CN118842040B - 双向充电桩应急电源复用的控制代码切换与复用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动汽车充电桩技术领域，尤其是涉及双向充电桩应急电源复用的控制代码切换与复用方法，所述方法包括如下步骤：构建把双向充电桩复用为台区应急电源的拓扑与控制架构；基于拓扑与控制架构，构建电网正常时双向充电桩的级联功率变换系统的控制方法和应急供电时所述级联功率变换系统的控制方法之间的统一控制算法架构；根据统一控制算法架构进行级联功率变换系统的控制代码在线切换。本发明在提出拓扑与控制架构的基础上给出了级联功率变换系统两种不同控制方法之间的统一控制算法架构，在无需主控芯片断电重启的情况下通过模式切换开关就可实现级联功率变换系统的控制代码在线切换，避免不同控制方法代码所带来的大量重复性嵌入式代码。

Description

双向充电桩应急电源复用的控制代码切换与复用方法

技术领域

本发明涉及电动汽车充电桩技术领域，尤其是涉及双向充电桩应急电源复用的控制代码切换与复用方法。

背景技术

随着电动汽车的普及，汽车到电网的双向功率互动(V2G)这一技术概念应运而生。其核心内容就是将新能源电动汽车的电池单元用作为电网的大规模分布式能量存储单元，并且参与电力系统的运行实现电网与车辆的能量的双向互动，目的是改善电力系统用电负荷曲线，减轻电网实际运行压力。具体来说，V2G可平衡电力系统的负荷，基于分时电价，在夜间谷电时段向电动汽车充电，而在日间峰电时刻根据需求向电网回馈能量，实现移峰填谷。

一方面，电动汽车与电网之间的V2G双向充放电虽然在一系列国家项目中完成了成功的示范运行，但是推广应用上就遇到了严重的经济性瓶颈。具体来说，将车长期挂在桩上进行移峰填谷充放电，对于使用大功率快充桩的用户而言是不可容忍的，他们都需要在充电等待时间上接近传统车快速加油的体验。而且较之于昂贵的电池成本，V2G造成的电池的充放电循环寿命的折旧成本无法通过峰谷价差来回收。这两大经济性瓶颈严重限制了V2G的真正推广。因此，车网互动需要V2G以外的其他的实用形式及相应的技术。

另一方面，在现有的城市台区应急供电方案中，柴油发电机或者移动电力应急车最为常用。在停电发生后，通常是由相应的电力工作人员将配电柜中供电台区与市电的连接开关断开，之后再起动柴油发电机或者通知移动电力应急车作为后备电源继续为供电台区的负荷供电。柴油发电机或者移动电力应急车在恢复供电上所需时间一般比较长，且配置柴油发电机占用面积较大，除发电机组外，还需考虑控制、配电、油箱等附属设备间，对平面和空间要求较高，加上储油间本身是一个火灾隐患，所以还需对其进行防火处理。因此，较之于V2G，把双向充电桩复用为应急电源使用来取代柴油发电机则具有更大的发展前景。

但是，在将双向充电桩复用为应急电源使用的基础上，还面临着全新应用场景的工程实施上需要解决的问题。首先，在电网正常时双向充电桩的级联功率变换系统控制方法与应急供电时双向充电桩的级联功率变换系统控制方法这两套不同的控制模式之间，需要断电加载才能实现模式切换。此外，两套不同的控制模式代码也带来了嵌入式代码量大，运行效率较低的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供双向充电桩应急电源复用的控制代码切换与复用方法。

为了实现上述目的，本发明提供了双向充电桩应急电源复用的控制代码切换与复用方法，所述方法包括如下步骤：构建把双向充电桩车桩单元复用为台区应急电源的拓扑与控制架构；基于所述拓扑与控制架构，构建电网正常时双向充电桩的级联功率变换系统的控制方法和应急供电时所述级联功率变换系统的控制方法之间的统一控制算法架构；根据所述统一控制算法架构进行所述级联功率变换系统的控制代码在线切换。本发明在提出拓扑与控制架构的基础上给出了级联功率变换系统两种不同控制方法之间的统一控制算法架构，在无需主控芯片断电重启的情况下通过模式切换开关就可实现级联功率变换系统的控制代码在线切换，避免了不同控制方法代码所带来的大量重复性嵌入式代码。

可选地，所述构建把双向充电桩车桩单元复用为台区应急电源的拓扑与控制架构包括如下步骤：

构建双向充电桩的级联功率变换系统，同时构建用于连接所述级联功率变换系统、所述电网与所述台区负荷的供电电路；

使用所述供电电路使所述级联功率变换系统、所述电网与所述台区负荷之间相互连接，形成所述拓扑与控制架构。

可选地，所述级联功率变换系统包括各个所述双向充电桩车桩单元的网侧逆变器和桩侧变换器，所述供电电路包括三线AC母线、隔离变压器、负荷开关、切换开关、四线AC母线、网侧开关和负荷母线。

可选地，所述网侧逆变器和所述桩侧变换器通过公共直流母线级联；

多个所述网侧逆变器的三相交流侧并联，并连接在所述隔离变压器的三角形一侧；

所述网侧开关和所述负荷开关均为三相四线，所述网侧开关的两端分别连接所述电网和所述负荷母线，所述负荷开关的两端分别连接所述负荷母线和所述隔离变压器的星型侧的三相四线；

所述切换开关为三相三线，所述切换开关的两端分别连接所述隔离变压器的三角形一侧和所述负荷母线。

可选地，所述统一控制算法架构包括构网控制模块、第一坐标系变换模块、第二坐标系变换模块、电压谐振控制器模块、电流谐振控制器模块、锁相环、直流电压PI模块、直流电流PI模块、模式切换开关S1、模式切换开关S2、模式切换开关S3、第一PWM调制模块和第二PWM调制模块。

可选地，所述构网控制模块连接所述第一坐标系变换模块，所述电压谐振控制器模块连接所述模式切换开关S1的输入Ⅰ位置，所述电压谐振控制器模块的输入为所述第一坐标系变换模块的输出与所述网侧逆变器的输出滤波电容电压反馈值之差；

所述电流谐振控制器模块的输出端连接所述第一PWM调制模块，所述第一PWM调制模块连接所述网侧逆变器，所述电流谐振控制器模块的输入为所述模式切换开关S1的输出信号与所述网侧逆变器的逆变侧电流之差；

所述模式切换开关S2的输出Ⅰ位置连接所述第二坐标系变换模块的输入端，所述第二坐标系变换模块的输出端连接所述模式切换开关S1的输入Ⅱ位置，所述模式切换开关S2的输入信号为所述直流电压PI模块的输出，所述直流电压PI模块的输入为所述网侧逆变器和所述桩侧变换器之间公共直流母线的电压指令值与电压反馈值之差；

所述直流电流PI模块的输出端连接所述第二PWM调制模块，所述第二PWM调制模块连接所述桩侧变换器，所述直流电流PI模块的输入为所述模式切换开关S2的输出Ⅱ位置的输出与所述桩侧变换器的输出电流反馈值之差；

所述模式切换开关S3的输入为所述锁相环的输出，所述模式切换开关S3的输出Ⅰ位置连接所述构网控制模块，所述模式切换开关S3的输出Ⅱ位置连接所述第二坐标系变换模块的输入端。

可选地，电网停电时，所述模式切换开关S1的输入切换到Ⅰ位置，所述模式切换开关S2的输出切换到Ⅱ位置，所述模式切换开关S3的输出切换到Ⅰ位置。

可选地，电网正常运行时，所述模式切换开关S1的输入切换到Ⅱ位置，所述模式切换开关S2的输出切换到Ⅰ位置，所述模式切换开关S3的输出切换到Ⅱ位置。

可选地，所述电压谐振控制器模块和所述电流谐振控制器模块的传递函数依次满足如下关系：

其中，G_PRu表示所述电压谐振控制器模块的传递函数，G_PRi表示所述电流谐振控制器模块的传递函数，K_pu和K_ru为所述电压谐振控制器模块中电压环的PI控制器参数，K_pi和K_ri为所述电压谐振控制器模块中电流环的PI控制器参数，ω_c为控制器带宽，ω₁为基准频率，s为拉普拉斯算子。

可选地，所述直流电压PI模块和所述直流电流PI模块的传递函数依次满足如下关系：

其中，G_{PI_dcu}表示所述直流电压PI模块的传递函数，G_{PI_dci}表示所述直流电流PI模块的传递函数，k_pdcu和k_idcu为所述直流电压PI模块中电压环的PI控制器参数，k_pdci和k_idci为所述直流电压PI模块中电流环的PI控制器参数，s为拉普拉斯算子。

综上所述，本发明通过将双向充电桩转变为提供应急供电的多功能复用设备，打破了双向充电桩车网互动V2G局限于移峰填谷的应用瓶颈，在电网停电时调集任意电动车和双向充电桩相连进行台区应急供电，从而可以不安装应急柴油发电机组以大幅提升城市供电台区的防灾能力。同时，本发明在提出拓扑与控制架构的基础上给出了级联功率变换系统两种不同控制方法之间的统一控制算法架构，在无需主控芯片断电重启的情况下通过模式切换开关就可实现级联功率变换系统的控制代码在线切换，避免了不同控制方法代码所带来的大量重复性嵌入式代码。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。

图1为本发明实施例的双向充电桩应急电源复用的控制代码切换与复用方法流程示意图；

图2为本发明实施例的拓扑与控制架构示意图；

图3为本发明实施例的用多车多桩构网控制策略示意图；

图4为本发明实施例的电网正常运行时网侧逆变器对公共直流母线电压的控制框图；

图5为本发明实施例的电流控制器框图；

图6为本发明实施例的统一控制算法架构框图。

其中：1-电网，2-双向充电桩车桩单元，3-桩侧变换器，4-网侧逆变器，5-三线AC母线，6-隔离变压器，7-负荷开关，8-负荷母线，9-切换开关，10-台区负荷，11-四线AC母线，12-网侧开关，13-多车多桩结构，14-多机构网控制结构，15-第一坐标系变换模块，16-电压谐振控制器模块，17-直流电压PI模块，18-第二坐标系变换模块，19-电流谐振控制器模块，20-直流电流PI模块，21-第一PWM调制模块，22-第二PWM调制模块。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。

需要提前说明的是，在一个可选地实施例当中，除了做出独立的说明之外，其它的在所有公式中出现的相同的符号或字母带表的含义和数值相同。

在一个可选地实施例当中，请参见图1，本发明提供了双向充电桩应急电源复用的控制代码切换与复用方法，所述方法包括如下步骤：

T1、构建把双向充电桩车桩单元复用为台区应急电源的拓扑与控制架构。

其中，T1具体包括如下步骤：

T11、构建双向充电桩的级联功率变换系统，同时构建用于连接所述级联功率变换系统、所述电网与所述台区负荷的供电电路。

具体的，在本实施例中，请参见图2，双向充电桩车桩单元2包括网侧逆变器4和桩侧变换器3，级联功率变换系统包括多个双向充电桩车桩单元2，多个网侧逆变器4的三相交流侧并联。供电电路包括三线AC母线5、隔离变压器6、负荷开关7、所述切换开关9、四线AC母线11、网侧开关12和负荷母线8。

进一步的，桩侧变换器3为DC/DC变换器，网侧逆变器4为AC/DC变换器，它们均为双向充电桩的组成部分。本实施例的级联功率变换系统为现有技术，在此就不做详细说明。

在其它可选地实施例中，双向充电桩车桩单元2还可以包括连接在双向充电桩上的电动汽车。

T12、使用所述供电电路使所述级联功率变换系统、所述电网与所述台区负荷之间相互连接，形成所述拓扑与控制架构。

具体的，在本实施例中，请参见图2，网侧逆变器4和桩侧变换器3通过公共直流母线级联，桩侧变换器3与双向充电桩车桩单元2之间使用电缆连接，多个网侧逆变器4的三相交流侧并联，并连接在隔离变压器6的三角形一侧。网侧开关12和负荷开关7均为三相四线，网侧开关12的两端分别连接电网1和负荷母线8，负荷开关7的两端分别连接负荷母线8和隔离变压器6的星型侧的三相四线。切换开关9为三相三线，切换开关9的两端分别连接隔离变压器6的三角形一侧和负荷母线8。负荷母线8与台区负荷10之间使用多条负荷馈线连接。

把双向充电桩复用为台区应急电源的拓扑与控制架构也可称为双向充电桩的台区应急供电系统。通过构建把双向充电桩复用为台区应急电源的拓扑与控制架构，将双向充电桩转变为提供应急供电的多功能复用设备，打破了双向充电桩车网互动V2G局限于移峰填谷的应用瓶颈，可以在电网1停电时调集任意电动车和双向充电桩相连进行台区应急供电，从而可以不安装应急柴油发电机组以大幅提升城市供电台区的防灾能力，同时也能缓解应急供电车的压力

更为具体的，在电网1停电时切换至应急供电模式，请参见图2和图3，关闭负荷开关7，断开网侧开关12和切换开关9，进而使电动汽车电池组来对台区负荷进行离网应急供电。此时，在多车多桩结构13中，对输入隔离变压器6的电流i₂和网侧逆变器4的输出滤波电容电压u_c进行采样，并将采样结果输入多机构网控制结构14。将采样结果经过abc/dq变换之后得到i₂在dq坐标系中d轴分量i_2d和q轴分量i_2q以及u_c在dq坐标系中d轴分量u_{c_d}和q轴分量u_{c_q}，然后将i_2d、i_2q、u_{c_d}和u_{c_q}输入瞬时功率计算模块进行瞬时功率计算，进而得到瞬时有功功率P和瞬时无功功率Q。计算瞬时功率的瞬时功率计算模块为现有技术，在此就不做详细说明。

把瞬时有功功率和瞬时无功功率输入构网控制模块，构网控制模块输出电压幅值和角度信号至电压生成模块。构网控制模块输出的角度信号θ与瞬时有功功率P之间满足如下关系：

其中，θ_i为第i台双向充电桩车桩单元2的电压矢量的相角，s为拉普拉斯算子，P_outi为第i台双向充电桩车桩单元2对应的瞬时有功功率，J_0i为第i台双向充电桩车桩单元2的频率时间常数，ω₀为双向充电桩车桩单元2的额定角频率，D_i为第i台双向充电桩车桩单元2的阻尼系数，i＝1,2,3,...,N，N为双向充电桩车桩单元2的总数。

构网控制模块输出的电压幅值U与瞬时无功功率Q之间满足如下关系：

其中，U_i为第i台双向充电桩车桩单元2对应的构网控制模块输出的电压幅值，K_i为第i台双向充电桩车桩单元2的电压调节系数，D_qi为第i台双向充电桩车桩单元2的无功调节系数，Q_outi为第i台双向充电桩车桩单元2对应的瞬时无功功率。

此时，双向充电桩车桩单元2的输出有功变化量及其额定有功功率变化量应当满足如下关系：

其中，ΔP_outi为第i台双向充电桩车桩单元2的输出有功变化量，ΔP_seti为第i台双向充电桩车桩单元2的额定有功功率变化量，ΔP_load为整个多车多桩结构13中负载功率变化量，G_iP和G_iω分别表示第i台双向充电桩车桩单元2的有功功率指令P_ref和频率扰动对其输出功率的传递函数，其表达式依次为：

其中，U₀为多车多桩结构13的输出相电压，U_g为多车多桩结构13中PCC处的电压幅值，X_gi为第i台双向充电桩车桩单元2的电网侧等效阻抗。

使用电压生成模块生成d-q轴电压控制指令，并将d-q轴电压控制指令与输出滤波电容电压的d-q坐标系变换结果作差后输入至电压电流内环。使用电压生成模块生成的d-q轴电压控制指令包括d轴电压控制指令u_{c_dref}和q轴电压控制指令u_{c_qref}，输出滤波电容电压的d-q坐标系变换结果包括u_{c_d}和u_{c_q}。将u_{c_dref}和u_{c_d}做差，u_{c_qref}和u_{c_q}做差，并将作差的结果输入至电压电流内环。电压电流内环生成网侧逆变器4的输出电压d-q坐标轴指令，电压电流内环生成的输出电压d-q坐标轴指令经过dq/abc变换之后转换为三相坐标系的输出电压指令。然后，将输出电压指令输入PWM调制模块以生成网侧逆变器的高频开关信号，此为现有技术手段。

在图3中，L_f和C_f分别为网侧逆变器4的输出端滤波器的滤波电感和滤波电容，u_c即为C_f两端电压，L_g和R_g分别为线路电感和电阻，i₁表示网侧变流器4的输出电流，Q_ref为无功功率指令，C_dc为网侧逆变器4和桩侧变换器3两级级联之间的直流电容。

在其他可选地实施例中，当电网1正常运行时，请参见图2，负荷开关7断开，网侧开关12和切换开关9闭合，网侧逆变器4的三相交流侧直接连接到负荷母线8的三相线，电网1直接对台区负荷10供电。

进一步的，请参见图4，网侧逆变器4采用并网电流源型控制来对所述网侧逆变器4和桩侧变换器3两级级联之间的公共直流母线进行稳压控制。电网1正常运行时，网侧逆变器4的外环为直流电压环，采样C_dc上的电压V_dc作为反馈值与公共直流母线的电压指令值V_dref比较，并将V_ddc与V_dref的差值输入直流电压控制器，进而分别得到网侧逆变器4交流侧d轴的电流指令值i_dref和q轴的电流指令值i_qref，由于网侧逆变器4的直流侧需求为有功功率，所以i_dref取零，i_dref进入电流控制器。同时，采样网侧逆变器4侧的三相电感电流i_L,abc，i_L,abc经过abc/dq变换后分别得到d轴的电流分量i_Ld和在q轴的电流分量i_Lq，并将i_Ld和i_Lq输入电流控制器。

请参见图5，电流控制器将i_dref与i_Ld的差值输入传递函数为的PI控制器得到d轴的控制电压k_{p_d}和k_{i_d}为该PI控制器电流环的控制参数；将i_qref与i_Lq的差值输入传递函数为的PI控制器得到q轴的控制电压k_{p_q}和k_{i_q}为该PI控制器电流环的控制参数。最后将和经过dq/abc变换后输入PWM调制模块得到网侧逆变器4的的开通关断信号。

当电网1正常运行时，通过直接控制桩侧变换器3的输出电流来进行电动汽车的双向功率流控制，此为现有技术，在此就不做详细说明。

T2、基于所述拓扑与控制架构，构建电网正常时双向充电桩的级联功率变换系统的控制方法和应急供电时所述级联功率变换系统的控制方法之间的统一控制算法架构。

具体的，在本实施例中，请参见图6，统一控制算法架构包括构网控制模块、第一坐标系变换模块15、第二坐标系变换模块18、电压谐振控制器模块16、电流谐振控制器模块19、锁相环、直流电压PI模块17、直流电流PI模块20、模式切换开关S1、模式切换开关S2、模式切换开关S3、第一PWM调制模块21和第二PWM调制模块22。模式切换开关S1、模式切换开关S2和模式切换开关S3均为双输入单输出开关。

构网控制模块连接第一坐标系变换模块15，将构网控制模块输出的电压幅值和角度信号作为第一坐标系变换模块15的输入，经过dq/αβ坐标变换之后得到网侧逆变器4的输出滤波电容电压指令值电压谐振控制器模块16连接模式切换开关S1的输入Ⅰ位置，电压谐振控制器模块16的输入为第一坐标系变换模块15输出的与网侧逆变器4的输出滤波电容电压反馈值V_cap之差，其中，V_cap＝u_c。电压谐振控制器模块16的传递函数满足如下关系：

其中，G_PRu表示电压谐振控制器模块16的传递函数，K_pu和K_ru为电压谐振控制器模块16中电压环的谐振控制器参数，ω_c为控制器带宽，ω₁为基准频率，ω₁一般取50Hz。

构网控制模块的控制方程如下所示：

Q_ref-Q＝D_q(E-E₀)

其中，D_p为双向充电桩车桩单元2的有功阻尼系数，ω为双向充电桩车桩单元2的输出角频率，J为双向充电桩车桩单元2的频率时间常数，D_q为双向充电桩车桩单元2的无功阻尼系数，E为双向充电桩车桩单元2的输出电压幅值，E₀为双向充电桩车桩单元2的额定电压幅值。

电流谐振控制器模块19的输出端连接第一PWM调制模块21，第一PWM调制模块21连接网侧逆变器4，电流谐振控制器模块19的输入为模式切换开关S1的输出信号与网侧逆变器4的逆变侧电流i_inv之差，第一PWM调制模块21对电流谐振控制器模块19的输出进行PWM调制之后生成网侧逆变器4的PWM控制信号。电流谐振控制器模块19的传递函数满足如下关系：

其中，G_PRi表示电流谐振控制器模块19的传递函数，K_pi和K_ri为电压谐振控制器模块21中电流环的谐振控制器参数。

模式切换开关S2的输出Ⅰ位置连接第二坐标系变换模块18的输入端，第二坐标系变换模块18的输出端连接模式切换开关S1的输入Ⅱ位置，模式切换开关S2的输入信号为直流电压PI模块17的输出，直流电压PI模块17的输入为网侧逆变器4和所述桩侧变换器3之间公共直流母线的电压指令值与电压反馈值V_dc之差。直流电压PI模块17的传递函数满足如下关系：

其中，G_{PI_dcu}表示直流电压PI模块17的传递函数，k_pdcu和k_idcu为直流电压PI模块17中电压环的PI控制器参数。

直流电流PI模块20的输出端连接第二PWM调制模块22，第二PWM调制模块22连接桩侧变换器3，直流电流PI模块24的输入为模式切换开关S2的输出Ⅱ位置的输出与桩侧变换器3的输出电流反馈值i_dc之差，直流电流PI模块20的输出经过第二PWM调制模块22的PWM调制之后生成桩侧变换器3的PWM控制信号，模式切换开关S2的输出Ⅱ位置的输出为桩侧变换器3的输出电流指令值直流电流PI模块20的传递函数满足如下关系：

其中，G_{PI_dci}表示直流电流PI模块20的传递函数，k_pdci和k_idci为直流电压PI模块22中电流环的PI控制器参数。

模式切换开关S3的输入为锁相环的输出，模式切换开关S3的输出Ⅰ位置连接构网控制模块，模式切换开关S3的输出Ⅱ位置连接第二坐标系变换模块18的输入端。

T3、根据所述统一控制算法架构进行所述级联功率变换系统的控制代码在线切换。

具体的，在本实施例中，请参见图6，电网1停电时采用级联功率变换系统的第一种控制模式，具体为：模式切换开关S1的输入切换到Ⅰ位置，模式切换开关S2的输出切换到Ⅱ位置，模式切换开关S3的输出切换到Ⅰ位置。

电网1停电时，首先使用构网控制模块和第一坐标系变换模块15得到然后将与V_cap之差输入到电压谐振控制器模块16得到并通过模式切换开关S1输出，再与网侧逆变器4的逆变侧电流i_inv作差后作为电流谐振控制器模块19的输入使其输出网侧逆变器4的PWM控制信号，锁相环经模式切换开关S3连接到构网控制模块，但在电网1停电时，锁相环的相角信息仅仅在多机构网预同步时使用。同时，将与V_dc之差输入到直流电压PI模块17中，其输出通过模式切换开关S2后与i_dc作差，并将做差结果输入直流电流PI模块20，并对直流电流PI模块20的输出进行PWM调制得到桩侧变换器3的PWM控制信号。

进一步的，电网1正常运行时采用级联功率变换系统的第二种控制模式，具体为：模式切换开关S1的输入切换到Ⅱ位置，模式切换开关S2的输出切换到Ⅰ位置，模式切换开关S3的输出切换到Ⅱ位置。

电网1正常运行时，将与V_dc之差输入到直流电压PI模块17中，直流电压PI模块17的输出通过模式切换开关S2输入到第二坐标系变换模块18，直流电压PI模块17的输出所对应的相位信息由锁相环经模式切换开关S3后给出。第二坐标系变换模块18的输出经过模式切换开关S1与i_inv作差后作为电流谐振控制器模块19的输入，并对电流谐振控制器模块19的输出进行PWM调制得到网侧逆变器4的PWM控制信号。

进一步的，在电网正常时双向充电桩的级联功率变换系统控制方法与应急供电时双向充电桩的级联功率变换系统控制方法这两套不同的控制模式之间，需要断电加载才能实现模式切换。此外，两套不同的控制模式代码也带来了嵌入式代码量大，运行效率较低的问题。

第一种控制模式的控制代码和第二种控制模式的控制代码之间进行切换时，无需主控芯片断电重启并重新进行代码加载，而只需停止运行网侧逆变器4和桩侧变换器3的控制算法并停止其PWM信号输出，然后通过上位机发送指令进行模式切换开关S1、S2和S3的在线切换，即可切换到另一种控制模式所对应的控制代码。同时，在统一控制算法架构下，第一种控制模式和第二种控制模式之间共享大部分的模块，避免了装载两套控制模式代码所带来的大量重复性嵌入式代码，进而提高了模式切换的效率。

需要说明的是，在一些情况下，在说明书中记载的动作可以按照不同的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果，在本实施例当中，所给出的步骤顺序仅仅是为了使实施例看起来更加清晰明了，方便说明，而非对其限制。

综上所述，本发明通过将双向充电桩转变为提供应急供电的多功能复用设备，打破了双向充电桩车网互动V2G局限于移峰填谷的应用瓶颈，在电网停电时调集任意电动车和双向充电桩相连进行台区应急供电，从而可以不安装应急柴油发电机组以大幅提升城市供电台区的防灾能力。同时，本发明在提出拓扑与控制架构的基础上给出了级联功率变换系统两种不同控制方法之间的统一控制算法架构，在无需主控芯片断电重启的情况下通过模式切换开关就可实现级联功率变换系统的控制代码在线切换，避免了不同控制方法代码所带来的大量重复性嵌入式代码，进而提高了模式切换的效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (5)

1.双向充电桩应急电源复用的控制代码切换与复用方法，其特征在于，包括如下步骤：

构建把双向充电桩车桩单元复用为台区应急电源的拓扑与控制架构；

基于所述拓扑与控制架构，构建电网正常时双向充电桩的级联功率变换系统的控制方法和应急供电时所述级联功率变换系统的控制方法之间的统一控制算法架构；

根据所述统一控制算法架构进行所述级联功率变换系统的控制代码在线切换；

所述构建把双向充电桩车桩单元复用为台区应急电源的拓扑与控制架构包括如下步骤：

构建双向充电桩的级联功率变换系统，同时构建用于连接所述级联功率变换系统、所述电网与所述台区负荷的供电电路；

使用所述供电电路使所述级联功率变换系统、所述电网与所述台区负荷之间相互连接，形成所述拓扑与控制架构；

所述级联功率变换系统包括各个所述双向充电桩车桩单元的网侧逆变器和桩侧变换器，所述供电电路包括三线AC母线、隔离变压器、负荷开关、切换开关、四线AC母线、网侧开关和负荷母线；

所述网侧逆变器和所述桩侧变换器通过公共直流母线级联；

多个所述网侧逆变器的三相交流侧并联，并连接在所述隔离变压器的三角形一侧；

所述网侧开关和所述负荷开关均为三相四线，所述网侧开关的两端分别连接所述电网和所述负荷母线，所述负荷开关的两端分别连接所述负荷母线和所述隔离变压器的星型侧的三相四线；

所述切换开关为三相三线，所述切换开关的两端分别连接所述隔离变压器的三角形一侧和所述负荷母线；

所述统一控制算法架构包括构网控制模块、第一坐标系变换模块、第二坐标系变换模块、电压谐振控制器模块、电流谐振控制器模块、锁相环、直流电压PI模块、直流电流PI模块、模式切换开关S1、模式切换开关S2、模式切换开关S3、第一PWM调制模块和第二PWM调制模块；

所述构网控制模块连接所述第一坐标系变换模块，所述电压谐振控制器模块连接所述模式切换开关S1的输入Ⅰ位置，所述电压谐振控制器模块的输入为所述第一坐标系变换模块的输出与所述网侧逆变器的输出滤波电容电压反馈值之差；

所述电流谐振控制器模块的输出端连接所述第一PWM调制模块，所述第一PWM调制模块连接所述网侧逆变器，所述电流谐振控制器模块的输入为所述模式切换开关S1的输出信号与所述网侧逆变器的逆变侧电流之差；

所述模式切换开关S2的输出Ⅰ位置连接所述第二坐标系变换模块的输入端，所述第二坐标系变换模块的输出端连接所述模式切换开关S1的输入Ⅱ位置，所述模式切换开关S2的输入信号为所述直流电压PI模块的输出，所述直流电压PI模块的输入为所述网侧逆变器和所述桩侧变换器之间公共直流母线的电压指令值与电压反馈值之差；

所述直流电流PI模块的输出端连接所述第二PWM调制模块，所述第二PWM调制模块连接所述桩侧变换器，所述直流电流PI模块的输入为所述模式切换开关S2的输出Ⅱ位置的输出与所述桩侧变换器的输出电流反馈值之差；

所述模式切换开关S3的输入为所述锁相环的输出，所述模式切换开关S3的输出Ⅰ位置连接所述构网控制模块，所述模式切换开关S3的输出Ⅱ位置连接所述第二坐标系变换模块的输入端。

2.根据权利要求1所述的双向充电桩应急电源复用的控制代码切换与复用方法，其特征在于：

电网停电时，所述模式切换开关S1的输入切换到Ⅰ位置，所述模式切换开关S2的输出切换到Ⅱ位置，所述模式切换开关S3的输出切换到Ⅰ位置。

3.根据权利要求1所述的双向充电桩应急电源复用的控制代码切换与复用方法，其特征在于：

电网正常运行时，所述模式切换开关S1的输入切换到Ⅱ位置，所述模式切换开关S2的输出切换到Ⅰ位置，所述模式切换开关S3的输出切换到Ⅱ位置。

4.根据权利要求1所述的双向充电桩应急电源复用的控制代码切换与复用方法，其特征在于，所述电压谐振控制器模块和所述电流谐振控制器模块的传递函数依次满足如下关系：

其中，表示所述电压谐振控制器模块的传递函数，表示所述电流谐振控制器模块的传递函数，和为所述电压谐振控制器模块中电压环的PI控制器参数，和为所述电压谐振控制器模块中电流环的PI控制器参数，为控制器带宽，为基准频率，s为拉普拉斯算子。

5.根据权利要求1所述的双向充电桩应急电源复用的控制代码切换与复用方法，其特征在于，所述直流电压PI模块和所述直流电流PI模块的传递函数依次满足如下关系：

其中，表示所述直流电压PI模块的传递函数，表示所述直流电流PI模块的传递函数，和为所述直流电压PI模块中电压环的PI控制器参数，和为所述直流电压PI模块中电流环的PI控制器参数，s为拉普拉斯算子。