【摘 要】
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近年来随着电动汽车数量的增加,电动汽车与电网之间无序的能量交换成为亟需解决的问题。V2G(Vehicle-to-Grid)技术可以实现电动汽车与电网之间能量双向流动,因此V2G技术成为了解决无序充电问题的关键。双向LLC(L表示电感,C表示电容)谐振变换器是实现V2G技术的核心部件之一,为了进一步提升双向LLC谐振变换器的效率,本文研究了基于Si C器件的星型三相CLLLC谐振变换器拓扑及控制策略
【基金项目】
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河北省重点研发计划项目(201312205D)“智能分布式充电系统关键技术”;
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近年来随着电动汽车数量的增加,电动汽车与电网之间无序的能量交换成为亟需解决的问题。V2G(Vehicle-to-Grid)技术可以实现电动汽车与电网之间能量双向流动,因此V2G技术成为了解决无序充电问题的关键。双向LLC(L表示电感,C表示电容)谐振变换器是实现V2G技术的核心部件之一,为了进一步提升双向LLC谐振变换器的效率,本文研究了基于Si C器件的星型三相CLLLC谐振变换器拓扑及控制策略,研究内容如下:首先,详细分析了星型三相CLLLC谐振变换器的工作原理。采用基波分析法建立了星型三相CLLLC谐振变换器的数学模型,推导出星型三相CLLLC谐振变换器的电压增益特性及输入阻抗。基于基波分析法的相关结论,分析了电感比例系数K与品质因数Q对于电压增益的影响,给出了K值和Q值的参考值,同时给出了主电路参数设计方法。此外,对于星型三相CLLLC谐振变换器的软开关运行区域进行了分析,给出了软开关的限制条件。完成了开关器件的选型以及主电路的参数设计。其次,基于电压闭环控制,设计了星型三相CLLLC谐振变换器的双向运行控制策略。该控制策略包含了变频调制方法、能量流向切换控制、数字同步整流控制三部分。变频调制策略通过改变开关频率的方式来改变输出电压;能量切换控制采用间歇切换方法,解决了能量流向切换问题,实现了变换器能量流向平稳切换;数字同步整流控制策略通过检测二极管是否导通来调控整流侧的驱动时序,解决了变换器整流侧的控制时序与逆变电路控制时序有偏差的问题。最后,采用仿真和试验的方式,对所设计的变换器和控制策略进行了验证。利用Simulink以及PSIM建立星型三相CLLLC谐振变换器的仿真模型。仿真结果显示,输出电压可以根据需要精确调节,数字同步整流技术能够实现同步整流,能量流向切换策略能够顺利完成能量流向的切换,证实了双向运行控制策略的有效性。在仿真结果的基础上,搭建3k W的试验样机一台。样机由星型三相CLLLC主电路、采样电路、驱动电路、FPGA控制电路四部分组成。对样机性能测试,结果表明,变换器在不同频率区间的谐振电流波形及软开关波形符合理论分析。变换器正向传输功率达到了3k W,最大传输效率达到了97.6%,变换器反向传输功率达到了2.5k W,传输效率达到了96.8%。
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