[發明專利]一種電動汽車充電的多端口能量變換裝置及其控制方法

在審

• 申請號: 202110261648.4
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113199949A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 王睿;李希博;孫秋野;馬大中;胡旌偉;王鵬程;李正;李程晨;朱方麟;司曉峰;文良武
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B60L53/20
• 分類號: B60L53/20;B60L53/51;B60L53/62
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

1.一種電動汽車充電的多端口能量變換裝置，其特征在于，包括三相電壓型PWM整流單元、雙有源橋DC/DC變換單元、電動汽車互充接口、光伏輸入單元、Boost升壓變換單元、蓄電池單元，單相全橋逆變單元，Buck降壓變換單元、高壓直流端口1和高壓直流端口2；

所述三相電壓型PWM整流單元的輸入端與電網相連接，三相電壓型PWM整流單元的輸出端與高壓直流端口1連接，高壓直流端口1同時連接所述電動汽車互充接口與雙有源橋DC/DC變換單元的輸入端，所述高壓直流端口2與雙有源DC/DC變換單元的輸出端相連接；所述光伏輸入單元的輸出端與Boost升壓變換單元的輸入端相連接，Boost升壓單元的輸出端與高壓直流端口2相連接；蓄電池單元的輸入端、單相全橋逆變單元的輸入端和Buck降壓變換單元的輸入端連接高壓直流端口2，單相全橋逆變單元輸出端連接單相交流負載或儲能設備，Buck降壓單元的輸出端連接低壓直流負載或儲能設備。

2.根據權利要求1所述的一種電動汽車充電的多端口能量變換裝置，其特征在于，所述的電動汽車互充接口、雙有源橋DC/DC變換單元和單相全橋逆變單元均包括三種能量流動工作模式：能量從輸入端流向輸出端為正向傳輸，能量從輸出端流向輸入端為反向傳輸，無能量流動則為不傳輸。

3.一種電動汽車充電的多端口能量變換裝置控制方法，通過權利要求1所述一種電動汽車充電的多端口能量變換裝置實現，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：雙有源DC/DC變換器采用模型預測控制，同時考慮到外界因素的影響，引入誤差校正參數ε對偏差進行補償，具體步驟如下：

步驟1.1：對雙有源DC/DC變換器輸出電壓建模得DAB的簡化降階模型為：

其中，R_L為負載電阻值，C₁為輸出電容值，L為變壓器漏感值，n為變壓器變比，D為占空比，f_s為開關頻率；

步驟1.2：采用歐拉前向法對輸出電壓微分項進行離散化處理，得：

其中，T_s為開關周期；

步驟1.3：將步驟1.1中公式帶入1.2中的公式進行整理得：

其中，V_i(t_k)、V_o(t_k)和i_o(t_k)分別為t_k時刻輸入電壓、輸出電壓與輸出電流采樣值；

步驟1.4：建立評價函數J(k)＝(V_o(t_k+1)-V_oref)²，經過求導得占空比其中V_oref為輸出電壓參考值；

步驟1.5：引入誤差校正參數ε后的預測優化相移比表達式為D_in＝εD；

步驟1.6：得到模型預測控制下DAB變換器的輸出功率為實際占空比為

步驟2：采用基于模型預測的多目標優化控制實現電動汽車互充技術，具體步驟如下：

步驟2.1：設新能源輸出功率調節函數為：

其中：ω_pv為光伏的溫度轉換功率系數，T為當前時刻溫度，T_ref為額定參考溫度，s_pv為當前時刻光照強度，為新能源輸出功率額定值；

步驟2.2：設新能源輸入電動汽車微網功率預測函數為：

其中：P_pv-in為光伏能源輸入電動汽車功率，為光伏功率預測誤差值，η_pv和λ_pv分別為由數據統計得到的光伏功率預測誤差的均值和方差；

步驟2.3：設定電動汽車微網系統功率調節函數為：

其中τ為蓄電池的電量狀態，P₁為電網端口輸入功率，P₂為另一臺電動汽車輸入功率，P₃為單相交流端口輸出功率，P₄為低壓直流接口輸出功率，P_BN為蓄電池額定輸入功率；

步驟2.4：設定電動汽車微網系統的多目標優化控制函數為

其中P_s＝P₁+P₂+P₃+P₄+P_pv-in，

電池充電轉換效率為

單相交流設備轉換效率

低壓直流負載轉換效率

其中多目標限制條件為

α、β、γ為權重因子，η_B、η₃、η₄分別為電池充電轉換效率，單相交流設備轉換效率，低壓直流負載轉換效率，滿足約束條件且多目標優化函數F(t)達到最小值時為最優控制；

步驟2.5：對η_B、η₃、η₄進行單獨求解，獲得(P₁,P₂,P₃,P₄),(P₁,P₂,P₃,P₄)⁽²⁾,(P₁,P₂,P₃,P₄)⁽³⁾三組約束條件下的單一指標最優；

步驟2.6：根據步驟2.5得到每個指標對應的最優解中的最大值M_j及每個指標對應的最優解中的最小值m_j，并進行歸一化處理計算；

確定加權系數其中i，j＝1,2,3

步驟2.7：構造多目標規劃性問題其中i，j＝1,2,3；μ為電池充電轉換效率、單相交流設備轉換效率以及低壓直流負載轉換效率之和；求得一組理想解(P₁,P₂,P₃,P₄)^*,將理想解帶入步驟2.4中f₁、f₂和f₃三個指標的函數進行比較，若每個指標偏差均小于等于5％則結束計算，否則跳轉到步驟2.8；

步驟2.8：若不滿足要求的指標為小于單一指標最優，構造多目標規劃性問題Lp(2)；

其中j＝1,2,3在于預先設定好的偏差進行比較直到偏差小于5％為止，不滿足則反復進行步驟2.8直至輸出一組實際理想解(P₁,P₂,P₃,P₄)^*為止，所得即為最優功率，從而實現電動汽車充電的模型預測多目標優化功率控制效果；

步驟1中所述新能源汽車能源調節函數為：

其中sign函數為：

其中w為SOC_Li+SOC_c,SOC_Li,SOC_c分別為超級電容剩余電量，車載鋰電池剩余電量；

所述新能源汽車電動機功率預測函數為，根據汽車K-1時刻運行速度僅預測電動汽車增速K時刻的補償動力：

其中V_K為其當前速度。

4.根據權利要求3所述的一種電動汽車充電的多端口能量變換裝置控制方法，其特征在于，步驟3中所述單一指標最優：(P₁,P₂,P₃,P₄)的電池充電轉換效率、單相交流設備轉換效率、低壓直流負載轉換效率分別為f₁、f₂、f₃；(P₁,P₂,P₃,P₄)⁽²⁾的電池充電轉換效率、單相交流設備轉換效率、低壓直流負載轉換效率分別為f₁⁽²⁾、f₂⁽²⁾、f₃⁽²⁾；(P₁,P₂,P₃,P₄)⁽³⁾的電池充電轉換效率、單相交流設備轉換效率、低壓直流負載轉換效率分別為f₁⁽³⁾、f₂⁽³⁾、f₃⁽³⁾。