V2G桩模型

一、简介

V2G 桩（Vehicle-to-Grid 桩）是一种新兴的电动汽车充电桩技术，旨在通过电动汽车（EV）与电网之间的双向电力传输，实现能量的双向流动。简单来说，V2G 技术不仅能够为电动汽车充电，还允许电动汽车将存储的电能反向输送到电网中，从而为电网提供支援，帮助平衡电力需求。

二、工作原理

V2G桩的核心在于其双向能量传输技术。它包含一个双向智能充电器，该充电器由滤波器、双向DCDC变换器和双向ACDC变换器组成。在充电过程中，交流电首先通过滤波器滤除不良的频率分量，然后通过双向ACDC变换器整流成直流电。如果输出电压不匹配，双向DCDC变换器会调整电压以确保合适的充电电压。放电时，过程相反，电能从电动汽车电池中流出，经过变换器转换为交流电，再回馈到电网中。

2.1 充电过程

当电动汽车连接到V2G桩时，电网提供的交流电通过双向AC/DC变换器转换为直流电，并通过双向DCDC变换器调整电压后，为电动汽车电池充电。

2.2 放电过程

当电网需要电能时，电动汽车电池的直流电通过双向DCDC变换器和双向AC/DC变换器转换为交流电，并回馈给电网。

三、系统拓扑

3.1 V2G桩简易系统架构

3.2 V2G桩系统电气拓扑

模型包含以下模块：

3.2.1 交流电网侧

电网通过交流线路连接到V2G桩的输入端。在输入端，通常会有过载过流断路器等保护设备，以确保系统的安全运行。

3.2.2 双向AC/DC变换器

交流电通过双向AC/DC变换器转换为直流电，以便为电动汽车电池充电。当需要放电时，直流电再经过双向AC/DC变换器转换为交流电，回馈给电网。双向AC/DC变换器是V2G桩实现双向能量流动的关键设备。

3.2.3 直流母线

直流母线连接双向AC/DC变换器和双向DCDC变换器，起到能量传输和分配的作用。

3.2.4 双向DCDC变换器

双向DCDC变换器用于调整电压，以确保电动汽车电池在充电和放电过程中都能获得合适的电压。它还可以根据电池的状态和需求，灵活地调整充放电电流。

3.2.5 电动汽车电池

电动汽车电池是V2G桩的储能单元。在充电过程中，电池接收来自电网的电能；在放电过程中，电池释放电能回馈给电网。

3.3 V2G桩数学模型

四、模型开发说明

4.1 开发平台：MWORKS.Sysplorer 2024b

4.2 开发依赖：TYElectrical、Modelica、PythonIO、Sysblock模型库

4.3 模型参数：

4.4 模型接口：

因为模型未封装成一个整体模型，子模块都是分散开的，所以接口就是各个模块的接口。

4.5 输入输出数据说明

V2G模型输入数据为采集的电动汽车一段时间内的充放电电流和时间的序列，电流数据为正表示为电动汽车充电，负表示电动汽车放电逆变并网；
输出数据为模型的直流侧输入输出电流的滤波数据。

4.6 训练数据说明

训练数据为时间-电流序列。第一列为时间，单位为秒/s；第二列为电流，单位为安培/A。数据格式需与训练数据截图格式相同，即为纯数字文件，不得包含表头说明，且初始时间必须为0，这是由timetable组件功能决定的；但是训练数据时间间隔可以改变，系统会根据仿真步长来线性插值输入的训练数据。

4.7 字典参数说明

五、文件目录说明

下载仓库《sysplorer_model_all》后解压，用MWORKS.Sysplorer 2024b依次打开文件夹sysplorer_model_all下的Basic_Algorithm、Charging_Pile_System、sub_model、intergtated_model中的任意文件，完成导入，工作区如下图所示：

5.1 Basic_Algorithm目录

该目录下为各种桩用到的控制器模块

5.2 Charging_Pile_System目录

该目录下为各种桩的零散模型。

5.3 sub_model目录

该目录下为各种桩按功能抽象出的功能模块，包括ACDC模块、电动汽车模拟负载模块、DCDC单枪模块、DCDC双枪模块、DCDC超充模块。

5.4 intergtated_model目录

该目录下为利用sub_model目录下封装好的功能模块搭建的不同充电桩的模型、充电站模型。

5.5 sim_data目录

该目录下为采集的不同充电桩的真实充电数据，用于驱动充电桩仿真运行。

5.6 config_file目录

该目录下为Basic_Algorithm所依赖的算法、参数等文件。

六、使用说明

6.1 加载模型库

加载TYElectrical、Modelica、PythonIO模型库。依次点击“模型库设置”，按图示勾选模型库设置、确认即可。

6.2 导入基础模块模型（Basic_Algorithm目录下）

分别导入DAB_control_PN1119、Three_phase_rectification_inverter控制器模型；

6.3 导入V2G桩模型（Charging_Pile_System/V2G_source.mo ）

6.4 分配参数

在V2G桩模型V2G_source中为其分配负载参数。分别选中下图框中的电阻修改内阻参数、修改const2的参数k来修改电池电源电压，验证功能使用默认参数即可。

6.5 分配字典（config_file/Three_phase_rectification_inverter.modd）

在V2G桩模型V2G_source中双击Three_phase_rectification_inverter子模型，点击右上角窗口，关联数据字典，点击绑定按钮选择配置文件中的“Three_phase_rectification_inverter.modd”。

6.6 导入运行曲线参数（sim_data/V2G_data.csv）

选中timeTable2，修改其table参数，选择充电桩训练数据库中对应的充电桩数据（使用高速数据采集器采集的V2G桩的充放电电流值），完成数据导入。

6.7 运行结果

模型正常运行，具有良好的稳态、动态性能，具备V2G功率双向流动的要求，下图展示了V2G桩实际电流曲线和V2G物模型的电流跟踪曲线（交直流波形均有）。

七、模型结果评价

7.1 V2G充电

稳态误差计算采用0.05~0.35s的稳态数据进行计算其稳态误差的平均误差，采用下列公式计算平均误差的结果为：0.11148%：

动态误差数据采用0~0.4s的数据进行计算其动态误差的累计误差，采用下列公式计算出平均误差结果为：F = 0.88156% 。

7.2 V2G放电

稳态误差计算采用0.45~0.8s的稳态数据进行计算其稳态误差的平均误差，采用下列公式计算出平均误差结果为：F = 0.07143% ：

动态误差数据采用0.4~0.8s的数据进行计算其动态误差的累计误差，采用下列公式计算出平均误差结果为：F= 0.07873% 。

动态误差数据采用0~0.4s的数据进行计算其动态误差的累计误差，其动态误差计算结果为：F = 0.88156% 。

八、版本说明

V0.0.1，2025-08-21

• 初始版本

九、使用许可

本模型库版权由GHCK版权所有，未经许可，不得用于商业用途。