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基于V2G技术的双向AC-DC变换器及其关键技术研究

作　者: 贾紫蕊
导　师: 张军明
学　校: 浙江大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 电动汽车V2G技术双向变换器功率解耦无吸收软开关
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着智能电网和电动汽车技术的发展,电动汽车V2G技术成为研究热点。所谓V2G技术,其核心思想是利用大量电动汽车充放电补偿由于可再生能源系统接入电网而带来的波动。电力电子装置是V2G技术中的核心和指令执行装置。其必须能够实现功率的双向流动,执行智能电网指令进行快速调节,控制输入输出电能质量。对于车载充放电器,还应具有高功率密度、长寿命等特点。因此,车载用双向变换器设计技术难度大,具有重要研究价值。论文绪论部分简要介绍了V2G系统的概念及其对电网的影响,对V2G技术在国内外的实践和面临的问题进行了综述。重点阐述了V2G技术中电力电子装置的位置、作用和拓扑结构,给出了一种两级式拓扑结构。然后,对国内外双向变换器的研究热点和发展趋势进行了分析,阐述了本课题的研究内容和主要工作。论文第二章内容集中在两级式变换器中双向AC-DC级参数设计、电路设计和损耗分析上。首先分析了电路的基本工作原理与运行模式,对电路的基本参数进行了计算与选定。效率优化方面,计算了充电模式与放电模式的功率损耗,分析主要功耗的组成,使用SiC二极管提升了系统整体效率。最后,对数字控制器资源分配和流程进行了设计。论文第三章重点研究了双向AC-DC变换器的控制策略。对比分析了几种可能实现PFC和并网逆变的控制策略,仿真比较了其优劣势。最终选择了基于占空比预测的数字PFC控制策略和准比例谐振控制器。在此基础上,设计控制环补偿器,对系统的动态、稳态性能进行仿真和实验验证。此外,本章还对软件锁相环和独立运行逆变器进行了阐述和设计。论文第四章研究了应用在电动汽车V2G技术中的功率解耦技术。对电流能大幅度变动的电池负载和普通负载分别给出了解耦控制策略。在此基础上提出改进型相位补偿和幅度补偿控制。分析了解耦的工作工程,设计和仿真验证了理论的正确性。第五章是本文整体系统的一种优化技术。提出了无吸收电路的软开关技术,该技术在不增加其他元件的基础上,利用副边调制,实现软开关。文章给出了仿真结果,证明了该技术的有效性。最后基于本文工作,对基于电动汽车V2G技术的双向变换器系统设计做出了总结和展望。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第1章绪论  9-24
  1.1 V2G技术与智能电网  9-12
    1.1.1 V2G概念及其对电网影响  9-11
    1.1.2 V2G技术在国内外的实践及面临的问题  11-12
  1.2 电力电子在V2G技术中的应用  12-22
    1.2.1 V2G供电系统  12-14
    1.2.2 V2G双向变换器拓扑结构  14-21
    1.2.3 电动汽车双向变换器的研究热点和发展趋势  21-22
  1.3 本文主要研究内容和完成工作  22-24
第2章双向AC-DC变换器电路分析与设计  24-43
  2.1 V2G充放电接口系统简介  24-26
  2.2 双向AC-DC变换器参数设计与器件选取  26-34
    2.2.1 变换器电感设计  27-28
    2.2.2 母线电容设计  28-29
    2.2.3 并网滤波器设计  29-31
    2.2.4 功率器件选择  31-32
    2.2.5 辅助性电路设计  32-34
  2.3 双向AC-DC变换器损耗分析与效率优化  34-39
    2.3.1 充电方向损耗分析  34-36
    2.3.2 放电方向损耗分析  36-39
  2.4 数字控制器设计  39-42
    2.4.1 数字控制器资源配置  39-40
    2.4.2 软件控制流程  40-41
    2.4.3 仿真平台控制器  41-42
  本章小结  42-43
第3章双向AC-DC变换器控制策略设计与实验结果  43-60
  3.1 充电方向控制策略  43-49
    3.1.1 基于平均电流的改进型无桥PFC控制  43-46
    3.1.2 基于占空比预测的改进型无桥PFC控制  46-49
  3.2 独立模式逆变器控制策略  49-52
    3.2.1 单相软件锁相环设计  49-51
    3.2.2 独立运行逆变器控制设计  51-52
  3.3 并网逆变器控制策略  52-55
    3.3.1 电流瞬时值控制  52-54
    3.3.2 准PR控制  54-55
  3.4 实验结果与分析  55-58
  本章小结  58-60
第4章应用于V2G双向变换器的功率解耦技术  60-79
  4.1 双向变换器功率解耦技术概述  60-66
    4.1.1 双向变换器功率解耦拓扑  60-62
    4.1.2 双向变换器功率解耦原理  62-66
  4.2 基于电池正弦充放电的功率解耦技术  66-75
    4.2.1 电池正弦充放电解耦原理和控制策略  66-67
    4.2.2 相位补偿策略  67-73
    4.2.3 幅值补偿策略  73-75
  4.3 利用无桥PFC不工作桥臂的功率解耦技术  75-78
  本章小结  78-79
第5章无吸收软开关技术在V2G双向变换器中的应用  79-86
  5.1 双向DC-DC电路反向工作时稳定性分析  79-80
  5.2 基于副边调制的无吸收软开关电路分析  80-83
  5.3 基于副边调制的无吸收软开关控制策略和仿真结果  83-85
  本章小结  85-86
第6章总结与展望  86-87
参考文献  87-92
攻读硕士期间所取得的成果  92-93
致谢  93

基于V2G技术的双向AC-DC变换器及其关键技术研究

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