有轨电车超级电容的充电方式转换技术研究

针对现代有轨电车的充电需求和超级电容的充电特性,采用先恒流限压输出再恒压输出的充电方式,根据该充电方式提出在有轨电车充电装置的AC/DC侧采用PWM整流技术,在充电装置DC/DC侧采用赋积分初值的控制策略,详细分析其实现方案,说明实现原理,给出仿真结果并实验验证。实验结果表明,文中提出的控制策略极大地减弱了充电装置对电网的影响,在充电方式恒流充电转恒压充电瞬间,输出电压、输出电流的尖峰值较小,无明显波动,在推动现代有轨电车在各大城市的推广具有很好的应用价值。     

电动汽车用高频开关整流模块控制系统设计

PWM整流桥与DC/DC变换器两级式级联充电模块由于可靠性高、便于模块化集成等优势在数据中心供电系统与电动汽车充电站等方面获得广泛应用。为消除前级三相PWM整流器采用传统控制策略网侧电流畸变问题,提出并采用了引入电压前馈与QPR的加权控制策略,DC/DC变换器采用基于移相控制的恒压、恒流2种供电模式,给出了详细的理论分析与控制环路参数设计原则。为验证策略的可靠性,搭建了1台功率为15 k W的开关整流模块样机。实验结果表明,设计采用的控制策略网侧电流谐波含量小,后级变换器实现了零电压开关且变压器原边输出电流波形质量良好。     

基于超级电容的宽输入范围DC/DC变换器设计

针对输入电压波动导致大功率超级电容充电装置输出范围窄、控制精度不高的问题,研究了一种基于超级电容的宽输入范围DC/DC变换器。该变换器采用Buck-移相全桥变换器的两级变换,同时具备宽电压调节范围和负载移相全桥变换器软开关的特点。通过分析超级电容的等效电路模型,对直流母线电压控制提出了基于功率环的电压电流双环控制方法,可以快速跟随输入电压变化,保持母线电流平稳,并在Matlab/Simulink平台上搭建仿真模型进行分析。最后,通过在白俄罗斯明斯克公交系统300 kW充电桩上的应用,验证了该设计的可行性。     

基于可逆PWM整流器的蓄电池充放电装置

阐述了基于可逆PWM整流器的蓄电池充放电装置的系统设计,将系统分为可逆PWM整流和DC/DC充放电两个子系统。详细叙述了可逆PWM整流子系统的控制策略和硬件构成,将基于SVPWM的矢量控制技术应用于蓄电池充放电装置,建立电压闭环控制策略,算法简单,易于实现;给出了DC/DC充放电子系统的设计方案。实验结果表明,该装置可实现网侧电流正弦化及单位功率因数,性能优良,节能效果明显。     

LC串联式脉宽调制整流器及其电流迭代控制方法

针对非线性负载引起的无功功率和谐波电流问题,研究了一种电感—电容(LC)串联式脉宽调制(PWM)整流器及其电流迭代学习控制方法,使三相PWM整流系统不仅能够整流输出能量供给负载,而且能补偿非线性负载产生的无功功率和谐波电流,实现PWM整流功能和功率补偿功能的有效集成。该整流器采用一种LC串联滤波,使电容承担大部分电网基波电压,整流器可直接连接电网,降低装置成本。为克服LC串联式滤波器的电容惯性阻尼作用,采用一种迭代学习算法的电流无差拍控制,并结合输出电流前馈控制和反馈控制的特性,有效提高控制系统的响应速度和控制精度,并推导了算法收敛的条件。仿真和实验结果证明了所提结构和控制方法的正确性和有效性。     

基于MMC双向DC-DC变换器的超级电容储能系统控制策略分析与设计

研究一种基于多模块多电平双向DC-DC变换器的超级电容储能系统,该系统可有助于减小超级电容单体电压低与应用场合电压高间的矛盾。超级电容组间的均压控制是该系统稳定运行的关键之一。对超级电容组的均压控制和储能系统能量管理策略进行分析和设计。利用双向变换器的小信号模型分析超级电容储能系统电流控制与超级电容组间均压控制的关系,设计多模块多电平双向DC-DC变换器的双闭环控制策略,在稳定控制网侧电感电流的同时实现超级电容组间电压均衡的解耦控制。进一步,根据母线电压变化及超级电容荷电水平(state of charge,SOC)提出储能系统能量控制策略。系统仿真和实验验证了所提出的基于MMC双向变换器的超级电容储能系统控制策略的有效性。     

基于模糊逻辑的电动汽车双源混合储能系统能量管理策略

针对电动汽车行驶过程中电池放电电流过大导致的电池容量衰减问题,构建了由锂离子动力电池、超级电容和多端口DC/DC变换器构成的全主动式混合储能系统,其中电流环控制器和电压环控制器分别控制输出电流和直流母线电压。结合超级电容SOC、整车需求功率和车速情况,根据建立的45条模糊控制规则,模糊逻辑控制器调节锂离子动力电池和超级电容的充放电功率,在车辆峰值功率需求较高时避免了高频电流波动对动力电池寿命的影响。同时在功率需求较低时,动力电池给超级电容充电。在HWFET工况下的实验结果表明所提出的全主动式双能量源混合储能系统和基于模糊逻辑的能量管理策略能够有效保护锂离子动力电池免受大电流波动影响,从而达到延长电池寿命的作用。     

基于级联多电平直流变换器的超级电容储能系统能量自均衡控制策略

储能系统中能量均衡控制是亟需解决的关键问题之一。针对级联多电平超级电容储能系统,提出一种能量自均衡控制策略。该策略利用超级电容荷电状态(SOC)建立半桥子模组独立电流闭环系统,使各子模组平均工作电流可根据超级电容SOC进行独立控制。因此,在不影响系统电流响应的前提下,该策略可直接利用系统电流进行模组间能量均衡。同时,为了解决能量均衡过程中均衡速度降低的问题,设计一种基于SOC的权重系数以提升均衡速度。该策略不仅不影响储能系统稳定母线电压的能力,同时还避免外加均衡电路的使用,简化了储能系统的整体控制策略。最后,通过实验验证了所提方法的有效性。     

光储式电动汽车充电站微网运行及V2G实现研究

研究光储式电动汽车充电站微网运行模式,对电网的经济稳定运行和低碳的实现具有重要的意义。提出了一种光储式电动汽车充电站微网结构,详细介绍了其结构及功能实现。其中,双向DC/DC采用限幅电流闭环控制;双向AC/DC借鉴微网控制策略,当处于并网整流及PQ逆变控制模式下采用电压外环、电感电流内环控制,当处于离网V/f及Droop逆变控制模式下采用电压外环、电容电流内环控制。文中还搭建了相应的Simulink仿真平台,仿真结果表明,系统在并网模式下能够快速稳定地实现V2G技术,且孤岛模式下亦能稳定运行和可靠供电。对于新型电动汽车充电站的设计和工程实现具有切实的参考价值。     

基于同步整流BUCK开关电源模块并联供电系统浅析

本系统基于PWM脉宽调制原理,以宏晶科技生产的STC12C5410AD单片机为控制核心,用同步整流Buck降压电路为DC/DC开关电源模块,实现了输出稳压、均流等功能。单片机采样输出电流电压值,并控制输出PWM占空比调整同步整流Buck变换器输出电流电压值。系统采用PID快速调节输出电流电压,有输出电压稳定、自动调整输出电流比例、短路保护及自动恢复功能。系统可实时显示测量数据,支持键盘输入,控制方便。     

串联谐振式电池充电装置研究

针对脉冲电源中电池组充电问题,提出一种基于串联谐振原理的通用型宽幅电压充电装置。根据串联谐振电路输出电流与开关频率线性相关而与负载无关的特性,表明其具有对不同电压等级电池组进行恒流充电的功能,且可通过调节脉宽调制(PWM)脉冲频率改变输出电流大小。分析输出侧滤波电容和滤波电感对输出电流暂态过程的影响,选择合理的滤波参数,既可以减小稳态电流纹波,又能有效改善输出电流的超调。针对500V和1 000 V电池组负载,建立Matlab仿真模型并进行相应的实验验证,仿真和实验表明充电装置可对不同电压等级的电池组实现不同倍率的恒流充电。     

电网模拟装置的研究

研制了一种电网模拟装置用来模拟电网的各种故障工况,进而实现变流器电网适应性的测试。该装置采用背靠背方式的四象限变流器组成。整流侧变流器采用直流电压外环、有功电流内环的经典双环控制,实现了对直流电压及功率因数的控制。逆变侧变流器采用基于比例谐振(PR)控制器的双环控制,能够实现任意可调的电压幅值和频率,并可模拟电压三相不平衡跌落。分析推导了电压三相不平衡跌落的算法,同时为了保证在各种负载条件下电网模拟装置输出的电能质量,利用电容并联虚拟阻抗控制策略实现了输出滤波器的谐振抑制。通过实验验证了所提出算法和控制策略的有效性和正确性。     

基于超级电容有轨电车的充电装置控制研究

超级电容快速储能技术在短时大功率应用中有较好的技术经济性,非常适用于新型有轨电车储能。针对有轨电车充电装置整流器采用传统多脉波整流技术导致的整流器输入侧交流电压畸变、交流电流谐波含量高,直流母线电压纹波大,功率因数不可控等问题,提出采用脉宽调制(PWM)整流方式。该整流方式具有功率因数高,谐波含量低等优点,采用电压-电流双闭环与电压前馈相结合的控制策略,来抑制直流母线电压在超级电容接入瞬间引起的波动。通过设计LCL滤波来吸收整流器交流侧的电流谐波,并推导了LCL滤波器的计算公式。系统仿真和实验证实了该控制的有效性。     

基于模糊规则的地面式储能系统自适应PID控制

城市轨道交通地面式储能系统采用电压环串电流环的结构,根据直流网电压来控制其充放电。此处对地面式超级电容储能系统DC/DC变换器电压外环控制动态响应速度和稳定性进行了优化研究,利用传递函数分析了牵引网电压、超级电容电压和电感电流变化对电压环电流环性能的影响,结果表明超级电容电压、牵引网电压共同影响充电电压环动态响应速度;其次考虑电压环引入滞环判断,分析由于滞环带来的非线性特性对充电电压环稳定性的影响,结果表明滞环在一定条件下会对充电电压环的稳定性造成影响;在所分析的问题基础上,提出了充电电压环模糊自适应比例积分微分(PID)控制策略,改善了充电电压环动态响应速度和稳定性。     

综合能源充电站有序充电策略的研究与设计

随电动汽车的发展,充电用户越来也多,同时也出现了一系列问题,尤其是无序充电带来的充电成本高、充电排队时间长和电网负荷安全影响等问题,制约着电动汽车和充电设施的发展,为解决此类问题,文章研究和设计有序充电策略。通过研究电动汽车充电过程数据,分析充电电压、电流、soc和充电时间的关系曲线,在不同的电价时段和车多桩少情形下制定了合理的中止充电soc值;为了提高充电站运营效益,针对充电站服务车辆对象的不同,设计了不同充电桩限功率有序充电策略。充电站有序充电策略的实现能够提高运行收益、减低成本,让用户充电时间更合理,提高了充电体验性,使充电站与电网互动,对电网削峰填谷,减小负荷波动率,提高了电网的安全性。     

增量式数字PI环在双向DC/DC变换器中的应用

基于对数字控制PWM变换器量化误差的分析,提出了一种易于实现的数字控制算法——增量式数字PI控制算法,它可用于数字控制高频DC/DC变换器中并可对输出电压进行稳态调节,通过对该算法的优化还可以抑制输出电压稳态振荡。该控制方案在双向DC/DC的实验装置中得到的了验证,实现了放电过程中电压环的增量式数字PI调节和充电过程中电流环的增量式数字PI调节。     

基于隔离双向DC/DC变换器的电梯节能系统建模与仿真

为了解决超级电容存储型电梯节能装置成本高的问题,将隔离双向DC/DC变换器用于电梯节能装置,通过小信号分析法对隔离双向DC/DC变换器进行分析建模,引入了电梯变频器直流母线电压外环、超级电容充放电电流内环的双环PI控制策略,克服了从直流母线电压到超级电容电压大变比变换难以实现的技术难点,在完成电梯回馈能量的存储与再利用的同时,有效降低了电梯节能装置的成本。并利用超级电容放电电流大的优势,在电梯启动时超级电容节能装置提供大电流补偿,减少了对电网的冲击。通过Simulink仿真分析,验证了方法的有效性和可行性。     

电网不平衡条件下PWM整流器的并联控制方法

针对电网不平衡的情况下三相电压型PWM整流器易产生交流电流和直流电压谐波的问题,提出采用两组PWM整流器并联形式的解决方案. 一组作为主整流器,用以产生正序电流,另一组作为辅助整流器,用以产生负序电流,同时保证主、辅整流器输出到直流侧的瞬时功率之和不含交流分量.推导正、负序电流与电网正、负序电压及直流功率的关系,并设计出控制系统.建立基于Matlab的三相电压型PWM整流器的仿真平台对三相电压型PWM整流器在电网电压不平衡时不同负载工况的条件下进行充分仿真研究.仿真结果表明,本文所提出的方法能够将三相电压型PWM整流器的谐波抑制到电网平衡条件下的水平.     

三相高功率PWM整流变换器的设计与开发

电力电子负载非线性特性容易造成电网网侧电流畸变,会引发谐波污染.针对传统大功率整流变换器转化效率低、非线性负载能力不强、电流谐波高、功率因素低等一系列问题.提出一种新型脉宽调制(PWM)整流变换器控制方案,并对三相PWM整流变换器半桥主电路拓扑结构进行建模分析,建立旋转d,q坐标系数学模型,采用空间矢量PWM(SVPWM)方案使PWM整流变换器运行在高功率状态.在建模的基础上借助于Matlab软件进行仿真,仿真结果与理论分析一致.最后搭建了一套6 kW的高功率因数PWM整流器装置并进行测试,结果表明:三相高功率PWM整流变换器输出电压可以实时同步跟踪电网相电压及相电流,系统输出相电压相电流可实现与电网电压、电流同频同相并网;整流变换器在不同输出负载情况下功率因数接近于1,效率接近98％,输出电压对整个电网无谐波污染,可抑制非线性负载造成电网网侧电流发生畸变,具有工程参考价值.     

基于PWM技术的磷酸铁锂电池充电装置的研究

针对电动汽车的充电需求,设计完成了一款基于PWM技术的磷酸铁锂动力电池组充电装置。在分析传统磷酸铁锂电池组不足的基础上,理论推导了三相电流型PWM整流器的SPWM间接电流控制算法,选用三相电流型PWM整流器拓扑作为主电路,完成了三相充电装置主电路的硬件设计,搭建了实验平台,完成了开环和闭环实验,实现了功率因数校正。当网侧电压为380 V时,在指令电流为10、30、50和80 A时分别对磷酸铁锂电池组进行充电实验,输出电流恒定且纹波小,充电过程中网侧电流与电压同相位,有效地实现了单位功率因数。