基于復(fù)系數(shù)pi控制器的電動(dòng)汽車直流充電樁v

基于復(fù)系數(shù)pi控制器的電動(dòng)汽車直流充電樁v

1電動(dòng)汽車流直機(jī)電路充放電技術(shù)隨著電動(dòng)汽車的普及，充電技術(shù)從簡(jiǎn)單的電網(wǎng)吸收能量發(fā)展到與電網(wǎng)的能量互動(dòng)，并誕生了v2g（vtileto-gra）技術(shù)。直流充電樁是一種典型的充電技術(shù)設(shè)施,由于其功率較高、充電速度較快,是實(shí)現(xiàn)V2G技術(shù)的主要充電設(shè)施,其主電路結(jié)構(gòu)通常采用三相全橋AC/DC拓?fù)溽槍?duì)上述問(wèn)題，本文提出了一種基于復(fù)系數(shù)PI控制器的電動(dòng)汽車直流充電樁V2G充放電技術(shù)，研究了充電樁充電和放電功能切換的具體實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)建立三相全橋拓?fù)浼捌溟]環(huán)控制系統(tǒng)的復(fù)數(shù)域模型，探討有功和無(wú)功分量的耦合機(jī)理，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出能夠?qū)崿F(xiàn)功率解耦的復(fù)系數(shù)PI控制器的傳遞函數(shù)，從而提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，最后搭建仿真和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證所提出方法的優(yōu)越性。2.1ac/dc變流器直流充電樁輸入為三相四線制交流電壓,輸出為直流電壓,其電能轉(zhuǎn)換裝置為三相AC/DC變流器,主電路結(jié)構(gòu)通常采用三相橋式拓?fù)?如圖1所示,AC/DC變流器的功能是將交流電轉(zhuǎn)化為直流電,同時(shí)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正,減小交流側(cè)電流諧波對(duì)電網(wǎng)的影響,通過(guò)控制三相橋臂功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷實(shí)現(xiàn)交流側(cè)的功率因數(shù)校正和直流側(cè)的穩(wěn)壓。圖中對(duì)于三相交流系統(tǒng),通常將其變換為兩相直流系統(tǒng)進(jìn)行解耦控制其中,同理,將(2)中的電壓信號(hào)換為電流信號(hào)時(shí),即可得到有功電流2.2系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)定義電流信號(hào)復(fù)矢量=由此可以得到坐標(biāo)變換控制方法的系統(tǒng)框圖,如圖2所示。其中,現(xiàn)有技術(shù)已對(duì)變流器模型的建立進(jìn)行了推導(dǎo)根據(jù)坐標(biāo)變換原理,=其中,,(5)其中,,(6)其中,33.1pi控制器在不對(duì)稱點(diǎn)分析的同時(shí)消除了該點(diǎn)從公式(3)對(duì)于復(fù)矢量的定義可以看出,有功分量對(duì)應(yīng)復(fù)矢量的實(shí)部,無(wú)功分量對(duì)應(yīng)虛部,若系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的虛部和實(shí)部對(duì)稱,意味著有功和無(wú)功的解耦,因此對(duì)于復(fù)數(shù)域模型下的電流環(huán),其理想的閉環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)為虛部和實(shí)部對(duì)稱的1階系統(tǒng)。在上文的分析中,交流側(cè)濾波器和等效電阻引入了不對(duì)稱極點(diǎn),因此PI控制器在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮消除該極點(diǎn)。根據(jù)圖2,電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)可以表示為,(7)由于理想的閉環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)為虛部和實(shí)部對(duì)稱的1階系統(tǒng),由此可得PI控制器傳遞函數(shù)為,(8)其中,.(9)無(wú)論復(fù)系數(shù)還是實(shí)系數(shù)PI控制器,其具有統(tǒng)一的傳函形式,即.(10)聯(lián)立(9)(10),即可推導(dǎo)出PI控制器的復(fù)系數(shù)表達(dá)式為值得一提的是,本文所設(shè)計(jì)的復(fù)系數(shù)PI控制器帶入的是單L濾波器模型,當(dāng)采用其他類型的網(wǎng)側(cè)交流濾波器時(shí),應(yīng)將相應(yīng)的模型代入(8),所得到的復(fù)系數(shù)表達(dá)式則與濾波器模型有關(guān),但參數(shù)的計(jì)算過(guò)程對(duì)不同類型的濾波器均適用。3.2不同類型ac/dc變流器拓?fù)鋼p耗分析變流器的開關(guān)功率管選用IGBT,故功率開關(guān)管的數(shù)學(xué)模型表達(dá)式為,(12)其中,,(13)其中,,(14)其中,充電設(shè)施額定功率一定時(shí),其充電效率受到其實(shí)際功率的影響,表1給出了18kW滿載下不同類型AC/DC變流器拓?fù)鋼p耗分析。4仿真結(jié)果和分析在理論分析的基礎(chǔ)上,搭建基于MATLAB/simulink的仿真模型,其中,功率管的開關(guān)頻率為5kHz,交流側(cè)濾波電感為5mH,相關(guān)參數(shù)如表2所示。圖3給出了充電樁充電和放電模式下網(wǎng)側(cè)電壓電流波形,電流的相位能夠發(fā)生180°變化,說(shuō)明了系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。在此基礎(chǔ)上搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),相關(guān)參數(shù)與仿真相同,表3給出了變流器的效率和THD測(cè)試結(jié)果。其中THD為電流總諧波畸變率,根據(jù)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn),滿載時(shí)電流總諧波畸變率應(yīng)小于5%。可以看出,變流器能夠?qū)崿F(xiàn)較高的效率,與理論分析結(jié)果相一致,且滿載下的電流THD滿足并網(wǎng)要求。圖4給出了有功電流發(fā)生突變時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,波形由上至下依次為有功電流和無(wú)功電流值,1V代表5A,即示波器讀數(shù)中每1V電壓代表5A電流,如示波器采樣通道1顯示500mV/格,其實(shí)際代表了2.5A/格,示波器采樣通道2顯示1V/格,其實(shí)際代表了5A/格,有功電流由0突增至15A,穩(wěn)態(tài)時(shí),無(wú)功電流始終為0。圖4(a)所示為采用傳統(tǒng)實(shí)系數(shù)PI控制器時(shí)有功和無(wú)功電流的變化情況,當(dāng)有功電流發(fā)生突變時(shí),無(wú)功電流也會(huì)因耦合作用發(fā)生變化,系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能較差。圖4(b)所示為采用所設(shè)計(jì)的復(fù)系數(shù)PI控制器時(shí)有功和無(wú)功電流的變化情況,當(dāng)有功電流發(fā)生突變時(shí),無(wú)功電流基本不變,證明系統(tǒng)有功分量和無(wú)功分量實(shí)現(xiàn)了解耦,系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能得到了提升。5i控制器優(yōu)勢(shì)本文針對(duì)電動(dòng)汽車直流充電樁可實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)的三相橋式主功率拓?fù)?建立其復(fù)數(shù)域模型,并推導(dǎo)了基于單L型濾波器的復(fù)系數(shù)PI控制器的系數(shù)計(jì)算公式,最后通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析結(jié)果,具體優(yōu)勢(shì)如下:(1)采用坐標(biāo)變換控制策略,將三相交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為兩相直流信號(hào)進(jìn)行控制,控制精度高,響應(yīng)速