面向V2G的车载前级双向AC/DC变换器的研究与设计

作     者：姚宏伟 

作者单位：重庆邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：章治国;徐洋

授予年度：2019年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：V2G 充放电机 双向AC/DC 控制策略 THD 

摘      要：新能源电动汽车作为解决环境污染和资源匮乏问题的重要突破口,得到国家在政策上的大力支持。电动汽车的储能电池既可以作为电网的负载端,亦可向电网回馈能量;基于此,V2G(Vehicle-to-Grid)实现电动汽车与智能电网能量信息互动,降低电网运行成本,以及提高电网的综合运行效率等优势,成为当今研究的热点。而双向车载充电机作为电动汽车V2G技术的关键组成部分,本文在此背景下对V2G车载充电机前级双向AC/DC变换器展开研究。首先,本文介绍了V2G基本概念和应用背景,对V2G技术及车载充电机的发展现状进行了分析与总结;并对比介绍了V2G系统中车载充电机双向的拓扑结构。根据充电机要求和特点选取单相电压型全桥拓扑作为前级双向AC/DC的研究对象,分析了其工作原理、运行模式以及性能特点,推导了变流器的数学模型。其次,在上述分析的基础上,重点研究了V2G充电机的控制策略。在整流模式下针对传统平均电流控制中电流THD(Total Harmonic Distortion)较大、动态响应慢的缺陷,提出采用占空比预测改进型平均电流控制有效的抑制过零点畸变,大大降低输入电流的THD,同时也增强了系统动态性能。在逆变模式下采用电流瞬时控制与电流模式控制的策略,优化了控制环路,提高了系统的稳定性与可靠性。在此基础上,详细分析了控制器参数的变化对环路的影响,根据变换器的稳态、动态性能特点,设计了控制环路的补偿器并进行了仿真分析验证。最后,在理论分析的基础上,对车载前级双向AC/DC变换器进行了实验研究。设计了主功率回路和控制回路的硬件参数和器件选型,分析计算了主功率回路的器件损耗;随后在控制策略理论研究的基础上,完成了变换器总体软件系统的设计和各部分相应代码的编写。在所搭建的样机平台上进行了硬件和软件系统的调试,相关的实验结果验证了理论分析的正确性和有效性。