[發(fā)明專利]基于虛擬同步電機的雙向隔離型諧振功率變換器控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010431653.0
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111525828B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任春光;賈燕冰;徐浩祥;孟祥齊;張佰富;韓肖清;秦文萍;郭東鑫;孔健生
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: H02M7/797
• 分類號: H02M7/797;H02M3/335;B60L53/63;B60L55/00
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;曹一杰

本發(fā)明為解決電動汽車充放電過程中缺乏轉(zhuǎn)動慣量，電力電子變換器電壓穩(wěn)定性低，及運行過程中無功功率大引起的效率降低等問題，提供一種基于虛擬同步電機的雙向隔離型諧振功率變換器控制方法。所述雙向功率變換器由DC/DC級和DC/AC級兩部分構(gòu)成，根據(jù)三相同步電動機模型和三相變流器在結(jié)構(gòu)上的相似性，可將DC/AC級三相變流器等效為同步電機，將整個電動汽車充電樁在其并網(wǎng)點等效為一臺同步電機，該電機可自適應(yīng)地響應(yīng)電網(wǎng)的電壓與頻率擾動，并為電網(wǎng)提供必要的慣性和阻尼。為解決傳統(tǒng)的DAB變換器較大無功電流引起功率損耗的缺陷，通過增加諧振模塊，實現(xiàn)接口變換器開關(guān)器件的零電壓導(dǎo)通和零電流關(guān)斷，提高變換器整體的運行效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大電網(wǎng)與電動汽車動力電池交互的雙向控制領(lǐng)域，具體是一種基于虛擬同步電機的雙向隔離型諧振功率變換器控制方法，適用于實現(xiàn)電動汽車與電網(wǎng)間的友好高效交互和能量的雙向流動。

背景技術(shù)

化石能源的短缺和人們對空氣污染的擔(dān)憂加速了車輛的電氣化。大量的電動汽車與電網(wǎng)互連，將有助于穩(wěn)定間歇性可再生能源對電網(wǎng)的沖擊，同時也成為有效的應(yīng)急電源替代解決方案之一，得到了全世界的普遍認可和歡迎。電動汽車充放/電器的性能是保證電動汽車充放電效率、速度、以及與電網(wǎng)友好交互的關(guān)鍵性一環(huán)。

可調(diào)節(jié)雙向功率流的雙向接口變換器是電動汽車充電器的重要組成。對于雙向接口變換器，一方面，要求電動汽車充/放電設(shè)備與配電網(wǎng)具有良好的交互特性，當配電網(wǎng)發(fā)生暫態(tài)故障時具有較高的穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)精度。有學(xué)者提出利用交直流兩側(cè)頻率和電壓控制功率流向的雙向下垂控制方法，使交、直流兩側(cè)均衡地承擔(dān)負荷但當電動汽車的滲透率逐漸增大，下垂控制可能會對電動汽車電池和電網(wǎng)穩(wěn)定性都造成沖擊。為了增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，近年來提出了變換器的虛擬同步電機控制理論和方法，將三相變流器進行等效為虛擬同步電機。有學(xué)者研究了具有虛擬慣性的虛擬同步發(fā)電機實施方案以及作為逆變電源的控制策略，但該方案中接口變換器只能應(yīng)用于單一的功率流向，只能應(yīng)用于特定場合的電力電子變換器。

另一方面，要求電動汽車充電設(shè)備的充放電過程盡量迅速和高效，以此提高電動汽車動力電池的使用壽命和運行安全，同時減少充放電過程的能量損耗。為了提高雙向接口變換器效率，其應(yīng)滿足多種要求，例如寬輸出電壓調(diào)節(jié)、低電應(yīng)力、無緩沖電路、低循環(huán)電流和良好的開關(guān)條件，以及降壓/升壓操作。采用隔離/雙向PWM變換器結(jié)構(gòu)，滿足降壓/升壓操作，實現(xiàn)功率雙向流動，但電流饋電側(cè)的高頻逆變器將會受到變換器漏感引起的強電壓應(yīng)力，是雙向隔離型變換器提高效率的主要障礙。因此針對高壓大功率運行的雙向變換器，采用適用各種電壓及高功率的DAB(dual-active-bridge)結(jié)構(gòu)，可以顯著的提高接口變換器的傳輸功率，然而，傳統(tǒng)的DAB變換器具有大的無功電流，這會在其開關(guān)元件上產(chǎn)生電應(yīng)力并增加功率損耗，使接口變換器的整體效率降低。因此，在電動汽車充放電中現(xiàn)有的變換器的相關(guān)控制技術(shù)仍有諸多缺陷，雙向功率變換器需要一種既能提高運行效率又能與電網(wǎng)友好交互的新型控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決電動汽車充放電過程中缺乏轉(zhuǎn)動慣量，電力電子變換器電壓穩(wěn)定性低，以及運行過程中無功功率大引起的效率降低等問題，提供了一種基于虛擬同步電機的雙向隔離型諧振功率變換器控制方法。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：基于虛擬同步電機的雙向隔離型諧振功率變換器控制方法，電網(wǎng)交流母線經(jīng)過線路阻抗Z_ac、濾波電阻R_ac和LC濾波器連接到交流接口變換器的交流側(cè)；交流接口變換器的直流側(cè)經(jīng)過直流電容C_dc連接DC/DC變換器；DC/DC變換器再經(jīng)過穩(wěn)壓電容C_f與濾波電感L_f，最終連接到動力電池；所述控制方法根據(jù)三相同步電動機模型和交流接口變換器在結(jié)構(gòu)上的相似性，將交流接口變換器虛擬為同步電機，控制方法包括有功功率控制、虛擬勵磁控制和電壓電流雙閉環(huán)控制三部分，各部分控制方法如下：

(1)有功功率控制：設(shè)定虛擬同步電機的極對數(shù)為1，其轉(zhuǎn)矩方程可以表示為：