【摘 要】
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随着新能源汽车的快速发展,电动汽车与电网间的双向交互愈加频繁,从而对双向AC/DC变换器接口性能提出了更高要求。考虑到电气安全和噪声干扰等问题,大功率应用场合大多采用隔离型AC/DC变换器接口。相较两级式隔离型双向AC/DC变换器,单级式拓扑结构无需中间稳压环节,在很大程度上减小了变换器体积和重量,有利于提高设备的可靠性和使用寿命,因而具有广阔的研究前景和较强的应用价值。因此,本文以单相单级式隔离
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随着新能源汽车的快速发展,电动汽车与电网间的双向交互愈加频繁,从而对双向AC/DC变换器接口性能提出了更高要求。考虑到电气安全和噪声干扰等问题,大功率应用场合大多采用隔离型AC/DC变换器接口。相较两级式隔离型双向AC/DC变换器,单级式拓扑结构无需中间稳压环节,在很大程度上减小了变换器体积和重量,有利于提高设备的可靠性和使用寿命,因而具有广阔的研究前景和较强的应用价值。因此,本文以单相单级式隔离型双向AC/DC变换器为研究对象,对其系统模型建立、调制策略优化以及高性能并网电流闭环控制策略等方面展开研究。首先,根据该变换器的拓扑结构特性和工作原理,建立了基于移相控制的调制策略,详细分析了变换器在半个开关周期时刻电感电流回零的理想状态下和不回零的非理想状态下的工作模态,通过讨论电感电流流通路径,验证了该调制策略的合理性和完备性。同时,剖析了半个开关周期伏秒平衡原理,推导了功率传输方程。其次,为实现并网电流的优良闭环控制性能,考虑到传统并网电流dq解耦控制的不足,本文基于开关周期平均法建立了调制变量与变换器输入电压的等效关系,提出了基于调制信号补偿的闭环控制策略,并从数学模型、控制机理、结构设计等方面展开分析。该方案有利于实现电感电流半个开关周期的解耦,进而避免变换器输入电流因矩阵变换器的切换作用而发生跳变,从而有利于提高并网电流质量。然后,本文针对单相单级式隔离型双向AC/DC变换器控制系统的LC滤波器谐振进行稳定性设计,阐述了基于电容电压前馈的有源阻尼方法,同时结合开环传递函数稳定裕度判断方法对系统稳定性进行分析。此外,为抑制并网电流畸变,从削弱单相AC/DC变换器功率脉动影响和电网背景谐波干扰的角度入手,进一步调整和完善控制方案,有效提高了系统控制性能和并网电流质量。最后,对软硬件实验平台进行设计并搭建,利用该平台验证了所提出的控制策略及改进方案的有效性和可靠性。此外,本文对实验中可能发生的故障成因进行了分析,设计了基于电网电压临界脉冲封锁的软件保护方案,并于实验平台中实现。
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