基于V2G的两级式双向DC/AC变换器控制策略研究

作     者：吕镇宇 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：汪凤翔

授予年度：2021年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：V2G 图腾柱无桥PFC PID PR 占空比预测控制 ESO 交错并联 

摘      要：随着环境的污染和碳中和理念的深化,可持续发展的理念逐渐加深,电动汽车作为清洁能源的重点代表,其自身的发展以及其衍生产品的研究逐渐成为热点。V2G(Vehicle to Grid)作为电动汽车交互电网的核心器件,其自身引发强烈关注。两级式V2G中双向DC/AC部分作为与电网直接相连的关键结构,对其器件的稳定运行与高质量的电能要求与转换效率有高标准的要求,因此其控制策略的研究成为核心关键。图腾柱无桥PFC(Power Factor Correction)拓扑因较小的共模干扰以及简单的拓扑优势,在DC/AC侧应用广泛。本文首先对图腾柱无桥PFC的数学模型进行推导,总结出开关状态与电压、电流关系。从经典的PID(Proportion Integration Differentiation)算法入手,建立了双闭环PI控制模型,且针对输出电流存在的谐波问题,在电流环引入了可针对特定频率次谐波的PR(Proportion Resonant)控制,减小电流环的谐波含量,对输出电流的谐波进行滤波并反馈;且针对母线电压中存在的二次纹波,在电压环引入了陷波器,降低电压环的输出参考电流谐波,并通过平台进行验证。根据拓扑的数学模型及其工作原理,推导其预测控制算法,且根据参数内部电流的变化关系,建立其代价函数进行数值优化。并且在理想状态模型的基础上建立系统中含扰动的模型,基于观测器的原理,提出在占空比预测控制中建立扩张状态观测器的模型将系统中的内扰合并外扰一起观测出来并反馈到系统中,搭建仿真模型对预测控制及观测器控制效果进行了验证。除了算法上的优化,拓扑结构上进行交错并联拓扑的引入,不仅实现了功率等级的提升,两相交错并联纹波相互抵消减小,并且硬件上器件的应力也得到了减半,并通过系统的数学模型与工作原理研究与图腾柱PFC的联系,将图腾柱PFC的控制策略带入到拓扑中,并通过仿真进行了验证。