【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电动汽车功率控制，尤其是涉及一种车载式双向功率变换器。
技术介绍
1、在电动汽车保有量连年攀升的背景下，数量庞大的电动汽车群已经作为一种可移动式储能的方式存在，电动汽车可以作为调节电网的虚拟电厂，在用电高峰期，将电能反送至电网，在用电低峰期，从电网获取电能进行储存，当庞大的电动汽车群被有效调度时，可以实现调节电网峰谷差的作用，维护电网稳定性。而目前市场上存在的电动汽车，只能通过充电桩与电网进行电能互送，由于充电桩成本高、占地广，普通消费者难以进行安装，因此难以做到大规模建设，无法实现与车辆达到匹配程度，庞大的电动汽车无法有效参与电网调度，因此如何实现电动汽车低成本、便捷快速实现与电网进行电能传输，成为研究方向。
2、在电动汽车参与电网能量互动过程中，其核心部件就是双向功率变换器，作为连接电网与电动汽车能量流动的通道，不仅要满足功率双向流动，还要具备能快速响应电网调度命令，输出符合电能质量的要求。
技术实现思路
1、为了克服上述问题，本专利技术的目的是提供一种车载式双向功率变换器，该车载式双向功率变换器对其整体拓扑结构设计相应控制方法，前级采用无电感解耦控制策略，采用改进型环路滤波器的单相锁相环，准确高效获取电网相位，能够在电网发生畸变工况下，使变换器稳定工作，所述前级驱动电路和后级驱动电路通过直流稳压母线连接在一起，省去了繁重的变压器，体积小、重量轻，前后级互不干扰，控制简单。
2、本专利技术采用的技术方案是：包括前级稳压模块、前级驱动电路、后
3、进一步的，所述前级驱动电路包括功率管igbt1、igbt2、igbt3、igbt4，电感l1、l2，电阻r1、r2，电容c1，所述igbt1、igbt4为一对桥臂，所述igbt2、igbt3为另一对桥臂，采用三角波脉宽调制方法控制每对桥臂的开通与关断，实现正向整流，反向逆变。
4、进一步的，所述三角波脉宽调制方法采用单极性三角波脉宽调制，半个周期内只有两个开关管处于高频开关工作状态，其余两个处于常闭或常开状态，调制电压从ud变化至0，再从0变化至-ud。
5、进一步的，所述单极性三角波脉宽调制采用等腰三角波为载波，正弦波为调制信号波，通过比较两种波形，在正半周期，当正弦波调制信号幅值大于三角波载波幅值时，脉冲信号输出高电平，当正弦波调制信号幅值小于三角波载波幅值时，脉冲信号输出低电平；在负半周期，当三角波载波幅值大于正弦波调制信号幅值时，脉冲信号输出高电平，当三角波载波幅值小于正弦波调制信号幅值时，脉冲信号输出低电平，得到与正弦波冲量相等而形状不同的宽窄脉冲，即为三角波脉宽调制波形。
6、进一步的，所述前级驱动电路通过分别控制四个开关管igbt，得到三种交流侧电压，具体步骤如下：
7、第一步：对整流电路进行简化，得到其数学模型，其中，es为交流侧电动势，is为交流侧电流，l为网侧电感，r为交流侧电阻，uab为交流侧电压，idc为直流侧电流，udc为直流侧电压，rl为负载电阻，el为负载电动势；
8、第二步：定义开关管函数为：
9、
10、第三步：控制开关管igbt通断，同一桥臂的开关管不能同时导通，否则会导致短路，因此igbt开关管的导通状态为：
11、
12、第四步：得到三种电压与开关管的函数表示为：
13、uab＝(sa-sb)udc
14、进一步的，所述后级驱动电路包括功率管igbt5、igbt6，电感l3、l4，电容c2，所述后级驱动电路工作于buck和boost两种状态下，通过控制开关管的交替导通，实现能量双向流动，当开关管igbt5导通时，开关管igbt6处于关断状态，处于buck工作模式；当开关管igbt6导通时，igbt5处于关断状态，处于boost工作模式，所述功率管igbt5、igbt6波形互补，设有死去时间，防止短路。
15、进一步的，所述buck工作模式下有两个回路：
16、所述回路一状态下：脉宽调制驱动信号使上桥臂开关管igbt5导通，下桥臂开关管igbt6关断，交流侧整流后的电流，经过开关管igbt5给电感l3、l4和电池vbat进行充电，电感以磁场方式储存能量；
17、所述回路二状态下：下桥臂开关管igbt6导通，上桥臂igbt5关断，电流通过igbt6的同步二极管进行能量流动，电感l3、l4、igbt6的同步二极管和电池vbat构成回路，电感向电池提供能量，电感储存能量减少，完成充电过程。
18、进一步的，所述boost工作模式下有两个回路：
19、所述回路三状态下：通过升压斩波将电池输出电压提升至直流母线电压，再通过逆变反馈至交流侧，驱动信号使下桥臂igbt6导通，上桥臂igbt5关断，电池vbat给电感l3、l4提供能量，电感储存磁场能量；
20、所述回路四状态下：上桥臂igbt5导通，下桥臂igbt6关断，电流通过igbt5的同步二极管进行能量传输，电池vbat和电感l3、l4及igbt5的同步二极管构成回路，电池vbat和电感l3、l4同时向直流母线vdc反馈能量，电感储存能量减少，进行放电过程。
21、进一步的，该双向功率变换器采用基于sogi的无电感解耦控制方法，该策略通过二阶广义积分器实现正交信号构造，采用连续积分无电感解耦方法，采用改进环路滤波器的单相锁相环进行并网控制。
22、本专利技术的有益效果：
23、1.能够完成居民家用电网向汽车动力电池充电过程，实现g2v功能，也能够完成电动汽车动力电池向居民电网馈电过程，实现v2g功能，使电动汽车能通过居民家用电网参与电力系统能量管理与调度，实现新型电力系统构建。
24、2.所述前级驱动电路采用单相全桥ad-dc拓扑结构可以实现高功率因数运行，所产生谐波较少，所述后级驱动电路采用半桥型双向dc-dc拓扑结构，通过储能电感和滤波电容，减小负载电流纹波幅值，使得输出电压既可以高于也可以低于输入电压，使开关管受到的电压应力较小，开关管安全性能高，电路结构简单，使用器件数量少，成本低。
25、3.该双向功率变换器采用基于sogi的无电感解耦控制方法，通过二阶广义积分器实现正交信号构造，相比于传统的延时构造法，提高了系统响应速率，采用连续积分无电感解耦方法，避免了电感饱和造成前馈解耦不充分，从而有效提高了脉冲宽度调制控制精度，采用改进环路滤波器的单相锁相环进行并网控制，使接入系统电压与电网电压同步。
26、4.所述前级驱动电路和后级驱动电路本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种车载式双向功率变换器，其特征在于，包括前级稳压模块、前级驱动电路、后级驱动电路、后级滤波模块、电动汽车电池模块，所述前级稳压模块用于平衡电路电压，支撑无功功率，所述前级驱动电路为单相全桥AD-DC拓扑结构，所述后级驱动电路为半桥型双向DC-DC拓扑结构，所述前级驱动电路和后级驱动电路通过直流稳压母线连接在一起，所述后级滤波模块用于抑制直流侧2次谐波，避免该谐波量影响输出直流电压稳定性，造成直流侧低频电压脉动。
2.根据权利要求1所述的一种车载式双向功率变换器，其特征在于，所述前级驱动电路包括功率管IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4，电感L1、L2，电阻R1、R2，电容C1，所述IGBT1、IGBT4为一对桥臂，所述IGBT2、IGBT3为另一对桥臂，采用三角波脉宽调制方法控制每对桥臂的开通与关断，实现正向整流，反向逆变。
3.根据权利要求2所述的一种车载式双向功率变换器，其特征在于，所述三角波脉宽调制方法采用单极性三角波脉宽调制，半个周期内只有两个开关管处于高频开关工作状态，其余两个处于常闭或常开状态，调制电压从Ud变化至0，再从0变化
4.根据权利要求3所述的一种车载式双向功率变换器，其特征在于，所述单极性三角波脉宽调制采用等腰三角波为载波，正弦波为调制信号波，通过比较两种波形，在正半周期，当正弦波调制信号幅值大于三角波载波幅值时，脉冲信号输出高电平，当正弦波调制信号幅值小于三角波载波幅值时，脉冲信号输出低电平；在负半周期，当三角波载波幅值大于正弦波调制信号幅值时，脉冲信号输出高电平，当三角波载波幅值小于正弦波调制信号幅值时，脉冲信号输出低电平，得到与正弦波冲量相等而形状不同的宽窄脉冲，即为三角波脉宽调制波形。
5.根据权利要求2所述的一种车载式双向功率变换器，其特征在于，所述前级驱动电路通过分别控制四个开关管IGBT，得到三种交流侧电压，具体步骤如下：
6.根据权利要求1所述的一种车载式双向功率变换器，其特征在于，所述后级驱动电路包括功率管IGBT5、IGBT6，电感L3、L4，电容C2，所述后级驱动电路工作于Buck和Boost两种状态下，通过控制开关管的交替导通，实现能量双向流动，当开关管IGBT5导通时，开关管IGBT6处于关断状态，处于Buck工作模式；当开关管IGBT6导通时，IGBT5处于关断状态，处于Boost工作模式，所述功率管IGBT5、IGBT6波形互补，设有死去时间，防止短路。
7.根据权利要求6所述的一种车载式双向功率变换器，其特征在于，所述Buck工作模式下有两个回路：
8.根据权利要求6所述的一种车载式双向功率变换器，其特征在于，所述Boost工作模式下有两个回路：
9.根据权利要求1所述的一种车载式双向功率变换器，其特征在于，该双向功率变换器采用基于SOGI的无电感解耦控制方法，该策略通过二阶广义积分器实现正交信号构造，采用连续积分无电感解耦方法，采用改进环路滤波器的单相锁相环进行并网控制。
...【技术特征摘要】
1.一种车载式双向功率变换器，其特征在于，包括前级稳压模块、前级驱动电路、后级驱动电路、后级滤波模块、电动汽车电池模块，所述前级稳压模块用于平衡电路电压，支撑无功功率，所述前级驱动电路为单相全桥ad-dc拓扑结构，所述后级驱动电路为半桥型双向dc-dc拓扑结构，所述前级驱动电路和后级驱动电路通过直流稳压母线连接在一起，所述后级滤波模块用于抑制直流侧2次谐波，避免该谐波量影响输出直流电压稳定性，造成直流侧低频电压脉动。
2.根据权利要求1所述的一种车载式双向功率变换器，其特征在于，所述前级驱动电路包括功率管igbt1、igbt2、igbt3、igbt4，电感l1、l2，电阻r1、r2，电容c1，所述igbt1、igbt4为一对桥臂，所述igbt2、igbt3为另一对桥臂，采用三角波脉宽调制方法控制每对桥臂的开通与关断，实现正向整流，反向逆变。
3.根据权利要求2所述的一种车载式双向功率变换器，其特征在于，所述三角波脉宽调制方法采用单极性三角波脉宽调制，半个周期内只有两个开关管处于高频开关工作状态，其余两个处于常闭或常开状态，调制电压从ud变化至0，再从0变化至-ud。
4.根据权利要求3所述的一种车载式双向功率变换器，其特征在于，所述单极性三角波脉宽调制采用等腰三角波为载波，正弦波为调制信号波，通过比较两种波形，在正半周期，当正弦波调制信号幅值大于三角波载波幅值时，脉冲信号输出高电平，当正弦波调制信号幅值小于三角波载波幅值时，脉冲信号输出低电平...
【专利技术属性】
技术研发人员：张振波，王栋永，董迎朝，张兆轩，钱学鹏，翟俊峰，司东宝，王兴涛，张磊，能格格，张澎波，杨俊，
申请(专利权)人：国网新疆电力有限公司奎屯供电公司，
类型：发明
国别省市：
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