【摘 要】
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在“双碳”背景下我国一直在积极推动能源结构的升级与转型,其中一大措施就是用电动汽车代替传统油车,电动汽车快速发展推动充电桩的协同发展。充电桩核心结构在于整流设备,其中三相三电平VIENNA整流器因其具有网侧电流畸变小、开关器件承受力小、直流母线电压易控等优点,被广泛应用于电动汽车(Electric Vehicle,EV)并网充电系统的前级整流中。当整流前级出现负载突变、电网电压波动或内部参数变化等
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在“双碳”背景下我国一直在积极推动能源结构的升级与转型,其中一大措施就是用电动汽车代替传统油车,电动汽车快速发展推动充电桩的协同发展。充电桩核心结构在于整流设备,其中三相三电平VIENNA整流器因其具有网侧电流畸变小、开关器件承受力小、直流母线电压易控等优点,被广泛应用于电动汽车(Electric Vehicle,EV)并网充电系统的前级整流中。当整流前级出现负载突变、电网电压波动或内部参数变化等情况时,整流器直流侧输出电压也会随之波动,引起整个系统的不稳定,从而造成EV充电电能质量降低。因此,本文主要是研究六开关管VIENNA整流系统中的不同控制策略的控制性能。本文以六开关管VIENNA整流器为研究对象,首先,分析了本文研究对象的工作原理与拓扑结构,推导其在不同坐标系下的三种数学模型,以及三种等效电路。根据整流器的数学模型设计了双闭环比例积分控制(Proportional Integral,PI)系统,由于PI控制存在超调与快速性之间的固有矛盾,同时为改善电流环跟踪的响应速度,用一阶线性自抗扰控制器(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)代替电流环的PI控制器;然后对二阶线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer,LESO)的收敛性做了频域分析,最后在MATLAB/Simulink搭建仿真模型,仿真结果表明所采用的控制策略实现了整流系统的单位功率运行,并有良好的控制效果。VIENNA整流器双闭环控制中电压环易受网侧电压波动、负载扰动等的影响;为了提高电压环的抗扰性,根据数学模型采用了二阶LADRC作为电压环控制器并对LADRC进行改进提出了模型补偿型线性自抗扰控制(Model Compensation Linear Active Disturbance Rejection Control,MC-LADRC),然后在频域中证明了MC-LADRC对LADRC抗扰特性的优化;通过MATLAB/Simulink仿真系统,对比MC-LADRC与LADRC在稳态运行与网侧扰动、负载扰动两种非稳态运行的情况下的直流侧输出电压波形,验证了MC-LADRC相比于LADRC具有更好的控制性能。本文通过在MATLAB/Simulink中对三相VIENNA整流器控制系统构建模型进行仿真,结果表明所提出的改进控制方法对VIENNA整流系统具有良好的效果,优化了控制性能,对VIENNA整流器应用在工程领域中具有实际意义。
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