电动汽车无线充放电系统参数优化与协调控制方法研究

作     者：张振兴 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄学良;谭林林

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 082303[工学-交通运输规划与管理] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：双向无线电能传输 传输特性 补偿网络参数 广义状态空间平均法 效率优化 

摘      要：双向无线电能传输技术(Bidirectional Wireless Power Transfer,BD-WPT)是无线电能传输技术的重要分支,该技术除具有单向无线电能传输技术安全便捷、自动化程度高等优点外,可进一步发挥电动汽车与电网互动(Vehicle to Grid,V2G)作用,实现真正意义上的电动汽车智能双向充放电,是一种有效的能量交互组网接口技术。现有研究侧重于单向无线电能传输技术,有关BD-WPT技术研究较少,主要集中在BD-WPT系统稳态建模、功率稳定控制策略等方面,缺乏BD-WPT系统补偿网络传输特性、补偿网络参数设计、动态建模、功率-效率协调控制等方面的研究。本文针对上述问题,围绕BD-WPT技术展开了以下几方面研究并获得相应结论:首先,本文对BD-WPT系统控制方案展开研究,分析对比了附加能量变换环节控制方案、能量注入控制方案和移相控制方案的工作原理和优缺点,考虑到移相控制方案具有体积小、电路简单、效率高的优点,选择移相控制方案作为本文所述BD-WPT系统的控制方案;基于互感理论建立了S-S补偿网络、LCL-LCL补偿网络、LCC-LCC补偿网络BD-WPT系统的等效电路模型,对比分析可知LCC-LCC补偿网络系统设计灵活、容偏性能好、各工况下均能安全工作,综合而言应用前景更加广阔;以补偿元件电压电流应力均匀分布为优化目标,对补偿网络参数进行设计,研究表明对于某一功率需求,采用原副边完全一致的补偿参数,可使系统各补偿元件电压电流应力较为平均,有利于系统长期稳定运行。其次,本文分析了无线电能传输系统的常用建模方法,建立了BD-WPT系统的广义状态空间平均模型,在验证了模型的可行性和准确性后,基于该模型获得系统的传递函数矩阵,绘制了系统伯德图,分析了系统特性,为系统控制量及被控量的选择提供参考;基于对系统传输效率-频率特性和传输功率-频率特性的分析,提出了一种分段功-效协调控制方法,该方法可根据具体功率需求,使BD-WPT系统工作于不同的谐振频率,从而使系统获得更高的传输效率。最后,搭建了BD-WPT系统仿真和实验平台,仿真和实验结果验证了文本所述理论或提出方法的可行性和有效性。