电动汽车车载充放电机功率变换拓扑及其控制策略研究

摘要

近年来，伴随着智能电网技术的提出和发展，一种电动汽车与智能电网进行双向互动的技术即V2G技术也应运而生。在V2G技术中，电动汽车将作为分布式储能单元与智能电网进行能量和信息的双向互动，其对电网的安全、稳定、经济运行和电动汽车产业本身的发展都具有重要意义。而要实现V2G技术，车载充放电机是关键设备之一，其性能的优劣将直接影响V2G的安全、高效及可靠进行。因此，本论文以电动汽车车载充放电机为对象，研究其功率变换拓扑和控制策略，可以弥补现有相关文献研究的欠缺，为车载充放电机工程实现提供可以借鉴的方案。论文完成的研究工作与取得的主要成果如下：
　　 ①针对车载充放电机能量双向流动和高效率与高功率密度的关键技术要求，提出了一种由前级单相可逆PWM整流器和后级两相交错并联Buck/Boost变换器构成的两级拓扑结构，并分别研究了前级和后级变换器拓扑提高效率和功率密度的措施。
　　 ②基于提出的车载充放电机功率变换拓扑，研究了其可以实现性能优化和功能多样化的控制策略，具体为：前级单相可逆PWM整流器采用基于虚拟dq坐标系的控制策略，与传统控制策略相比，在实现电流内环无差的同时还可以实现有功、无功电流的独立控制，从而使车载充放电机还可以具有无功补偿的功能；根据动力电池的等效电路模型及充放电模式需要，对后级两相交错并联Buck/Boost变换器提出了一种可以简化控制器的电压电流双模式统一控制策略；提出了一种基于稳态占空比关系的电压前馈控制策略，可以抗输入电压扰动和降低积分环节对系统动态和稳定性的影响，并将所提控制策略应用于后级变换器，得到了一种基于输入电压前馈的改进双模式统一控制策略，理论分析表明可以有效减小直流母线电压波动对后级输出的影响，从而可以减小直流母线电容。
　　 ③在理论分析的基础上，设计了3.5kW车载充放电机系统的主电路和控制器参数，并在Matlab/Simulink中搭建系统仿真模型进行了稳态和动态仿真，验证了所设计方案的可行性和理论分析的正确性；最后搭建了前级单相可逆PWM整流器接近工程应用条件下的实验样机，并进行了PWM整流实验研究，验证了前级变换器理论和仿真分析的正确性，为下一步研究工作打下了良好的基础。