基于复系数pi控制器的电动汽车直流充电桩v

基于复系数pi控制器的电动汽车直流充电桩v

1电动汽车流直机电路充放电技术随着电动汽车的普及，充电技术从简单的电网吸收能量发展到与电网的能量互动，并诞生了v2g（vtileto-gra）技术。直流充电桩是一种典型的充电技术设施,由于其功率较高、充电速度较快,是实现V2G技术的主要充电设施,其主电路结构通常采用三相全桥AC/DC拓扑针对上述问题，本文提出了一种基于复系数PI控制器的电动汽车直流充电桩V2G充放电技术，研究了充电桩充电和放电功能切换的具体实现方法，通过建立三相全桥拓扑及其闭环控制系统的复数域模型，探讨有功和无功分量的耦合机理，在此基础上推导出能够实现功率解耦的复系数PI控制器的传递函数，从而提高系统的动态性能，最后搭建仿真和实验平台，验证所提出方法的优越性。2.1ac/dc变流器直流充电桩输入为三相四线制交流电压,输出为直流电压,其电能转换装置为三相AC/DC变流器,主电路结构通常采用三相桥式拓扑,如图1所示,AC/DC变流器的功能是将交流电转化为直流电,同时实现功率因数校正,减小交流侧电流谐波对电网的影响,通过控制三相桥臂功率管的导通与关断实现交流侧的功率因数校正和直流侧的稳压。图中对于三相交流系统,通常将其变换为两相直流系统进行解耦控制其中,同理,将(2)中的电压信号换为电流信号时,即可得到有功电流2.2系统框图设计定义电流信号复矢量=由此可以得到坐标变换控制方法的系统框图,如图2所示。其中,现有技术已对变流器模型的建立进行了推导根据坐标变换原理,=其中,,(5)其中,,(6)其中,33.1pi控制器在不对称点分析的同时消除了该点从公式(3)对于复矢量的定义可以看出,有功分量对应复矢量的实部,无功分量对应虚部,若系统闭环传递函数的虚部和实部对称,意味着有功和无功的解耦,因此对于复数域模型下的电流环,其理想的闭环传递函数应为虚部和实部对称的1阶系统。在上文的分析中,交流侧滤波器和等效电阻引入了不对称极点,因此PI控制器在设计时应考虑消除该极点。根据图2,电流环闭环传递函数可以表示为,(7)由于理想的闭环传递函数应为虚部和实部对称的1阶系统,由此可得PI控制器传递函数为,(8)其中,.(9)无论复系数还是实系数PI控制器,其具有统一的传函形式,即.(10)联立(9)(10),即可推导出PI控制器的复系数表达式为值得一提的是,本文所设计的复系数PI控制器带入的是单L滤波器模型,当采用其他类型的网侧交流滤波器时,应将相应的模型代入(8),所得到的复系数表达式则与滤波器模型有关,但参数的计算过程对不同类型的滤波器均适用。3.2不同类型ac/dc变流器拓扑损耗分析变流器的开关功率管选用IGBT,故功率开关管的数学模型表达式为,(12)其中,,(13)其中,,(14)其中,充电设施额定功率一定时,其充电效率受到其实际功率的影响,表1给出了18kW满载下不同类型AC/DC变流器拓扑损耗分析。4仿真结果和分析在理论分析的基础上,搭建基于MATLAB/simulink的仿真模型,其中,功率管的开关频率为5kHz,交流侧滤波电感为5mH,相关参数如表2所示。图3给出了充电桩充电和放电模式下网侧电压电流波形,电流的相位能够发生180°变化,说明了系统能够实现能量的双向流动。在此基础上搭建实验平台,相关参数与仿真相同,表3给出了变流器的效率和THD测试结果。其中THD为电流总谐波畸变率,根据我国标准,满载时电流总谐波畸变率应小于5%。可以看出,变流器能够实现较高的效率,与理论分析结果相一致,且满载下的电流THD满足并网要求。图4给出了有功电流发生突变时的实验结果,波形由上至下依次为有功电流和无功电流值,1V代表5A,即示波器读数中每1V电压代表5A电流,如示波器采样通道1显示500mV/格,其实际代表了2.5A/格,示波器采样通道2显示1V/格,其实际代表了5A/格,有功电流由0突增至15A,稳态时,无功电流始终为0。图4(a)所示为采用传统实系数PI控制器时有功和无功电流的变化情况,当有功电流发生突变时,无功电流也会因耦合作用发生变化,系统动态性能较差。图4(b)所示为采用所设计的复系数PI控制器时有功和无功电流的变化情况,当有功电流发生突变时,无功电流基本不变,证明系统有功分量和无功分量实现了解耦,系统动态性能得到了提升。5i控制器优势本文针对电动汽车直流充电桩可实现能量双向流动的三相桥式主功率拓扑,建立其复数域模型,并推导了基于单L型滤波器的复系数PI控制器的系数计算公式,最后通过仿真和实验验证了理论分析结果,具体优势如下:(1)采用坐标变换控制策略,将三相交流信号转化为两相直流信号进行控制,控制精度高,响应速