【摘要】：本文從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀出發(fā),討論了當前電動汽車推廣的重要性和技術問題,引出本文研究內(nèi)容—電動汽車充電機系統(tǒng)。隨著電池材料和技術發(fā)展,未來的電動汽車必將需要大功率輸出的充電樁,為此本文引進一種新的拓撲結構換流器—T型三電平換流器,這種拓撲能夠使得電動汽車充放電系統(tǒng)具有中等或大型功率輸出。首先,本文研究的充電機為直流充電機,參考以往兩電平換流器的結構后,提出采用T型拓撲三電平換流器和半橋型DC/DC換流器組成的兩級電路。關于T型三電平換流器的控制技術,最傳統(tǒng)的就是雙環(huán)PI控制,這種控制結構簡單,但是抗干擾性較差,且PI參數(shù)計算比較麻煩,為此引進新的智能控制算法—模型預測控制(MPC),這種算法是對雙環(huán)PI控制策略中電流內(nèi)環(huán)展開改造,亦可稱為模型預測電流控制。關于半橋型DC/DC換流器,根據(jù)現(xiàn)有充電模式特點,選擇雙環(huán)控制下恒電流、恒電壓的控制模式。其次,文中圍繞著T型三電平換流器和雙向半橋DC/DC換流器展開了詳細的研究,分別介紹了其工作原理、數(shù)學模型、控制策略、調(diào)制策略,最后在MATLAB2017a上分別進行了仿真的搭建。在仿真中,首先對比了T型三電平變流器在雙環(huán)PI控制和模型預測控制下的系統(tǒng)輸出效果,對比后發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的雙環(huán)PI控制抗干擾能力較差,并且對于負載側并聯(lián)的上下電容均壓控制不如預測控制好;但是預測控制也有自身的缺陷,諧波成分比較復雜。除此之外,文中還介紹了雙向半橋DC/DC變流器在恒流和恒壓充電下的仿真,仿真結果顯示這樣的充電模式可以很好的被實現(xiàn)。最后,文中整合前級T型三電平整流電路和后級半橋DC/DC降壓電路的整體仿真,為了使系統(tǒng)輸出滿足設定的技術標準,兩種控制策略下主電路參數(shù)都做出了部分修改,最后實現(xiàn)了系統(tǒng)的恒壓充電。因為參數(shù)的不一致,因此沒辦法做出對比,但是總的來說預測控制對電容的均壓控制效果比較好,雙環(huán)PI控制下的系統(tǒng)功率因數(shù)可以為1,所以各有特點,具體應用中要根據(jù)具體情況進行選擇。
【學位授予單位】：中原工學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U469.72;TM910.6
【圖文】：

別介紹了變流器的工作原理，數(shù)學模型、控制策略、調(diào)制策略，其主要目的是輔助于系統(tǒng)整體控制的實現(xiàn)。此次仿真輸出需滿足如下指標：TNPC 直流側負載兩端電壓穩(wěn)定在 700V；電源端網(wǎng)側(v、i)相位一致(或相反)；交流側相電流諧波分析圖譜 THD 為 5%以下；換流器輸出電容均壓[33-37]；負載突變時具備某種程度的抗擾特性。下面分別介紹 T 型三電平變流器采用傳統(tǒng)雙環(huán)控制(PWM 調(diào)制下)和模型預測控制下(MPC)的仿真，并對其進行分析。5.1 PWM 換流器的仿真T 型三電平變流器采用 PWM 技術的整體仿真，在充電模式下，電源與進線電抗器之間接入有變壓器，變壓器繞組纏繞方法為 Yg-D1，這種纏繞方法主要為了濾除變流器中的三次諧波，避免對電源引入諧波(因為變流電路本身就是一個巨大的諧波源，諧波過大會影響輸出波形并且增加控制電路的復雜性)，系統(tǒng)整體仿真如下所示：

抗擾能力不足；圖 5.3 為電源側 A 相 v、i 波形，顯然得出擾動接入之前同相，即運行在單位功率因數(shù)模式下，擾動接入后負載電流加倍，但是電點滯后。2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3t/s0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 t/s050100150200250300350400dcVupVdc/down圖 5.4VOC 控制方式網(wǎng)側AB 相線電壓 圖 5.5VOC 控制方式負載側上下電容電壓如上圖所示，圖 5.4 為網(wǎng)側 AB 相之間的線電壓，輸出為五種電平，單考期，輸出為三種電平，同樣由于受到擾動的影響，擾動加入后系統(tǒng)不能恢值；圖 5.5 為負載側并聯(lián)上下電容電壓波形，可以看出擾動加入之前電容實現(xiàn)均壓，擾動加入之后電容均壓的狀態(tài)被打破。

程度有所加大，因此本次研究中沒有采用。之后在查找資料中發(fā)現(xiàn)—預測控制，這一控制算法在當前的電力電子控制中比較熱門，隨后便對這種控制進行了深入的研究，研究發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的電壓定向控制(雙環(huán)控制)不同，這種控制算法可以近似簡化成單環(huán)控制，以 T 型三電平為例，這種控制算法可以很好的實現(xiàn)上、下電容的均壓且抗擾特性更強。本次研究中引入的全新算法模型預測控制(MPC)，它的算法實質(zhì)是對所有可能取得的量的在線計算，并進行最優(yōu)值的選定。以 T 型三電平為例，為了實現(xiàn)電流的控制，就要使得開關管工作在最優(yōu)的組合狀態(tài)，三電平的開關管共有 27 中開關方式，通過對這 27 種開關方式的有效控制實現(xiàn)不同的工作模式。通常希望其工作在單位功率因數(shù)狀態(tài)，這就需要電流跟蹤電壓相位進行鎖相。這種控制算法的特點是針對模型已知的控制和非線性控制，其控制的關鍵是模型的離散化，采用的是前向歐拉逼近，雖然是進行了近似，但是在很小的時間范圍內(nèi)并不會對控制結果產(chǎn)生較大的影響。這種控制算法的缺點就是：需要大量的時間進行計算，采樣時間設定為100 微妙，要比傳統(tǒng)的長。模型預測控制系統(tǒng)的仿真如下所示：

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本文編號：2763514