計及電池與電網(wǎng)影響的電動汽車充換電控制.pdf

1、電動汽車采用電能替代石油，具有“零排放”和低噪聲等優(yōu)點，是緩解能源危機與環(huán)境污染的有效手段之一，得到了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注與研究。在大力發(fā)展電動汽車產(chǎn)業(yè)時，必然會涉及電動汽車與電池儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)并與電網(wǎng)產(chǎn)生交互影響的關(guān)鍵研究問題。國內(nèi)外學(xué)術(shù)界從基本能量變換接口入手，采用經(jīng)典線性控制理論取得了一定的理論研究成果，然而目前的研究工作尚未完整揭示電動汽車和配電網(wǎng)絡(luò)與能量變換接口之間的相互影響，未見有效綜合電動汽車電池、能量變換接口

2、和配電網(wǎng)絡(luò)三者特性的系統(tǒng)分析設(shè)計方法。鑒于此，本文通過分析配電網(wǎng)絡(luò)、動力電池以及能量變換接口的特性，基于計算機數(shù)值仿真技術(shù)，采用現(xiàn)代控制理論中的非線性與數(shù)字化控制方法，從參數(shù)優(yōu)化與控制器設(shè)計兩方面，對電動汽車充換電系統(tǒng)中能量變換接口的復(fù)合控制技術(shù)進行了深入的研究，主要包括以下內(nèi)容：
　　在電動汽車快充系統(tǒng)中，采用大功率整流電路構(gòu)建直流母線，為電動汽車充電機提供電源。然而由于電池特性的影響，配電網(wǎng)絡(luò)中電壓輕微的不平衡將對整流電路特性

3、產(chǎn)生重大影響。本文建立了電壓不平衡條件下整流電路精確的時域模型，揭示了不平衡電壓與整流電路之間的相互影響機理，描述了在電網(wǎng)允許的不平衡度條件下（電壓不平衡度小于2％），輸入電流不平衡度、輸入電流3次諧波分量、輸出電壓大小與波動范圍隨負載變化的關(guān)系曲線，進而提出了考慮電壓輕微不平衡影響的整流電路參數(shù)設(shè)計方法。采用該參數(shù)設(shè)計方法后，在相同電網(wǎng)環(huán)境下，整流電路輸入電流不平衡度由12.64%降為6.15%，3次諧波含量由1.83A降為0.59A

4、。
　　在電動汽車充電機參數(shù)設(shè)計方面，動力電池特性會隨著電池容量的變化而變化，從而對充電機運行特性產(chǎn)生較大影響。本文詳細分析了 LLC諧振變換充電器的工作模態(tài)，建立了 LLC諧振變換充電器精確的數(shù)學(xué)模型與損耗模型，提出了加權(quán)平均效率(TWAE)的指標(biāo)定義。該定義考慮了充電機不同運行狀態(tài)對充電容量的貢獻大小，表征了充電機在整個充電周期中的綜合效率特性。進而本文提出了以TWAE最優(yōu)為目標(biāo)，采用變步長搜索算法的 LLC諧振變換充電器的參

5、數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法。設(shè)計的交流輸入的3kW LLC諧振變換充電機最高效率可達95.4%，TWAE可達95.07%。
　　在電動汽車充電機控制設(shè)計方面，由于 LLC諧振變換充電器固有的非線性特性影響，經(jīng)典的線性控制理論難以分析其穩(wěn)定性。本文基于描述函數(shù)法并考慮數(shù)字控制延時的影響，建立了 LLC諧振變換充電器在頻域下的數(shù)學(xué)模型。然后，采用李雅普洛夫線性化方法分析電路的小信號穩(wěn)定性；基于混合勢函數(shù)理論構(gòu)建李雅普洛夫能量函數(shù)，采用李雅普洛夫直

6、接法，分析電路的大信號穩(wěn)定性，從而獲得了 LLC諧振變換充電器在小信號與大信號擾動下的穩(wěn)定判據(jù)。進而提出了一種帶電流極性檢測環(huán)節(jié)的LLC諧振變換充電器非線性控制策略，保證了LLC諧振變換充電器在不同運行工況下的穩(wěn)定性。
　　在電動汽車電池儲能系統(tǒng)中，由于開關(guān)頻率較低，控制器的離散化過程將對儲能系統(tǒng)性能產(chǎn)生較大影響。本文建立了電池儲能逆變系統(tǒng)的離散模型，采用基于預(yù)測反饋的數(shù)字控制策略消除數(shù)字控制延時的影響，并深入分析了預(yù)測控制誤差的