功率的计算。将微网侧电压Ug和负荷电流If移相构造对称三相系统，从而可以求得网侧三相电压Uga，Ugb，Ugc以及负荷侧三相电流Ifa，Ifb，Ifc。采用αβ变换，有：

2.2 无差拍控制分析

为了尽量使得微电网的功率因数接近1，应當尽可能多的为微电网补充无功功率，根据电力系统理论可知，当微电网中的电流仅仅含有有功电流时，电网内无功功率得到完全补充，因此只需要保证微电网中的无功电流Iq值与电动汽车提供的电流值相同即可。本文采用无差拍控制，主要是通过计算PWM信号占空比控制全控型器件开关，达到对输出电流的控制[3]。具体过程如下：

图3是单相电流型整流器拓扑图，四个晶闸管交替导通，电感L1是滤波电感，Ug和Ig分别是网侧电压电流，Us是网侧电压值

将其转换为相应的差分方程，有：

其中Ts是采样周期，Ug（k），Ig（k）是变换器采样平均电压，电流，Ug（k）为电网采样平均电压，计算占空比：

通过控制占空比就可以达到控制输入电流，从而实现无差拍控制。

3 结束语

将电动汽车用于微电网无功补偿，可以很好的解决无功补功率补偿问题，相比于静止无功补偿装置具有投资少，响应速度快以及可以精准补偿，比较于调相机具有耗费少等优点，将电动汽车用于微电网之中，可以更好的发挥电动汽车的作用，丰富电动汽车联网功能，采用无差拍控制可以精确控制无功功率，使得微电网的功率因数接近1，减少了微电网连接外部电网时需要从大电网吸收无功功率，导致大电网电压下降，继而影响大电网的运行。

参考文献

[1]栗时平，刘桂英.静止无功功率补偿技术[M].北京：中国电力出版社，2006：1-21.

[2]王传晓.电动汽车V2G充放电机的研究[D].山东理工大学，2014：9-12.

[3]张超，王章权，蒋燕君，等.无差拍控制在光伏并网发电系统中的应用[J].电力电子技术，2007，41（7）：3-5.

作者简介：孙凌涛，汉族，山西省介休市人，长春工业大学硕士研究生，研究方向为电力系统及其自动化。

王世荣，汉族，吉林省长春市人，长春工业大学硕士生导师，研究方向为电力系统及其自动化。