PWM策略对混合动力汽车逆变器DC-link电容影响的研究

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环保驱动下,以电动汽车(ElectricVehicle,EV)为代表的清洁能源汽车发展势头迅猛,未来十五年电动汽车取代燃油汽车将是大势所趋。但电动汽车安全快捷充电技术和长续航能力方面至今仍有技术瓶颈,汽车完全“禁油”不会一蹴而就。混合动力汽车(HybridElectricVehicle,HEV)作为过渡产品在节油和续航能力方面有突出表现,备受青睐。但HEV双电驱系统的复杂结构不仅与汽车小型化与轻量化的需求相悖,而且电驱系统变流器功率器件的故障率相对较高。因此,行驶工况下HEV变流器控制策略对功率开关器件和DC-link电容的影响研究具有重要科学意义。
  本文以HEV中电压源型逆变器(VoltageSourceInverter,VSI)为背景,研究不同PWM策略对VSI损耗的影响及降低VSI损耗的策略优化方法,特别研究VSI输入侧DC-link电容器的电流纹波、热点温度等可靠性问题。
  首先,建立HEV电驱动系统简化模型,分析DC-link电容器在功率变换中起到的关键作用及承载的电热应力,并指出以降低VSI功率开关模块损耗为目标的控制策略优化对电容器可靠性的影响。
  其次,阐述VSI中SVPWM及六种DPWM策略的基本原理,分别基于空间矢量合成和零序分量注入法构建Matlab/Simulink仿真模型,实现模拟阻感负载的VSI仿真;建立单个功率开关器件的损耗计算模型和七种PWM策略下的开关损耗函数模型,对各种PWM策略下VSI整机损耗进行计算和对比分析,确定以VSI功率开关模块损耗最小为目标的最优控制策略。
  再次,对不同PWM策略下的开关函数进行双边傅里叶变换,结合VSI直流输入侧的电流约束方程,推导DC-link电容瞬时电流的解析表达式和有效值计算式,剖析DC-link电容电流频谱特性;应用Matlab仿真和DSpace硬件实验分别对理论分析的结果进行验证。
  最后,以不同PWM策略下DC-link电容电流频谱分析为基础,对电容热点温度进行定性分析;在城市和高速两种典型路况下,仿真电容电流瞬时值及其频谱,定性研究不同PWM策略对热点温度的影响,探寻对DC-link电容安全性和寿命耗损影响最小的控制策略。
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