基于多状态耦合能流模型的车辆-电网协同控制策略研究

为解决eHighway和电动道路系统(ERS)中缺乏系统性技术细节与控制策略的问题，研究人员提出在线直流驱动系统(ODS)的能流模型及分层协同控制框架。通过上层多车协同控制器实现队列速度跟随与车距保持，下层电网-电池混合控制器完成功率分配，有效提升电网供电稳定性与系统运行效率。该研究为货运交通电气化提供了创新性解决方案。

　　

随着全球能源与环境危机加剧，公路货运电气化成为可持续发展的重要路径。西门子提出的eHighway系统和剑桥大学Cebon教授团队研发的电动道路系统(ERS)通过架空接触网供电模式，展现了较高的建设可行性。然而现有研究多聚焦经济性评估，缺乏对系统能流模型和协同控制策略的深入探索。尤其当多辆电动重型货车(GBHV)在单一供电区段运行时，车辆状态突变易引发电网功率振荡，威胁系统稳定性。

针对这一挑战，青岛科技大学的Bi Gaoxin团队在《Sustainable Energy Technologies and Assessments》发表研究，构建了包含车辆-电网供电电路模型(VGPSCM)和电网-电池混合能流模型的ODS系统。通过分层控制架构，将复杂的车-网耦合状态解耦为上层队列动力学控制与下层能量管理，实现了电网静态稳定性和动态响应能力的协同优化。

研究采用Matlab/Simulink平台建立仿真模型，关键技术包括：1）基于电路理论的VGPSCM建模，量化多车并联电路的阻抗特性；2）应用最大功率传输定理分析电网稳定性阈值；3）设计双闭环控制器，上层采用纵向协同算法实现GBHV队列控制，下层通过混合动力管理模块调节电网与电池功率分配。

Vehicle-grid power supply circuit model
通过建立DC 1500V供电网与车载受电弓的等效电路模型，揭示多车运行时位置依赖型电路参数对系统阻抗的影响机制。仿真显示单个车辆加速度突变可使电网电流波动达23.7%。

Control targets
提出"静态稳定性裕度"指标，证明当GBHV队列速度差超过2.5m/s时，电网功率传输效率下降12.4%。通过分层控制将耦合变量解耦为上层车距误差和下层功率偏差。

Simulation scenario and parameters setting
在三车队列测试中，上层控制器使车距误差在8秒内收敛至±0.3m，下层控制器将电网电压波动控制在额定值±5%范围内，验证了控制策略的有效性。

Conclusions
该研究创新性地解决了MVSS（多车状态同步）场景下的车-网耦合问题。所提出的分层控制架构使电网功率波动降低41%，队列能耗效率提升18%，为电动货运系统的工程化应用提供了理论支撑。未来研究可拓展至弯道工况下的三维能流建模与分布式控制算法优化。