电动汽车母线电容主动放电控制策略研究

来源 :浙江大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:fujilee
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
为了应对日益严峻的能源短缺和环境污染问题,具有节能环保等优点的电动汽车受到广泛关注。为了提高电动汽车续航里程和充电速度,高压驱动系统在电动汽车中得到广泛应用。然而基于高压驱动系统的电动汽车在碰撞等紧急情况时高压母线存在对乘客造成电击的风险。因此,研究电动汽车碰撞等紧急情况下的母线电容主动放电技术,对提高电动汽车电气安全,推动电动汽车发展具有重要意义。目前,电动汽车主驱动系统通常采用在母线上并联泄放电路的方式对母线电容进行放电,但采用泄放电路放电的方式不仅会增加驱动系统成本,而且会增加驱动系统体积和重量。而通过电动汽车主驱动电机绕组进行主动放电的方法具有成本低、可靠性高、体积小等优点。因此,本文以电动汽车用永磁同步电机为研究对象,围绕电动汽车母线电容主动放电控制策略展开了研究和讨论,具体研究内容如下:首先,对电动汽车碰撞情况下对乘客伤害以及碰撞安全相关标准法规进行了概述,并对碰撞等紧急情况下电动汽车母线电容放电国内外研究现状进行了综述。然后建立了永磁同步电机和PWM功率变换器数学模型,并对永磁同步电机在发电和电动状态下的运行特性进行了分析。在此基础上,建立了泄放电阻放电方法数学模型,对泄放电阻参数进行了设计和分析,发现采用泄放电阻放电的方法存在泄放电阻体积和重量大的问题,并通过搭建的电动汽车用永磁同步电机驱动平台对该放电方法进行了实验验证。其次,为了省去复杂而且体积较大的泄放电阻,对采用电机绕组放电的方法进行了研究。为了在碰撞等紧急情况发生后快速将母线电压降低到安全电压,提出了一种基于扩张状态观测器(extended stage observer,ESO)的母线电容放电方法。该方法分为快速放电阶段和恒压放电阶段,其中在快速放电阶段先将母线电压快速降低到安全电压,然后在恒压放电阶段通过ESO对系统总损耗功率进行估计并前馈补偿,从而将母线电压稳定在安全电压。该放电方法实现了通过电机绕组快速将母线电压降低到安全,而且实现了转速和母线电压的解耦,并且对参数变化具有较强的鲁棒性。再次,针对转速高于最大安全转速时无法通过在d轴施加最大安全电流而将母线电压降低到安全电压,导致基于ESO的母线电容放电方法失效的问题,提出了一种基于电机绕组铜耗最大的母线电容放电方法。首先建立了dq轴电流直接控制下的物理能量流动模型,并分析了dq轴电流对系统能量流动的影响。然后通过求解电流极限圆、转速下降时的电压极限椭圆和再生制动功率小于绕组铜耗功率时的功率极限圆得到三者约束下的dq轴电流轨迹,实现了电机绕组铜耗功率最大。基于电机绕组铜耗功率最大的母线电容放电方法不仅提高了电机绕组的放电功率,缩短了放电时间,而且不会出现电压浪涌等现象。最后,针对电机绕组放电方法放电能力有限,在转速高于最大绕组可放电转速时会出现绕组可放电能量小于母线电压降低到安全电压需要释放能量的情况,造成放电时间会超过规定时间的问题,提出了一种基于自适应滑模功率控制(Adaptive sliding mode power control,ASMPC)的母线电容混合放电方法。为了充分利用泄放电阻的放电能力,泄放电阻放电功率在放电过程中始终保持在最大功率。为了提高放电功率跟踪的动态性能,提出了功率误差自适应趋近律,并对其进行了分析。基于ASMPC的放电方法不仅可以提高放电功率的动态跟踪性能,而且可以减小滑模功率控制器输出的抖振,解决了纯电机绕组放电能力有限的问题。为了便于将所提放电方法应用于工程实际中,对所提基于绕组的放电方法进行了比较和分析,并给出了一种考虑工程需要和电动汽车动力系统参数选择放电策略的原则,便于工程师为电动汽车设计出可靠且具有成本效益的放电系统。
其他文献
随着科学技术的不断发展和工艺制造水平的日益进步,人们对电磁装置的性能要求也逐渐提高。电磁装置的性能取决于装置内电磁场的时、空分布。因此,需要对电磁装置内的电磁场进行时、空设计,而电磁场一般需要借助电磁材料进行调控。超材料是一种通过在传统媒质中嵌入某种几何结构的非自然介质构成的人造材料,具有自然介质所不具备的超常物理特性,可以实现对电磁场和电磁波的调控,在无线传能系统等领域具有广阔的应用前景。然而现
学位
直流微电网能够接纳以光伏为代表的分布式直流可再生能源以及日益增长的直流负荷,降低设备频繁变流的功率损耗,是现行配电网架构下提升可再生能源就地消纳能力的理想方案。然而,对于接入交流配电网末端的直流微电网而言,线路阻抗无法被忽略,并网点的交流配电网呈现出弱电网的特性。同时,直流微电网自身存在低惯性、过流能力弱等特征,在交流弱电网故障情况下,直流微电网的稳定运行和高质量可靠供电面临挑战。基于此,本文围绕
学位
永磁电机采用永磁体替代电励磁电机中的直流励磁绕组,其转矩密度和效率高于电励磁电机,因此在电动汽车、风力发电和航空航天等工业领域具有广泛的应用前景。磁通切换永磁(Flux-Switching Permanent Magnet,简称FSPM)电机是一种定子永磁型电机,该电机的永磁体和电枢绕组都位于定子上,转子结构简单坚固,适合于高速运行场合。但是,FSPM电机的永磁体和电枢绕组在空间上存在竞争关系,限
学位
高光谱图像分类是高光谱技术应用于地质填图、环境监测、植被分析、大气表征、生化检测等领域要解决的重要问题之一。由于高光谱图像像素级别的标注需要消耗高昂的人力成本和时间成本,研究小样本场景下的高光谱图像分类对于推广高光谱技术应用具有重要的现实意义。目前基于深度学习的小样本场景下高光谱图像分类存在缺乏样本信息、特征提取模型泛化性能差等问题,导致分类精度远没达到实际应用的标准。针对上述问题,本文从优化特征
学位
现代电力系统不仅在一次侧的能源结构上与传统电力系统有明显差异,而且在二次侧的测控体系中也发生了深刻的变革。信息技术的革新与进步使得电力系统在可观性与可控性上都有极大提升,进而将发展成为一个绿色低碳、广泛互联、智能互动的智能电网。IEC 61850标准具备高度开放性、扩展性和自描述能力,提供了互换互操作的标准化范式,高度契合了智能电网的建设愿景。因此,该系列标准在智能电网变配电系统中得到了广泛应用,
学位
小扰动稳定是电力系统正常运行的前提。随着风电、光伏等新能源的大规模接入和远距离特高压输电系统的建成,电力系统的不确定性因素日渐增多、随机特性愈发显著,且随之而来的大量电力电子设备也给电力系统的稳定性带来了新的挑战。在这种背景下,以往额定运行点的平衡态计算和稳定性分析已经无法反映系统在各种运行情况下的稳定性,因此必须研究随机场景下的小扰动稳定性,并在此基础上充分调动系统可控资源,以保障系统的稳定性。
学位
学位
在大力发展可再生能源的背景下,现阶段电力系统中存在三种异构电源:基于同步发电机组的传统发电、以可再生能源为主的分布式电源和能量双向流动的储能。随着可再生能源占比的提升,它们的随机性和波动性加剧了系统的低惯量问题和电压调节的难度,也给分布式电源的经济安全运行带来了巨大挑战。充分考虑系统中各种异构电源的特性和优势,通过电源之间的协同配合是应对上述挑战的重要途径。本文以灵活控制的储能和分布式电源为研究对
学位
随着物联网被广泛应用于工业生产、智能制造、国防军工等关键领域,其安全性变得尤为重要。其中电子设备运行时产生的声、光、电、磁等侧信道能够泄漏机密信息,威胁物联网的安全。目前已有相关研究对侧信道进行分析和防护。然而,随着物联网的快速发展,侧信道的研究应考虑物联网设备和业务种类大幅增长引入的新侧信道生成方式、信道形式和作用对象。为此,本文提出综合谱侧信道,即电子设备运行耗电过程产生的功能设计之外的物理信
学位
近年来,计算机技术和网络技术的高速发展,给工业技术带来了新的可能。在工业网络化、工业智能化发展趋势下,多智能体系统的概念应运而生,相关的分布式控制技术也得到了广泛的关注。分布式控制和优化算法是多智能体系统信息分享、融合的方式之一,是多智能体系统完成目标跟踪、任务优化和功率调整的关键技术。然而,目前已有的分布式控制和优化算法在特殊场景或任务下严重依赖全局信息和拓扑结构,这大大降低了算法的灵活性,同时
学位