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纯电动汽车充电系统稳定性与谐波特性研究

关注热度:107   来源:新能源学术论文  作者:李晶
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【摘要】:纯电动汽车充电系统的稳定性与谐波特性随使用环境的改变而发生变化,本文以三相PWM整流器模块与DC-DC变换器模块组成的充电系统为研究对象,分析电网分布参数、动力电池特性、充电模块数量的变化对系统的稳定性、瞬态响应、谐波特性的影响,以便为纯电动汽车充电系统的设计提供理论和实践的支持。 首先,建立了理想工作环境中的三相PWM整流器在dq坐标系中的降阶线性小信号二端口模型与DC-DC变换器在恒压充电模式与恒流充电模式中的线性小信号二端口模型。理想工作环境中充电机数学模型的建立为充电机在非理想工作环境中的稳定性、瞬态响应与谐波特性分析奠定了数学基础。 在考虑输入电源与输出负载特性的情况下,建立了三相PWM整流器与DC-DC变换器的数学模型,找出了影响数学模型稳定性的关键因子。针对关键因子分析在理想使用环境下设计的充电机在非理想输入电源与非理想输出负载的情况下的稳定性与瞬态响应如何改变。研究表明:电源的输出阻抗与负载的输入阻抗共同作用影响充电系统的稳定性与瞬态响应,不同的负载类型对系统稳定性的影响程度不同,针对理想使用环境设计的充电机要留有足够的稳定裕量才能够在使用环境变化时仍然稳定。 在充电系统的两种基本结构,即共交流母线结构与共直流母线结构中,建立了三相PWM整流器与DC-DC变换器的数学模型,找出了影响系统稳定性的关键因子。针对关键因子分析充电机组成充电系统后的稳定性与瞬态响应如何改变。研究表明:在交流母线或直流母线容量足够大时,母线上可以同时稳定运行的充电模块数量仍然是有限的,该数量可以使用母线输出阻抗与充电模块输入阻抗比值的根轨迹在虚轴上分岔点处的增益来估计。 建立三相PWM整流器在dq坐标系中的Norton模型,将电网谐波电压与基波电压一同转换到dq坐标系中,分析电网输出阻抗与PWM整流器输入阻抗相互作用对电网中谐波电压引起的谐波电流的放大作用。研究表明:电网输出阻抗与三相PWM整流器的输入阻抗相互作用会放大电网中某些频率的谐波电压成分所产生的谐波电流。
【关键词】:纯电动汽车 充电机 二端口模型 稳定性 谐波
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:U469.72;TM46
【目录】:
  • 致谢5-6
  • 中文摘要6-7
  • ABSTRACT7-10
  • 1 引言10-24
  • 1.1 课题的研究背景及意义10-11
  • 1.2 纯电动汽车充电系统概述11-14
  • 1.2.1 纯电动汽车充电系统结构11-13
  • 1.2.2 纯电动汽车充电模式13-14
  • 1.3 国内外研究现状分析14-21
  • 1.3.1 纯电动汽车充电系统模型研究现状分析14-15
  • 1.3.2 纯电动汽车充电系统稳定性研究现状分析15-19
  • 1.3.3 纯电动汽车充电系统谐波研究现状分析19-21
  • 1.4 本文主要研究内容21-24
  • 2 纯电动汽车充电机统一线性多端口模型24-66
  • 2.1 纯电动汽车充电机统一线性端口等效模型24-26
  • 2.2 纯电动汽车充电机AC-DC模块统一线性多端口模型26-46
  • 2.2.1 三相PWM整流线性多端口模型26-39
  • 2.2.2 三相PWM整流器降阶线性二端口模型39-46
  • 2.3 纯电动汽车充电机DC-DC模块统一线性二端口等效模型46-62
  • 2.3.1 DC-DC模块开环统一线性二端口模型47-58
  • 2.3.2 DC-DC模块闭环统一线性二端口模型58-62
  • 2.4 动力电池模型62-64
  • 2.5 本章小结64-66
  • 3 纯电动汽车充电机稳定性分析66-112
  • 3.1 理论分析66-77
  • 3.1.1 纯电动汽车充电系统中PWM整流器数学模型66-71
  • 3.1.2 纯电动汽车充电系统中DC-DC变换器数学模型71-77
  • 3.2 纯电动汽车充电系统阻抗特性分析77-88
  • 3.2.1 非理想电网阻抗特性77-79
  • 3.2.2 PWM整流器阻抗特性79-82
  • 3.2.3 DC-DC变换器阻抗特性82-87
  • 3.2.4 动力电池阻抗特性87-88
  • 3.3 纯电动汽车充电机稳定性与动态响应分析88-103
  • 3.3.1 PWM整流器稳定性与动态响应88-96
  • 3.3.2 DC-DC变换器的稳定性与动态响应96-103
  • 3.4 实验分析103-110
  • 3.5 本章小结110-112
  • 4 纯电动汽车充电系统稳定性分析112-148
  • 4.1 共交流母线结构中充电系统的稳定性与动态响应112-122
  • 4.2 共直流母线结构中充电系统的稳定性与动态响应122-140
  • 4.2.1 理论分析122-129
  • 4.2.2 恒压充电模式共直流母线系统稳定性129-138
  • 4.2.3 恒流充电模式共直流母线充电系统稳定性138-140
  • 4.3 实验分析140-145
  • 4.4 本章小结145-148
  • 5 纯电动汽车充电系统谐波分析148-172
  • 5.1 谐波分析基础148-154
  • 5.1.1 谐波表示方法148-150
  • 5.1.2 谐波度量方法150-152
  • 5.1.3 谐波标准152-154
  • 5.2 理论分析154-160
  • 5.2.1 dq坐标系中的三相PWM整流器154-155
  • 5.2.2 dq坐标系中的谐波电压与谐波电流155-159
  • 5.2.3 电网与PWM整流器相互作用对谐波电流的影响159-160
  • 5.3 纯电动汽车充电系统电流谐波160-168
  • 5.3.1 充电机输入阻抗对电流谐波的影响160-163
  • 5.3.2 电网阻抗对电流谐波的影响163-165
  • 5.3.3 多台充电机共交流母线运行对电流谐波的影响165-168
  • 5.4 实验分析168-170
  • 5.5 本章小结170-172
  • 6 结论172-174
  • 参考文献174-180
  • 作者简历180-184
  • 学位论文数据集184


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关键词: 纯电动汽车

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