RT22 | Steuerungsentwurf für V2G-fähige DC-Ladestation mit hardware(C-HIL)

In dieser Studie wird ein Regelungskonzept für den Einsatz von Elektrofahrzeugen an V2G-fähigen Gleichstrom-Ladestationen vorgeschlagen. Die V2G-fähige Gleichstrom-Schnellladestation ist mit bidirektionalen DC/DC-Wandlern für die Ladung jedes einzelnen Elektrofahrzeugs und das installierte Energiespeichersystem sowie mit einem dreiphasigen Zweistufen-Spannungsquellenwandler für den Anschluss an das Niederspannungsnetz ausgestattet. Das vorgeschlagene Regelungskonzept nutzt die Energiekapazität, den Ladezustand und die Strombegrenzungen der jeweiligen Elektrofahrzeugbatterie bei der Leistungszuweisung zwischen den Elektrofahrzeugen im V2G-Modus und dem Energiespeichersystem, um die aus dem Netz bezogene Leistung zu begrenzen. In dem vorgeschlagenen Regler dienen die Energiekapazitäten und Ladezustände der Elektrofahrzeuge als Zuweisungsfaktoren, während die Strombegrenzungen als Begrenzungsgrenzen fungieren. Das vorgeschlagene Regelungskonzept gewährleistet einen sicheren Betriebsbereich für Elektrofahrzeuge bei gleichzeitiger effizienter Nutzung der Fahrzeuge. Der in den vorgeschlagenen Regler integrierte Algorithmus zum Ausgleich des Ladezustands gewährleistet die effiziente Nutzung von Elektrofahrzeugen im V2G-Modus. Zur Validierung wird die Leistung des vorgeschlagenen Reglers mittels Offline-Simulation und Controller-hardware-in-Loop (C-HIL) bewertet. Die C-HIL-Implementierung liefert kostengünstige, sichere und schnelle Validierungsergebnisse für den Hauptregler der V2G-fähigen Gleichstrom-Ladestation unter realen industriellen hardware. Im C-HIL fungiert ein Digital Signal Controller (DSC), ein TMS320F28379D-DSP-Controller, als Regler hardware, während ein Echtzeit-Simulator, der OPAL-RT OP5600, das Modell der Gleichstrom-Ladestation in Echtzeit simuliert. Die Modellierung der Ladestation im OPAL-RT verhindert, dass während der Validierungsstudien der sichere Betriebsbereich der Elektrofahrzeugbatterien überschritten wird, was zu Gefahren und Sicherheitsproblemen führen könnte. Der DSC und der Echtzeit-Simulator kommunizieren über digitale und analoge Ein- und Ausgänge. Der DSC sendet die Steuersignale über digitale Ausgänge, und der Echtzeit-Simulator sendet die Spannungs- und Strommesssignale über analoge Ausgänge. Die C-HIL-Fallstudien umfassen drei Szenarien. Das erste Szenario untersucht das stationäre Verhalten des vorgeschlagenen V2G-Reglers, wenn die Netzleistung begrenzt ist und sich während der Simulationszeit ändern kann. Das zweite Szenario konzentriert sich auf das Einschwingverhalten des vorgeschlagenen Reglers bei einer Änderung der Stromgrenze der EV-Batterie aufgrund spezifischer Batteriezustände. Schließlich untersucht das dritte Szenario das Verhalten des vorgeschlagenen Reglers beim Moduswechsel eines Elektrofahrzeugs vom V2G-Modus in den Schnelllademodus. In allen Szenarien stimmen die Ergebnisse der Offline-Simulation und des C-HIL-Tests eng überein und bestätigen die robuste und effiziente Leistung des vorgeschlagenen Reglers.