基于准Z源软开关变换器的集成充电系统控制方法的研究

作     者：徐国强 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张千帆

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] 

主      题：集成充电机 准Z源变换器 电感电流断续 软开关 谐波抑制 

摘      要：集成充电机利用电动汽车电机驱动系统的硬件实现充电,有望同时解决充电速度慢和一桩难求两个问题,因此获得广泛关注。Z源变换器因具有有源器件更少,可靠性更高等优点在电机驱动中得到广泛利用,为了实现集成充电有必要对Z源整流器进行研究。集成充电系统复用电驱动系统硬件,不是按照充电功能设计主电路硬件,充电模式下不是效率最优,所以有必要提升效率。本文研究对象是一种通过工作在电感电流断续条件下实现软开关的三相准Z源整流器。为了使三相软开关准Z源整流器在某一工况下运行,首先对模型进行合理简化,利用开关平均方法建立其数学模型,平均模型说明了决定输出电压的因素,为输出电压的调节提供依据,小信号模型说明了系统在某一工作点的动态特性,为控制系统设计提供理论基础。然后通过软件扫频和阶跃响应验证小信号模型的准确性。最终基于小信号模型整定PI参数,实现了交流侧电流电压双闭环和直流侧电压闭环控制。针对系统的软开关运行进行研究。首先分析系统运行模式得到形成软开关的条件,在此基础上提出新的调制方法使系统在扇区边界仍然能够形成软开关。最后提出了准Z源网络电感值选择方法,通过等式和不等式约束寻找合适的电感值,能够预测形成软开关的输出电阻变化范围。基于系统的平均模型以及软开关运行条件,提出了一种恒流恒压控制策略,该策略实现了输出电阻变化时通过改变系统参数维持软开关,并实现一定程度的效率优化。为满足网侧电流的THD要求,使用比例-重复控制的复合控制方法抑制低次谐波,基于分段式三相电机使用载波移相方法抑制网侧高次谐波。基于三套准Z源网络并联的载波移相方法提出了通过切除一或两套网络的方法实现准Z源网络电感分级调节从而扩大能够形成软开关的输出电阻范围。最后通过硬件在环测试和实验顺序验证上述理论和方法。通过实验发现网侧电压存在尖峰,然后依据电压尖峰形成原因进行分类,对部分种类尖峰提出了抑制方案,提高了系统的效率。