单相车载充放电机前级可逆整流器研究

摘要

随着能源危机的不断加重,电动汽车作为一种节能减排的有效手段正在不断地被推广应用,电动汽车动力电池作为一个移动的分布式储能单元可以在电网高峰负荷时段向电网传输电能,而在电网非高峰负荷时段电网又向其充电,这就是目前日益受到关注的V2G技术。在典型的V2G技术中,电动汽车车载充放电机是实现电动汽车和电网能量互动的重要中间接口,其一般为双向AC/DC和双向DC/DC级联的两级结构,其前级变换器对于满足车载充放电机高功率因数、能量双向流动、较低的电流谐波畸变率的要求发挥了重要作用,本文将单相可逆PWM整流器作为其前级双向AC/DC变换器,对其进行相关研究。
　　本文首先在单相可逆 PWM整流器主电路拓扑结构的基础上建立了其瞬时等值电路模型并对所采用的双极性调制策略下电路的电流回路进行了分析。根据课题的指标要求设计了主电路参数并对电压电流环均采用 PI控制器的单相可逆PWM整流器进行了环路设计和仿真分析。
　　其次,针对车载充放电机低谐波畸变率和高功率密度的要求,提出在前级可逆PWM整流器中采用多重谐振控制器和陷波滤波器相结合的控制策略,相比于传统PI控制器有效地降低了输入电流中的低次谐波含量,同时避免了有源及无源滤波器的使用,提高了功率密度;由于加入多重谐振控制器的电流内环成为一个高阶系统,控制器参数设计困难,文中采用根轨迹分析法,利用系统的等效参量根轨迹对控制器的参数进行了详细的分析和设计;在理论分析及参数设计的基础上搭建了Matlab/Simulink仿真模型进行仿真研究,仿真结果验证了理论分析及所提控制策略的有效性。
　　最后,根据课题指标要求搭建了3.5kW基于DSP28335的实验样机系统进行实验研究和验证,主要包括硬件系统和软件系统,完成了硬件电路中主功率电路及控制电路的设计选型;完成了软件系统的主体程序设计并对AD采样、锁相程序、SPWM波形产生子程序进行了详细分析设计,提出一种简单实用的软件过零锁相方法提高了锁相精度;在所搭建的实验样机平台的基础上进行了各部分硬件及软件程序的调试,并对前级单相可逆PWM整流器进行了稳态及动态特性实验测试,为下一步工作奠定了基础。