基于MMC的规模化电动汽车充放电系统及其控制研究

摘要

能源危机以及日益严峻的环境问题，使得全社会各单位再次加大对节能减排工作的重视。电动汽车作为一种发展潜力巨大的交通工具，具有环保、节能的优势，是未来汽车行业发展的主要方向。模块化多电平换流器作为高压直流输电的重要组成部分，表现出极高的应用价值，其特点是功率等级高、功率双向流动、模块化，如果将MMC拓扑与电动汽车充放电结合，电动汽车的“源”“荷”双重特性将发挥更大的价值，用以实现电网削峰填谷、频率电压调整、事故备用等，对电网的安全、经济、稳定运行有重大意义。本文主要提出了一种基于MMC结构的规模化电动汽车充放电系统，并对其控制进行了研究。
　　本文首先对当前电动汽车的充电方式、充电机的拓扑结构以及V2G技术的研究情况作了充分调研，并对目前把MMC结构应用到其他领域的情况作了详细介绍;对构成系统的三个主要部分进行了研究，依据调研及需求情况构建了电动汽车动力电池模型，并选择了合适的电动汽车接入方式。
　　其次，深入研究了本文所提的充放电系统，分析了系统交、直流侧的数学模型，在此基础上，提出了系统换流器级控制策略，与载波移相调制对应的均压策略以及模块内部的升降压控制策略。在模块全接入电动汽车的工况下，对系统结构的可行性和控制策略的有效性进行了仿真验证，表明该系统兼具较高的灵活性和良好的电网友好性。
　　最后，考虑到由于电动汽车随机性引起的不均衡问题，提出了相应的控制方案。详细推导分析了上、下桥臂的功率分布情况，并分别针对相间不平衡和桥臂间不平衡进行了讨论，得到了桥臂不同频次环流分量与相及桥臂功率的关系，进而设计了相应的控制方案解决上述问题，实现系统的稳定运行，仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 电动汽车充电研究现状

1．2．1 电动汽车充电方式

1．2．2 电动汽车充电拓扑结构

1．2．3 V2G技术研究情况

1．3 MMC技术应用与其他场合的研究现状

1．4 本文的主要研究内容

第2章 MMC的运行机理及系统构成

2．1 MMC的运行机理

2．1．1 MMC的拓扑结构

2．1．2 MMC的工作原理

2．1．3 MMC的调制策略与均压策略

2．2 电动汽车动力电池及其模型建立

2．2．1 电动汽车动力电池

2．2．2 动力电池模型建立

2．3 电动汽车接入方式分析

2．4 本章小结

第3章 基于MMC的电动汽车充放电系统及稳态仿真

3．1 系统结构及工作原理

3．1．1 主电路结构

3．1．2 工作原理

3．2 数学模型及控制策略

3．2．1 MMC数学模型及控制策略

3．2．2 双向DC／DC电路数学模型及控制策略

3．3 仿真研究分析

3．3．1 仿真方案

3．3．2 仿真结果及分析

3．4 本章小结

第4章 考虑电动汽车随机性的不平衡控制研究

4．1 桥臂功率分析

4．2 基于环路电流的不平衡控制研究

4．2．1 相间不平衡分析及控制策略

4．2．2 桥臂间不平衡分析及控制策略

4．3 仿真验证

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢