基于FPGA的V2G用三相PWM整流器研究

作     者：梁祺祺 

作者单位：河北科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：汪殿龙

授予年度：2022年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：三相PWM整流器 PI控制 高阶滑模 积分端末滑模 硬件在环 

摘      要：车辆到电网(Vehicle to Grid,V2G)技术是随着智能网联汽车的发展而出现的,能量可以在电动汽车与电网之间实现双向流动。随着电动汽车的普及和充电基础设施的发展,V2G变换器已成为国内外学者研究的热点课题。V2G变换器由双向AC/DC变换器和双向隔离DC/DC变换器两部分构成,本文针对V2G变换器的前级AC/DC变换器展开研究,选择可四象限运行的三相电压源型PWM整流器作为研究对象。首先,分析了三相PWM整流器的工作原理,建立了其在不同坐标系下的数学模型。针对目前双闭环PI控制策略控制精度较低,鲁棒性较差,且传统滑模控制器滑模面抖振现象较大等问题,提出了一种三相PWM整流器高阶积分端末滑模控制策略。该控制策略结合了积分滑模面和端末滑模面,形成一种积分端末滑模面,从而可以获得有限的收敛时间,降低稳态误差,提高抗扰性能。并通过结合高阶滑模控制思想和传统P控制策略,提出一种高阶滑模趋近律,使得开关函数出现在控制量高阶方程中,有效降低了滑模面抖振现象。其次,利用Simulink仿真平台,将高阶积分端末滑模控制策略与传统PI控制策略分别应用于三相PWM整流器闭环控制,并进行对比分析。仿真结果表明,在整流模式下,高阶积分端末滑模控制策略相较于PI控制策略可以获得较快的响应速度,提高抗扰性能,同时可以实现更优的功率因数校正,有效抑制滑模面抖振现象;在逆变模式下,网侧电压电流能够保持反相位,谐波畸变率较低,且直流侧电压电流能够迅速达到稳定,有利于逆变并网的完成。最后,基于Inter MAX 10 FPGA,搭建了三相PWM整流器及其控制器的硬件在环平台。将三相PWM整流器在三相静止坐标系下建立的实时硬件模型作为受控对象,并通过制作实际的三相整流桥验证实时硬件模型的正确性。将高阶积分端末滑模控制作为控制策略,并采用Inter MAX 10 FPGA搭建真实的控制器对其主要性能进行实验验证。实验结果表明,网侧电压相位能够被准确捕捉,在整流状态下网侧电压和电流一直保持同相位,实现了单位功率因数校正,验证了高阶积分端末滑模控制策略的有效性。