输出接动力蓄电池bck变换器的建模与控制设计

输出接动力蓄电池bck变换器的建模与控制设计

0交流滤波温度与两种基于plr的无线换换器相比，三台无线换换器具有许多优点。例如，输入开关管和连续流泄漏波速的电压电压只有输入电压的一半。输入滤波器的输出波形的功率可以降至原来的四分之一。输出滤波的功率可以降低到原来的一半。1u2009的主要电路介绍动力蓄电池充电机用三电平Buck变换器的主电路拓扑如图1所示。其中，C2u2009年，数学模型与等效电路参数三电平Buck变换器有占空比d≥0.5和d<0.5两种模式2.1u2009d0.5图2示出电感电流连续情况下d≥0.5时变换器的主要波形。在一个开关周期T2.1.1t在t电流从直流母线正端开始，经VT1、电感L、电池和VT4后形成回路。该阶段，C式中：<U2.1.2t在t在该阶段，有式中：<U2.1.3t在t式中：<U2.1.4t在t电流从母线电压正端开始，经C式中：<U由式(1)～式(4)可以得到在一个开关周期内a,b点间电压的平均值：2.2变换器的波形图6示出电感电流连续情况下d<0.5时变换器的主要波形。在一个开关周期，存在VT1和VT4同时关断、VT1导通VT4关断、VT4导通VT1关断3种工况。2.2.1t在t2.2.2t在t2.2.3t在t2.2.4动态开关周期计算方法t由式(6)～式(9)可以得到在一个开关周期内ab两点间电压的平均值为由式(5)和式(10)可以看出，对于d≥0.5与d<0.5两种工作模式，三电平Buck变换器a,b点间电压的开关周期平均值表达式相同，因此，可以用同一等效电路。2.3从占空比到压电电流将电池简化等效成一个大电容（C）串联一个小内阻（r根据基尔霍夫电压定律、基尔霍夫电流定律、欧姆定律，由等效电路（图8）可以得到从占空比到电感电流的传递函数为从电感电流到输出电压的传递函数为3动力电池充电环控制动力电池充电电流指令值由蓄电池自带的管理系统给出，DC/DC变换器按照该指令输出，因此动力电池的充电电压、电流均需要受控，故本文采用电压、电流、均压三环控制方式，并对电流环、电压环进行了设计。3.1u2009年电流环设计用G电流环采用PI控制，其原理如图9所示。从图9得到电流环开环传递函数为式中：G取U3.2电流环内低通滤波器式(12)给出了从电感电流到输出电压的传递函数。实际应用中，当电流环带宽远大于电压环带宽时，电流环可以迅速响应电压环输出指令，因此可将电流内环近似成一个一阶低通滤波器，从而简化电压环设计。电压环采用PI控制，电压环输出作为电流环的给定，可得电压环的控制框图，如图11所示，其中T令k取k3.3系统的失效机理从上述分析可知，流过分压电容器的电流大小相等、方向相反。因此，当VT1和VT4的占空比不相等时，一个开关周期内分压电容的充放电时间不相等，分压电容器之间会出现压差。如果不加以调节控制，压差会越来越大，最终导致系统失效。图13示出均压环的控制框图，对分压电容器压差进行比例控制，将补偿占空比Δd适当限幅后叠加到电流环输出，以修正开关管的占空比。若U3.4动力蓄电池充电控制策略本文所讨论的控制策略主要针对给机车动力蓄电池充电的场景，需要对充电电流加以控制，因此选择“电压—电感—均匀三闭环”控制策略，具体如图14所示。3.4.1动力蓄电池的定量控制系统根据动力蓄电池的温度补偿曲线和蓄电池温度得到输出电压的给定值；以滤波后蓄电池电压值作为电压环的反馈值，将给定值与反馈值进行比较得到偏差电压，经过PI控制后以电压环的输出作为电流环的给定值，并将给定值限幅设置为动力蓄电池的最大允许充电电流。3.4.2电压损失的控制电感电流经低通滤波后作为电流环的反馈值；将电流给定值与反馈值比较得到偏差电流，再经过PI控制后，可以得到占空比d。3.4.3均匀三轴连接系统的控制检测分压电容器电压U4路仿真参数分析为了验证简化等效模型（图8）及控制参数设计的正确性，在Matlab/Simulink环境中搭建了一个220kW的动力蓄电池充电机主电路模型。考虑实际运用情况，分别进行了分压电容均压控制、网压跳变、中间直流电压波动、限流转恒压充电等模拟实验，主电路仿真参数如表1所示。其中，均压环采取比例控制，比例系数取5×10图15示出充电过程分压电容器不均压时波形。在4s时刻，撤销均压环，分压电容器C图16示出网压跳变时的充电波形。可以看出，网压从1500V跳变到1800V，再跳到1200V，整个过程分压电容器电压平均值约为输入电压的一半，充电电流在网压跳变后迅速回到给定值200A，表明系统抗网压波动能力强。图17示出网压注入200V/100Hz纹波电压时的充电波形。可以看出，整个过程分压电容的电压平均值约为输入电压的一半，蓄电池以最大充电电流（200A）充电，电流低频纹波峰峰值约20A，电压纹波小于1V，表明系统均压效果好，对直流母线电压波动不敏感。图18示出限流转恒压充电波形。可以看出，输出电压升至1000V后保持不变，充电电流平滑下降，闭环控制效果良好。5充电机验证模型本文基于状态空间法建立了输出端接动力蓄电池的三电平Buck变换器线性等效模型，设计了变换器闭环控制系统；并在Matlab环境下设计了1台220kW的动力蓄电池充电机，以验证模型以及控制系统设计的有效性。结果显示，系统输出电流动态响应快，抗输入电压波动能力强。该