【摘 要】
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发展电动汽车是解决能源与环境危机的关键途径,已成为重大国际共识,对我国而言意义尤为重大。电动汽车的能量来源于动力电池,充电基础设施是电动汽车发展不可或缺的重要配套基础设施,受到我国政府的强力支持。目前,随着动力电池容量的提升和快速充电需求的提出,电动汽车领域对大功率快速充电系统提出了急迫而重大的需求。国内外高度重视并加快研发大功率充电技术,以追求电动汽车充电过程可与燃油汽车加油体验相媲美。对此,研
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发展电动汽车是解决能源与环境危机的关键途径,已成为重大国际共识,对我国而言意义尤为重大。电动汽车的能量来源于动力电池,充电基础设施是电动汽车发展不可或缺的重要配套基础设施,受到我国政府的强力支持。目前,随着动力电池容量的提升和快速充电需求的提出,电动汽车领域对大功率快速充电系统提出了急迫而重大的需求。国内外高度重视并加快研发大功率充电技术,以追求电动汽车充电过程可与燃油汽车加油体验相媲美。对此,研究直流大功率快速充电系统在电动汽车发展中尤为重要,这不仅可以有效克服电动汽车在推广应用中的“续驶焦虑”,大幅减少充电时间并提高充电便利性,而且可以提高充电基础设施的利用率和产生的效益,直流大功率快速充电系统已成为国际充电市场的未来发展趋势。在对直流大功率快速充电系统的调研后,本文采用了“单相三电平NPC级联整流器（3LNPC-CR）+隔离双向DC-DC变换器”两级拓扑结构的10kV中压配电直流充电系统,以前级单相3LNPC-CR为研究对象,围绕单相三电平NPC整流器（3LNPC-R）中点电位平衡控制和单相3LNPC-CR模块均压控制两个方面进行工作原理分析与模型建立,并提出了相应的调制技术和控制策略,并主要从以下几个方面进行研究分析:首先,介绍单相3LNPC-R的拓扑结构及工作原理,建立出相应数学模型,并分析了单相3LNPC-R中点电位不平衡的产生机理,简化单相3LNPC-R负载不平衡下的数学模型,为之后的中点电位平衡调控策略的研究奠定理论基础。其次,针对中点电位不平衡的问题,提出了一种基于半周期反向矢量的改进型空间矢量调制方法（Half-period Opposite Vector SVPWM,HOV-SVPWM）;同时也介绍了所采用的基于双闭环控制的瞬时电流控制策略。新的调制控制策略可实现单相3LNPC-R在负载平衡和不平衡工况下的中点电位平衡控制。再次,介绍单相3LNPC-CR的拓扑结构及工作原理,建立出相应数学模型,介绍了所采用的多模块载波移相脉宽调制方法,并与提出的HOV-SVPWM算法相结合;同时给出一种基于单模块电压补偿因子的均压控制策略。新的调制控制策略可实现单相3LNPC-CR模块间均压控制的同时,保证模块内中点电位平衡控制。最后,搭建了基于dSPACE实时仿真系统的单相3LNPC-R实验系统,对其软硬件的设计方案进行了详细的介绍,之后通过所搭建的平台实验验证了本文提出的调制策略的有效性和可行性。
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