【正文】 它各區(qū)間如等的換流方式依此類似。 基于下述假設(shè)，建立三相PWM整流器一般數(shù)學(xué)模型。 (2)網(wǎng)側(cè)濾波電感L:呈線性變化，不考慮飽和狀態(tài)。 (4)電阻Rdc串聯(lián)直流電動勢eL來等效直流側(cè)負(fù)載。由于VaN = ，上式可改成()式: (36)同理可得b相、c相方程如下: (37) (38)假設(shè)系統(tǒng)是三相對稱的，: (39)可得 (310): (311)對直流側(cè)電容正極節(jié)點應(yīng)用KCL可得: (312) 由此可得出采用單極性二值邏輯開關(guān)函數(shù)描述的三相電壓型PWM整流器的一般數(shù)學(xué)模型，如下式： 三相靜止坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型中，各坐標(biāo)系間存在藕合，因此可將三相靜止坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成兩相靜止垂直坐標(biāo)系。 一般用等量坐標(biāo)變換進(jìn)行是矢量分解，等量坐標(biāo)變換就是坐標(biāo)變換后坐標(biāo)系中的通用矢量應(yīng)當(dāng)與變換前通用矢量相等。為簡化控制系統(tǒng)設(shè)計，一般通過坐標(biāo)變換將三相對稱靜止坐標(biāo)系(a, b, c)轉(zhuǎn)換為以電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的(d,q )坐標(biāo)系，這樣同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流變量將代替三相對稱靜止坐標(biāo)系中的基波正弦變量。圖中三相電壓空間矢量為E，三相電流空間矢量為I。定義有功電流為電流d軸分量，無功分量為q軸電流分量。、電流以及開關(guān)函數(shù)如下: （315） （316） （317） 將上式帶入三相VSR一般數(shù)學(xué)模型中，可得到PWM整流器在d, q坐標(biāo)系的低頻狀態(tài)方程，： （318）=0可見，在((a, b, c)三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型經(jīng)過((d，q ）變換到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下后，雖然各個坐標(biāo)之間仍然存在相互藕合，但是在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系來觀察，其數(shù)學(xué)模型的各個參量轉(zhuǎn)化為直流量，這樣就有利于三相PWM整流電路的分析及控制系統(tǒng)的設(shè)計。另一個是當(dāng)交流側(cè)的功率因數(shù)可控時，實現(xiàn)正弦波電流控制。 間接電流控制是通過控制PWM整流器網(wǎng)側(cè)電壓的幅值和相位來控制輸入整流器的電流和電壓保持同相位，使得其功率因數(shù)為1，因此間接電流控制又被稱為幅相控制。給定一個直流電壓值Ud*，把它與實際的直流電壓值Ud進(jìn)行比較，并將其結(jié)果送到PI調(diào)節(jié)器，id即為PI調(diào)節(jié)器中輸出的直流電流指令信號，id與PWM整流器的網(wǎng)側(cè)輸入電流幅值成正比例關(guān)系。當(dāng)負(fù)載電流增大時，直流側(cè)電容C放電使直流電壓Ud下降，PI調(diào)節(jié)器輸入端出現(xiàn)正偏差，使其輸出id增大，整流器交流側(cè)的輸入電流會隨著id的增大而增大，同時，直流側(cè)電壓Ud將會隨之回升。當(dāng)PWM整流器工作在逆變狀態(tài)時，負(fù)載電流減小，控制過程相反。達(dá)到穩(wěn)態(tài)運行時，Ud*=Ud仍成立，此時PI調(diào)節(jié)器的輸入又回到零，輸出id為負(fù)。但是，當(dāng)使用間接電流控制時，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)不好，有較大的電流超調(diào)量，微小的系統(tǒng)參數(shù)變化也會引起較大的響應(yīng)。網(wǎng)側(cè)電流閉環(huán)引入到直接電流控制中，有利于提高整流器網(wǎng)側(cè)的電流動態(tài)和電流靜態(tài)性能。所以，直接電流控制在工程中得到廣泛應(yīng)用。 ，內(nèi)環(huán)控制是電流瞬時值反饋控制，外環(huán)控制與間接電流控制類似，滯環(huán)電流控制常用于電壓型PWM整流器的控制。滯環(huán)比較法的控制系統(tǒng)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)非常簡單，電流響應(yīng)速度較快，控制運算中不使用電路參數(shù)，系統(tǒng)魯棒性好，應(yīng)用比較廣泛。 固定開關(guān)頻率控制沒有電流滯環(huán)控制開關(guān)頻率變化大的缺點，但是當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)以及負(fù)載波動時，固定開關(guān)頻率控制較敏感，而且若PWM開關(guān)頻率固定，三相VSR交流側(cè)電壓峰值波動將引起電流跟蹤偏差大小的波動。電壓定向控制是在dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上建立系統(tǒng)變量關(guān)系，并采用雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu):電壓外環(huán)控制和電流內(nèi)環(huán)控制。系統(tǒng)采用電壓外環(huán)控制和電流內(nèi)環(huán)控制的雙閉環(huán)控制，電流內(nèi)環(huán)控制能夠提高系統(tǒng)動態(tài)性能，實現(xiàn)限流保護。將直流側(cè)輸出電壓的給定值Vdc*與實際值Vdc進(jìn)行比較，PI調(diào)節(jié)器輸入信號即為比較后得到的誤差值。然后比較輸入電壓空間矢量，最后通過SVPWM調(diào)制算法，生成脈沖驅(qū)動控制信號來控制三相整流橋中六路IGBT的通斷,合成的Up,Uq可以間接地對網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行控制，并調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)。不計電阻R,則可以根據(jù)式319得到系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時的控制方程，如320式: (320)式()中還加入了反饋控制量，這樣是為了控制直流電壓和交流電流在給定值范圍以內(nèi)。 PI控制框圖 d軸電流給定值id*就是直流電壓外環(huán)控制器的輸出值。在單位功率因數(shù)時，iq*被設(shè)置為0。Kpi表示電流內(nèi)環(huán)比例,Kii表示氣其積分系數(shù)。分析了三相PWM整流器的數(shù)學(xué)模型。第4章 應(yīng)用于充電樁的雙向DCDC變流器的研究／DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 單向DC／DC變換器按輸入與輸出間是否有電氣隔離可分為兩類：沒有電氣隔離的稱為不隔離的直流交換器，有電氣隔離的稱為有隔離的直流變換器。現(xiàn)在以不隔離的基本升壓DC／DC變換囂(圖41)和隔離的半橋直流變換器(圖42)加以比較，來說明兩類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同。 (2)由于受到變換器體積的限制，圖42中必須采用高頻變壓器，因此相應(yīng)的開關(guān)管只能采用功率MOS管。 (3)MOS管導(dǎo)通壓降高于IGBT管，在圖42中MOS管的導(dǎo)通損耗將高于圖41中IGBT管的導(dǎo)通損耗，而且圖42中還有2個整流二極管的導(dǎo)通損耗。 通過對以上兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的比較分析，本次設(shè)計中采用了不隔離的變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這四種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分別是雙向Buck／Boost變換器(圖43)、雙向半橋變換器(圖44)、雙向Cuk變換器(圖45)以及雙向SEPIC變換囂(圖46)。圖43雙向Buck/Boost變換器圖44雙向半橋變換器圖45雙向Cuk變換器圖46雙向SEPIC變換器 圖43，44,45,46所示的雙向變換器，IGBT S1和S2不允許導(dǎo)通，正向工作的時候S2總是處于截止?fàn)顟B(tài)，而反向工作的時候S1總是處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)S1處于導(dǎo)通狀態(tài)時，電池組和輸出電容C2分別對電感L和負(fù)載供電。因此通過改變S1的占空比即可以調(diào)整變換器的輸出電壓Uo。變換器反向工作時，開關(guān)管S1截止，經(jīng)過一個固定的死區(qū)時間后，開關(guān)管S2開關(guān)工作，能量反向流動，實現(xiàn)對電池組充電。當(dāng)S2導(dǎo)通時，電容C1對電池組充電，能量將存儲在電感L中。 圖48a S2導(dǎo)通 圖48b S2關(guān)斷 雙向半橋變換器正向工作時，開關(guān)管S1開關(guān)工作，S2截止，此時電路即為Boost升壓變換電路仁如圖49a。從圖47a一圖49b中，可以看出雙向BuckBoost變換器和雙向半橋變換器兩者的一個共同點:他們都是通過電感實現(xiàn)能量的儲存和傳輸?shù)摹? 圖49a正向升壓變換電路 圖49b反向降壓變換電路 圖410a和圖410b繪出了雙向Cuk變換器正向電動工作時的電路圖。當(dāng)S1導(dǎo)通時，電池組向電感L1充電，電容C3經(jīng)負(fù)載和電感L2放電。 圖410a S1導(dǎo)通 圖410b S1關(guān)斷圖4lla和圖4llb繪出了Cuk變換器反向工作時的電路圖。當(dāng)S2導(dǎo)通時，負(fù)載向電感L2充電，電容C3經(jīng)電池組和電感L1放電。 圖411a S2導(dǎo)通 圖411b S2關(guān)斷 雙向SEPIC變換器正向工作時，開關(guān)管S1開關(guān)工作，S2截止，電路如圖412所示。當(dāng)S1關(guān)斷時，電池組和電感感L1共同向電容C3和負(fù)載供電，電感L2通過二極管Dl也向負(fù)載供電。當(dāng)S2導(dǎo)通時，負(fù)載向電感L2充電，同時，負(fù)載和電容C3共同向電感L1和電池組充電。雙向SEPIC變換器可以看作是正向SEPIC變換器和反向Zeta變換器的組合。因此，他們屬于電容儲能式變換器。 充電樁基本結(jié)構(gòu)己經(jīng)確定，前面對整個充電樁入網(wǎng)變流器控制方法進(jìn)行了論述，而在充電樁對電動汽車充電的過程中，不同的階段有不同工作模式，為了分析方便我們考慮充電樁工作在單位功率因數(shù)狀態(tài)，開關(guān)函數(shù)組合(Sa Sb Sc)為(1 0 0)模式下充電樁的工作模式如圖41所示。圖42雙向半橋BUCK當(dāng)S1導(dǎo)通時電路工作過程如圖42所示。在此電路中，S1，D2構(gòu)成了Buck電路，也就是S2, D1總處于關(guān)斷狀態(tài)。直流母線電壓能量由S1經(jīng)電感傳給蓄電池，進(jìn)行充電則有: ( 41 ) 設(shè)S1導(dǎo)通的占空比為D1，開關(guān)周期為T,則上式可轉(zhuǎn)換成: ( 42 )當(dāng)S1關(guān)斷時電感的能量經(jīng)D2給蓄電池充電，則電感上的電壓為: ( 43 ) 結(jié)合式(42)和(43)可得: ( 44 ) 當(dāng)充電樁工作在放電時，其工作模式如圖44所示，為了分析方便只考慮其基波分量。能量由蓄電池向網(wǎng)側(cè)流動。 圖45雙向半橋BOOST模式假設(shè)S2導(dǎo)通的時間為占空比D2，開關(guān)周期為T則有: (45) 但S2關(guān)斷時刻，有蓄電池和電感中的儲能一起經(jīng)過只向直流母線側(cè)傳送如圖46所示，則可以等到: (46) 4圖46蓄電池放電聯(lián)立式(45)和式(46)可得: （47） 這種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單、控制方便只要調(diào)整好占空比D1 , D2就可控制蓄電池的充放電，且能量雙向流動，能夠?qū)㈦姵胤烹姷哪芰课?，可行性高。雙向狀態(tài)切換技術(shù)的實現(xiàn)主要有兩種方法:一是主動切換技術(shù)即互補PWM技術(shù)，二是被動切換技術(shù)即獨立PWM技術(shù)。為了防止兩IGBT管同時導(dǎo)通，流過大電流造成管子的損壞，兩者間要留有一定大小的死區(qū)時間td，即開關(guān)管S1關(guān)斷后，經(jīng)過td秒的延時管S2才允許導(dǎo)通。 獨立控制方式下，兩管中只有一個導(dǎo)通另外一個截止。BUCK變換器運行時，開關(guān)管S1開關(guān)動作，S2的驅(qū)動信號一直處于低電平，使其被可靠的關(guān)斷，能量向蓄電池傳遞，實現(xiàn)充電功能。 該邏輯單元實現(xiàn)的功能是:分析外部發(fā)送到DSP中的指令信號，確定出變換器的工作模式，進(jìn)而通過DSP控制變換器的運行。 蓄電池充電時，根據(jù)其電壓的大小，變換器會自動選擇工作在恒流狀態(tài)還是恒壓狀態(tài)，需設(shè)計兩個獨立的控制器，分別控制這兩個狀態(tài)使其穩(wěn)定工作。DCDC變換器的干擾主要來自于輸入輸出側(cè)，即輸入電壓和輸出負(fù)載擾動。電流負(fù)反饋和電壓負(fù)反饋能抑制輸入電壓的擾動，負(fù)載擾動和其它干擾由電流反饋來消弱。非線性控制策略，它能在大信號模式下取得很好的效果，其對輸入輸出干擾抑制能力強，采用該策略后，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，但是需要求取電感兩端電壓的周期平均值。 圖47充電機控制圖如圖47所示由實際檢測的直流電流io和給定期望電流io*相比較送進(jìn)PI調(diào)節(jié)器，控制PWM調(diào)制信號，DSP根據(jù)充放電指令和io一起送入邏輯編輯器產(chǎn)生電壓UL1和UL2，共同控制鋰電池組的充放電。詳細(xì)分析了雙向DC/DC變流器的兩種工作模式:Buck電路工作模式和Boost工作模式。第五章電動汽車充電樁系統(tǒng)的總體設(shè)計與仿真圖51充電樁總體方案控制結(jié)構(gòu)圖 普通充電模式與快速充電模式是目前智能充電裝置常用的兩種電池充電方式。 普通恒流充電方式的優(yōu)化發(fā)展形成了分級恒流充電方式。分級恒流充電方式的優(yōu)點是:充電效果較好，充電時間較短，充電效率較高，有利于延長電池的使用壽命。 低壓恒壓浮充方式工作方式為充電電源一直維持穩(wěn)壓限流，在充電至終止電壓前，電池一直處于浮充狀態(tài)，從而慢慢的補足失去的能量。 梯度恒壓充電具有恒流充電和恒壓充電的優(yōu)點，梯度恒壓充電的充電電壓是根據(jù)電流衰減情況逐步改變，充電電流呈階梯狀上升。充電后期當(dāng)充電電流小于設(shè)定值時終止充電。電池在充電初中期能夠接受較大充電電流，快速充電法利用了電池這一特性。2號曲線充電的缺點是:曲線特性參數(shù)設(shè)定困難，在用戶實際操作中很少采用這種模式。本文對電池的充放電控制策略如圖53所示 圖53電池充放電控制策略 首先選擇充放電模式，然后檢測電池SOC值，判斷其是否可以進(jìn)行充放電。充電時，當(dāng)電池端電壓小于限定值時，進(jìn)行恒流充電。放電時，可選擇恒流放電或恒功率放電，當(dāng)電池SOC小于下限時，結(jié)束電池放電。 （2）恒流充電 電池所能承受的充電電流最大值是由電池容量決定的。在考慮電池充電速度和電池使用壽命兩個因數(shù)情況下，一般選擇1/3C恒流充電，其中C表示電池額定容量。 （3）恒壓充電 恒流充電完成后開始恒壓充電，恒壓充電時應(yīng)當(dāng)保持電池端電壓恒定。當(dāng)出現(xiàn)以下情況時應(yīng)停止恒壓充電:電池溫度過高、電池電壓超過最高允許值或充電電流減小到最小值。到t2時刻，充電電流減到很小，電池基本充滿，停止充電過程。電池進(jìn)入放電模式時，為保證直流母線側(cè)電壓的穩(wěn)定，以及輸出功率的穩(wěn)定，