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V2G应用中集成充电系统逆变运行特性研究

V2G应用中集成充电系统逆变运行特性研究

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作者：牛浩楠哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

电动汽车的普及促进了电网与电动汽车之间能量转换技术(Vehicle to Grid,V2G技术)的不断发展,具有V2G功能的电动汽车受车载式充电机体积及传输功率的限制,不能实现大功率能量转换。然而在电动汽车停驻时,如果将具有较高功率等级的驱动... 详细信息

电动汽车的普及促进了电网与电动汽车之间能量转换技术(Vehicle to Grid,V2G技术)的不断发展,具有V2G功能的电动汽车受车载式充电机体积及传输功率的限制,不能实现大功率能量转换。然而在电动汽车停驻时,如果将具有较高功率等级的驱动系统组件加入到充电机中不仅可以节约有限的空间,还可以提高系统的功率等级,所以这种适用于V2G服务的集成式充电机成为一个研究热点。因为V2G模式下,充电机在向电网馈电过程中要具有较宽的功率输出范围,较快的响应速度,而且还要满足严格地并网电流谐波要求。所以基于上述条件,本文主要研究一种集成充电机结构在并网逆变运行时的输出特性。其中前级为Z源变换器,后级为三相逆变器,并且采用三阶滤波装置。本文首先分析了双向充电机拓扑结构的选择以及工作原理,包括升压原理、调制技术等。通过建立系统并网运行时的数学模型,并且结合电网馈电的各种要求,提出了直流侧和交流侧的控制策略,为集成系统的分析以及搭建并网系统实验平台奠定基础。由于电动汽车自身空间的限制,本文提出了一种基于LCL滤波的集成式系统结构,即在并网运行模式中用电驱动系统的功率变换器代替并网逆变单元,用电机绕组来代替两组滤波电感,通过改变电机绕组连接方式来确保运行过程中不会产生电磁转矩,仿真结果表明三相定子绕组产生的最大转子转矩波动值较小。在此基础上改善了集成结构的控制方法,在控制系统中将得到的采样变量乘以相应系数矩阵可以有效减小各绕组之间互感的影响。另外采用一种基于集成系统的有源阻尼方法,有效降低了集成系统谐振点处的谐波含量,符合并网电流对各频次谐波的要求。搭建Z源并网实验平台,通过并网运行实验,验证了系统的可行性。在控制系统中加入反馈的电容电流环抑制了三阶滤波结构在谐振频率处产生的谐振尖峰,保证并网电流满足公用电网谐波要求。为了减少电流传感器带来的系统不稳定因素,用一种滤波电容电流估算算法代替电流传感器,将电容估算算法中所用到的积分器用两个串联的低通滤波器来代替,实验结果表明估算算法同样能达到较好地有源阻尼效果。

关键词：电动汽车 V2G 集成充电机绕组集成方式谐波

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含电机绕组的电动汽车Z源一体化充电机研究初探

含电机绕组的电动汽车Z源一体化充电机研究初探

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作者：李为汉哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

电动汽车充电时其电驱动系统是不工作的,在不增加或少增加元器件的基础上将电驱动系统接至电网,利用电驱动系统的功率变换器构成可控整流充电单元,同时利用电机绕组构成滤波电感或隔离变压器单元,共同构成一体化充电机。对于电动汽车控... 详细信息

电动汽车充电时其电驱动系统是不工作的,在不增加或少增加元器件的基础上将电驱动系统接至电网,利用电驱动系统的功率变换器构成可控整流充电单元,同时利用电机绕组构成滤波电感或隔离变压器单元,共同构成一体化充电机。对于电动汽车控制系统,Z源变流器可以克服传统变流器的不足,构成单级直流母线电压可调变流器,本文在Z源变流器的基础上对一体化充电机进行初步研究。本文首先介绍Z源充电机的拓扑结构,详细分析其工作原理及控制结构,对Z源充电机直通时间的两种分配方式进行对比分析。为了使系统能够实现单位功率因数充电,本文推导了Z源电容电压的取值范围并根据实验参数给出算例。其次,在Z源变流器基础上本文针对电机绕组的集成方式进行研究,为了使转子在充电时保持静止,提出了两种非隔离型绕组集成方式,并进行对比分析和仿真验证。对于隔离型一体化充电机,本文对其工作原理和应用前提进行分析研究,根据建立的数学模型给出适用于电池充电的控制方法,再通过仿真进行系统验证。再次,本文对Z源充电机整体进行系统设计,搭建实验平台,并对硬件电路和软件控制程序进行详细说明。然后对电阻负载和电池负载进行充电以验证Z源充电机系统可行性,并对Z源充电机系统进行性能测试,分析电池充电电流纹波较大的原因,提出改进方向。最后,本文将对Z源一体化充电机进行总结和展望,提出自己对于Z源一体化充电机研究方向的思路。

关键词：电动汽车一体化充电机 Z源整流器绕组集成方式

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