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电动汽车充电桩PHIL测试
需求

电动汽车有高扭矩、零污染、低噪声等诸多优点,发展电动汽车有助于缓解能源与环境的双重压力,研究电动汽车充电站接入配电网的影响和配置问题对于电动汽车的推广和充电站的建设以及系统的安全稳定运行具有重要意义。希望能建设一个平台来研究电动汽车充电站和电网间的互相影响,同时电动汽车作为V2G的工作模式接入电网,也需要做一些前瞻性的研究。


基于ModelingTech仿真平台的PHIL架构

利用现有的基于PXI与StarSim的实时仿真平台,通过功率放大器与实际的V2G 直流充电桩以及电动汽车充电电池形成功率硬件在环仿真平台,来研究实际充电桩充放电的一些特性。建设硬件平台架构图如下所示:



 

上图架构中,ModelingTech实时仿真器来模拟电网系统模型。通过物理IO和四象限功率放大器连接,通过功率放大,与实际的V2G充电桩与电池连接,形成PHIL(功率硬件在环测试)闭环。其中,功放、充电桩与电池之间的连接,均为实际的功率信号。

 

有序充电实验电能质量分析

新能源电动汽车有序充放电对网侧电能质量的影响是本次项目的研究内容之一,通过调节功率从0%到100%功率的充电,利用电能质量分析仪来采集分析系统电压谐波质量以及实际波形。本实验采用单相充电桩与双向充电桩进行对比实验。实验中采用的单向充电桩是不控整流电路结构,V2G双向充电桩是三相桥式全控整流电路结构。


  


上图左边为单向充电桩充电功率为50%时的电压电流波形,可以看到典型的整流电流波形,右图为双向全控充电桩50%充电功率时的电压波形。


总结与展望
通过基于PXI硬件与StarSim仿真软件的实时仿真平台,结合功率放大器与实际的V2G直流充电桩以及电动汽车充电电池,初步建立起了含实际设备的功率硬件在环仿真平台,并完成了一些相关的实验与研究:
1. 分别对旧型的不控整流充电桩、新型的全控双向V2G充电桩接入来进行电能质量的监测分析;
2. 对两种不同结构的充电桩如何进一步减小谐波含量提出了可参考意见,并通过仿真平台进行了结果验证;
 

相比于实际功率硬件搭建的小系统,功率硬件在环仿真平台结合科技前沿的实时仿真技术与可靠硬件技术,能提高科研的进程与效率,相关课题的研究成果也充分验证了这点。同时,基于功率硬件在环平台自身灵活性的特点,未来还能在新能源微网运行、管理、优化控制等多个方向上进行应用研究的拓展,这也是传统设备难以实现的。


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