一种V2G双向功率变换器、控制系统及控制方法技术方案

本公开提出了一种V2G双向功率变换器、控制系统及控制方法，V2G双向功率变换器，其特征是，包括电压源型三相全桥PWM变换器即为AC‑DC变换器及双有源主动桥式变换器即为DC‑DC变换器；所述电压源型三相全桥PWM变换器连接至交流侧，将交流转换为直流并传输至直流侧，所述双有源主动桥式变换器输入端连接至直流侧，输出端连接至电池侧，将电压源型三相全桥PWM变换器输出的直流电压转换为动力电池所需的直流电压。

A V2G bidirectional power converter, control system and control method

【技术实现步骤摘要】
一种V2G双向功率变换器、控制系统及控制方法
本公开涉及功率变换
，特别是涉及一种V2G双向功率变换器、控制系统及控制方法。
技术介绍
电动汽车相关技术近年来取得了飞速的发展，电动汽车动力电池的充电是目前研究的热点技术之一，其中，功率变换器应用至电动汽车领域，用于为电动汽车动力电池的充放电，现有的功率变换器在电气隔离、变换效率等方面均存在这诸多的问题，致使电动汽车的普及存在一定的技术困难。
技术实现思路
本说明书实施方式的目的是提供一种V2G双向功率变换器，该V2G变换器实现了交流侧与电池侧的电气隔离，避免直接电气接触对电池或电网的影响，降低了对器件和电路保护的要求。本说明书实施方式提供一种V2G双向功率变换器，通过以下技术方案实现：包括：电压源型三相全桥PWM变换器即为AC-DC变换器及双有源主动桥式变换器即为DC-DC变换器；所述电压源型三相全桥PWM变换器连接至交流侧，将交流转换为直流并传输至直流侧，所述双有源主动桥式变换器输入端连接至直流侧，输出端连接至电池侧，将电压源型三相全桥PWM变换器输出的直流电压转换为动力电池所需的直流电压。与现有技术相比，本公开的有益效果是：本公开针对电动汽车V2G(vehicle-to-grid)能量交互系统展开研究。建立电动汽车充电站协调控制策略，搭建了Psim仿真平台，对V2G能量双向变换器开展工作特性、控制方法等方面的仿真研究。本公开所提的功率变换器优点为使得充电站能够实现功率双向流动，效果能够保证电动汽车参与到主动配电网的硬件基础。控制方法优点是能够保证变换器四象限运行，效果是能够将控制方法应用于变换器上，实现电动汽车参与主动配电网。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为本公开实施例子V2G变换器系统拓扑图；图2为本公开实施例子变换器功率四象限运行图；图3为本公开实施例子AC-DC级双向变换器拓扑图；图4为本公开实施例子DC-DC级双向变换器具体拓扑图；图5为本公开实施例子相控制下DAB工作波形图；图6为本公开实施例子V2G变换器系统整体控制框图；图7为本公开实施例子电池充电电压曲线图；图8为本公开实施例子电池充电电流曲线图；图9为本公开实施例子电池充电SOC曲线图；图10为本公开实施例子充电时交流侧三相电流波形图；图11为本公开实施例子充电时A相电压和正向电流波形图；图12为本公开实施例子放电时交流侧三相电流波形图；图13为本公开实施例子放电时A相电压和反向相电流波形图；图14为本公开实施例子电池放电电压曲线图；图15为本公开实施例子电池放电曲线图；图16为本公开实施例子电池放电SOC曲线图；图17为本公开实施例子Qref＝10000放电时A相电压、反向相电流波形图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。实施例子一本公开实施例子的V2G变换器，采用双级式结构，AC-DC级为电压源型三相全桥PWM变换器(VoltageSourcePWMConverter，VSC)，DC-DC级为双有源主动桥式变换器(DualActiveBridge，DAB)。该V2G变换器实现了交流侧与电池侧的电气隔离，避免直接电气接触对电池或电网的影响，降低了对器件和电路保护的要求。主电路拓扑如图1，两级变换器依次连接交流侧、直流侧和电池侧。其中va、vb、vc为交流侧电压；ia、ib、ic为交流侧电流；Vdc为直流侧电压；Vba为电池侧电压；iba电池侧直流电流；规定正向有功功率为交流侧流向电池侧，正向无功功率为交流侧流向变换器。前级由IGBT构成三组桥臂，三相H桥中间分别通过电感L连接电网，三相交流输入电压有效值220V，R为交流侧等效电阻。电感L具有交流侧滤波、buck/boost变换、电网电动势与变换器交流电压隔离、有功和无功功率传输控制、实现交流四象限运行等综合性功能。后级由IGBT构成两组双桥臂H桥，中间由高频变压器连接。等效电感Lr等于串联电感(为图两个桥臂中点之间线路上的电感))和变压器漏感数值之和，用于储存和传递能量。变压器变比为n:1，改变变比n可调整输出电压，保证端口电压匹配。电容C1连接原边H桥和前级直流侧，为两级之间提供直流电压支撑和高频滤波，电容C2连接副边H桥和电动汽车动力电池组，用于稳定电池侧直流电压并滤除纹波。基本运行模式：前级VSC主要用于控制网侧双向有功和无功功率的传输，实现交流侧功率四象限运行，如图2所示。后级DAB主要用于调整电池侧有功功率传输，控制电池的充电和放电过程。变换器的具体工作模式包括：(1)G2V(Grid-to-Vehicle)模式下，有功功率由交流侧向电池侧正向流动。AC-DC变换器以整流状态运行，呈现boost电路升压特性，控制交流侧输入电流并稳定直流侧电压；DC-DC变换器将功率从原边输送至副边，控制电池恒流-恒压(CC-CV)充电，稳定电池侧输出电压或电流；(2)V2G(Vehicle-to-Grid)模式下，有功功率由电池侧向交流侧反向流动。AC-DC变换器以逆变状态运行，呈现buck电路降压特性，控制交流侧的输出电流。DC-DC变换器将功率从副边输送至原边，给电池放电，并稳定直流侧电压；(3)无功功率模式下变换器工作情况类似静止无功发生器STATCOM，实现功率因数调节与无功传输控制，主要由前级控制吸收或发出无功功率，后级仍用于电池充放电。纯G2V和V2G模式下变换器运行在图2的x轴，纯无功功率控制模式下运行于y轴。变换器的有功和无功传输过程可以同时存在，在给电池充放电的同时进行无功补偿和功率因数矫正，实现交流侧在功率圆内四个象限的全范围运行。图3为AC-DC级拓扑。每相由上下桥臂交替导通，共23种工作状态，其开关函数sk为：式中Tk1、Tk2为上下桥臂IGBT开关管。表1AC-DC级开关状态8种开关状态如表1。通过开关函数可以对变换器相关波形进行分析，单位功率因数状态下三相全桥电路的三相对称，因此取a相分析，其余两相类推。(1)a相交流侧电压vaN(t)由图3，交流侧a相电压为vaN(t)＝va0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种V2G双向功率变换器，其特征是，包括电压源型三相全桥PWM变换器即为AC-DC变换器及双有源主动桥式变换器即为DC-DC变换器；/n所述电压源型三相全桥PWM变换器连接至交流侧，将交流转换为直流并传输至直流侧，所述双有源主动桥式变换器输入端连接至直流侧，输出端连接至电池侧，将电压源型三相全桥PWM变换器输出的直流电压转换为动力电池所需的直流电压。/n

【技术特征摘要】
1.一种V2G双向功率变换器，其特征是，包括电压源型三相全桥PWM变换器即为AC-DC变换器及双有源主动桥式变换器即为DC-DC变换器；
所述电压源型三相全桥PWM变换器连接至交流侧，将交流转换为直流并传输至直流侧，所述双有源主动桥式变换器输入端连接至直流侧，输出端连接至电池侧，将电压源型三相全桥PWM变换器输出的直流电压转换为动力电池所需的直流电压。


2.如权利要求1所述的一种V2G双向功率变换器，其特征是，所述电压源型三相全桥PWM变换器由IGBT构成三组桥臂，三组桥臂为三相H桥，三相H桥中间分别通过电感L、电阻R连接电网，电网的三相交流输入电压有效值220V，R为交流侧等效电阻。


3.如权利要求1所述的一种V2G双向功率变换器，其特征是，所述双有源主动桥式变换器由IGBT构成两组双桥臂H桥，中间由高频变压器连接。


4.如权利要求3所述的一种V2G双向功率变换器，其特征是，所述高频变压器串联的等效电感Lr等于串联电感和变压器漏感数值之和，用于储存和传递能量。


5.如权利要求3所述的一种V2G双向功率变换器，其特征是，高频变压器变比为n:1，改变变比n可调整输出电压，保证端口电压匹配，电容C1连接原边H桥和前级直流侧，为两级之间提供直流电压支撑和高频滤波；电容C2连接副边H桥和电动汽车动力电池组，用于稳定电池侧直流电压并滤除纹波。


6.一种V2G双向功率变换器的工作方法，其特征是，包括：
G2V模式：有功功率由交流侧向电池侧正向流动，AC-DC变换器以整流状态运行，呈现boost电路升压特性，控制交流侧输入电流并稳定直流侧电压；DC-DC变换器将功率从原边输送至副边，控制电池恒流-恒压充电，稳定电池侧输出电压或电流；
V2G模式：有功功率由电池侧向交流侧反向流动，AC-DC变换器以逆变状态运行，呈现buck电路降压特性，控制交流侧的输出电流，DC-DC变换器将功率从副边输送至原边，给电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：李启昌，朱海鹏，徐刚，张海，刘涛，谢允红，韩建伟，张西鲁，金剑，罗蛟，李楠，王哲，陶旋旋，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司济宁供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37