基于復系數pi控制器的電動汽車直流充電樁v

基于復系數pi控制器的電動汽車直流充電樁v

1電動汽車流直機電路充放電技術隨著電動汽車的普及，充電技術從簡單的電網吸收能量發(fā)展到與電網的能量互動，并誕生了v2g（vtileto-gra）技術。直流充電樁是一種典型的充電技術設施,由于其功率較高、充電速度較快,是實現V2G技術的主要充電設施,其主電路結構通常采用三相全橋AC/DC拓撲針對上述問題，本文提出了一種基于復系數PI控制器的電動汽車直流充電樁V2G充放電技術，研究了充電樁充電和放電功能切換的具體實現方法，通過建立三相全橋拓撲及其閉環(huán)控制系統的復數域模型，探討有功和無功分量的耦合機理，在此基礎上推導出能夠實現功率解耦的復系數PI控制器的傳遞函數，從而提高系統的動態(tài)性能，最后搭建仿真和實驗平臺，驗證所提出方法的優(yōu)越性。2.1ac/dc變流器直流充電樁輸入為三相四線制交流電壓,輸出為直流電壓,其電能轉換裝置為三相AC/DC變流器,主電路結構通常采用三相橋式拓撲,如圖1所示,AC/DC變流器的功能是將交流電轉化為直流電,同時實現功率因數校正,減小交流側電流諧波對電網的影響,通過控制三相橋臂功率管的導通與關斷實現交流側的功率因數校正和直流側的穩(wěn)壓。圖中對于三相交流系統,通常將其變換為兩相直流系統進行解耦控制其中,同理,將(2)中的電壓信號換為電流信號時,即可得到有功電流2.2系統框圖設計定義電流信號復矢量=由此可以得到坐標變換控制方法的系統框圖,如圖2所示。其中,現有技術已對變流器模型的建立進行了推導根據坐標變換原理,=其中,,(5)其中,,(6)其中,33.1pi控制器在不對稱點分析的同時消除了該點從公式(3)對于復矢量的定義可以看出,有功分量對應復矢量的實部,無功分量對應虛部,若系統閉環(huán)傳遞函數的虛部和實部對稱,意味著有功和無功的解耦,因此對于復數域模型下的電流環(huán),其理想的閉環(huán)傳遞函數應為虛部和實部對稱的1階系統。在上文的分析中,交流側濾波器和等效電阻引入了不對稱極點,因此PI控制器在設計時應考慮消除該極點。根據圖2,電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數可以表示為,(7)由于理想的閉環(huán)傳遞函數應為虛部和實部對稱的1階系統,由此可得PI控制器傳遞函數為,(8)其中,.(9)無論復系數還是實系數PI控制器,其具有統一的傳函形式,即.(10)聯立(9)(10),即可推導出PI控制器的復系數表達式為值得一提的是,本文所設計的復系數PI控制器帶入的是單L濾波器模型,當采用其他類型的網側交流濾波器時,應將相應的模型代入(8),所得到的復系數表達式則與濾波器模型有關,但參數的計算過程對不同類型的濾波器均適用。3.2不同類型ac/dc變流器拓撲損耗分析變流器的開關功率管選用IGBT,故功率開關管的數學模型表達式為,(12)其中,,(13)其中,,(14)其中,充電設施額定功率一定時,其充電效率受到其實際功率的影響,表1給出了18kW滿載下不同類型AC/DC變流器拓撲損耗分析。4仿真結果和分析在理論分析的基礎上,搭建基于MATLAB/simulink的仿真模型,其中,功率管的開關頻率為5kHz,交流側濾波電感為5mH,相關參數如表2所示。圖3給出了充電樁充電和放電模式下網側電壓電流波形,電流的相位能夠發(fā)生180°變化,說明了系統能夠實現能量的雙向流動。在此基礎上搭建實驗平臺,相關參數與仿真相同,表3給出了變流器的效率和THD測試結果。其中THD為電流總諧波畸變率,根據我國標準,滿載時電流總諧波畸變率應小于5%?？梢钥闯?變流器能夠實現較高的效率,與理論分析結果相一致,且滿載下的電流THD滿足并網要求。圖4給出了有功電流發(fā)生突變時的實驗結果,波形由上至下依次為有功電流和無功電流值,1V代表5A,即示波器讀數中每1V電壓代表5A電流,如示波器采樣通道1顯示500mV/格,其實際代表了2.5A/格,示波器采樣通道2顯示1V/格,其實際代表了5A/格,有功電流由0突增至15A,穩(wěn)態(tài)時,無功電流始終為0。圖4(a)所示為采用傳統實系數PI控制器時有功和無功電流的變化情況,當有功電流發(fā)生突變時,無功電流也會因耦合作用發(fā)生變化,系統動態(tài)性能較差。圖4(b)所示為采用所設計的復系數PI控制器時有功和無功電流的變化情況,當有功電流發(fā)生突變時,無功電流基本不變,證明系統有功分量和無功分量實現了解耦,系統動態(tài)性能得到了提升。5i控制器優(yōu)勢本文針對電動汽車直流充電樁可實現能量雙向流動的三相橋式主功率拓撲,建立其復數域模型,并推導了基于單L型濾波器的復系數PI控制器的系數計算公式,最后通過仿真和實驗驗證了理論分析結果,具體優(yōu)勢如下:(1)采用坐標變換控制策略,將三相交流信號轉化為兩相直流信號進行控制,控制精度高,響應速