純電動汽車充電系統(tǒng)穩(wěn)定性與諧波特性研究

【摘要】：純電動汽車充電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與諧波特性隨使用環(huán)境的改變而發(fā)生變化,本文以三相PWM整流器模塊與DC-DC變換器模塊組成的充電系統(tǒng)為研究對象,分析電網(wǎng)分布參數(shù)、動力電池特性、充電模塊數(shù)量的變化對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、瞬態(tài)響應(yīng)、諧波特性的影響,以便為純電動汽車充電系統(tǒng)的設(shè)計提供理論和實踐的支持。 首先,建立了理想工作環(huán)境中的三相PWM整流器在dq坐標系中的降階線性小信號二端口模型與DC-DC變換器在恒壓充電模式與恒流充電模式中的線性小信號二端口模型。理想工作環(huán)境中充電機數(shù)學模型的建立為充電機在非理想工作環(huán)境中的穩(wěn)定性、瞬態(tài)響應(yīng)與諧波特性分析奠定了數(shù)學基礎(chǔ)。 在考慮輸入電源與輸出負載特性的情況下,建立了三相PWM整流器與DC-DC變換器的數(shù)學模型,找出了影響數(shù)學模型穩(wěn)定性的關(guān)鍵因子。針對關(guān)鍵因子分析在理想使用環(huán)境下設(shè)計的充電機在非理想輸入電源與非理想輸出負載的情況下的穩(wěn)定性與瞬態(tài)響應(yīng)如何改變。研究表明：電源的輸出阻抗與負載的輸入阻抗共同作用影響充電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與瞬態(tài)響應(yīng),不同的負載類型對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響程度不同,針對理想使用環(huán)境設(shè)計的充電機要留有足夠的穩(wěn)定裕量才能夠在使用環(huán)境變化時仍然穩(wěn)定。 在充電系統(tǒng)的兩種基本結(jié)構(gòu),即共交流母線結(jié)構(gòu)與共直流母線結(jié)構(gòu)中,建立了三相PWM整流器與DC-DC變換器的數(shù)學模型,找出了影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因子。針對關(guān)鍵因子分析充電機組成充電系統(tǒng)后的穩(wěn)定性與瞬態(tài)響應(yīng)如何改變。研究表明：在交流母線或直流母線容量足夠大時,母線上可以同時穩(wěn)定運行的充電模塊數(shù)量仍然是有限的,該數(shù)量可以使用母線輸出阻抗與充電模塊輸入阻抗比值的根軌跡在虛軸上分岔點處的增益來估計。 建立三相PWM整流器在dq坐標系中的Norton模型,將電網(wǎng)諧波電壓與基波電壓一同轉(zhuǎn)換到dq坐標系中,分析電網(wǎng)輸出阻抗與PWM整流器輸入阻抗相互作用對電網(wǎng)中諧波電壓引起的諧波電流的放大作用。研究表明：電網(wǎng)輸出阻抗與三相PWM整流器的輸入阻抗相互作用會放大電網(wǎng)中某些頻率的諧波電壓成分所產(chǎn)生的諧波電流。 【關(guān)鍵詞】：純電動汽車 充電機 二端口模型 穩(wěn)定性 諧波
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U469.72;TM46
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-24
• 1.1 課題的研究背景及意義10-11
• 1.2 純電動汽車充電系統(tǒng)概述11-14
• 1.2.1 純電動汽車充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)11-13
• 1.2.2 純電動汽車充電模式13-14
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析14-21
• 1.3.1 純電動汽車充電系統(tǒng)模型研究現(xiàn)狀分析14-15
• 1.3.2 純電動汽車充電系統(tǒng)穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀分析15-19
• 1.3.3 純電動汽車充電系統(tǒng)諧波研究現(xiàn)狀分析19-21
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容21-24
• 2 純電動汽車充電機統(tǒng)一線性多端口模型24-66
• 2.1 純電動汽車充電機統(tǒng)一線性端口等效模型24-26
• 2.2 純電動汽車充電機AC-DC模塊統(tǒng)一線性多端口模型26-46
• 2.2.1 三相PWM整流線性多端口模型26-39
• 2.2.2 三相PWM整流器降階線性二端口模型39-46
• 2.3 純電動汽車充電機DC-DC模塊統(tǒng)一線性二端口等效模型46-62
• 2.3.1 DC-DC模塊開環(huán)統(tǒng)一線性二端口模型47-58
• 2.3.2 DC-DC模塊閉環(huán)統(tǒng)一線性二端口模型58-62
• 2.4 動力電池模型62-64
• 2.5 本章小結(jié)64-66
• 3 純電動汽車充電機穩(wěn)定性分析66-112
• 3.1 理論分析66-77
• 3.1.1 純電動汽車充電系統(tǒng)中PWM整流器數(shù)學模型66-71
• 3.1.2 純電動汽車充電系統(tǒng)中DC-DC變換器數(shù)學模型71-77
• 3.2 純電動汽車充電系統(tǒng)阻抗特性分析77-88
• 3.2.1 非理想電網(wǎng)阻抗特性77-79
• 3.2.2 PWM整流器阻抗特性79-82
• 3.2.3 DC-DC變換器阻抗特性82-87
• 3.2.4 動力電池阻抗特性87-88
• 3.3 純電動汽車充電機穩(wěn)定性與動態(tài)響應(yīng)分析88-103
• 3.3.1 PWM整流器穩(wěn)定性與動態(tài)響應(yīng)88-96
• 3.3.2 DC-DC變換器的穩(wěn)定性與動態(tài)響應(yīng)96-103
• 3.4 實驗分析103-110
• 3.5 本章小結(jié)110-112
• 4 純電動汽車充電系統(tǒng)穩(wěn)定性分析112-148
• 4.1 共交流母線結(jié)構(gòu)中充電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與動態(tài)響應(yīng)112-122
• 4.2 共直流母線結(jié)構(gòu)中充電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與動態(tài)響應(yīng)122-140
• 4.2.1 理論分析122-129
• 4.2.2 恒壓充電模式共直流母線系統(tǒng)穩(wěn)定性129-138
• 4.2.3 恒流充電模式共直流母線充電系統(tǒng)穩(wěn)定性138-140
• 4.3 實驗分析140-145
• 4.4 本章小結(jié)145-148
• 5 純電動汽車充電系統(tǒng)諧波分析148-172
• 5.1 諧波分析基礎(chǔ)148-154
• 5.1.1 諧波表示方法148-150
• 5.1.2 諧波度量方法150-152
• 5.1.3 諧波標準152-154
• 5.2 理論分析154-160
• 5.2.1 dq坐標系中的三相PWM整流器154-155
• 5.2.2 dq坐標系中的諧波電壓與諧波電流155-159
• 5.2.3 電網(wǎng)與PWM整流器相互作用對諧波電流的影響159-160
• 5.3 純電動汽車充電系統(tǒng)電流諧波160-168
• 5.3.1 充電機輸入阻抗對電流諧波的影響160-163
• 5.3.2 電網(wǎng)阻抗對電流諧波的影響163-165
• 5.3.3 多臺充電機共交流母線運行對電流諧波的影響165-168
• 5.4 實驗分析168-170
• 5.5 本章小結(jié)170-172
• 6 結(jié)論172-174
• 參考文獻174-180
• 作者簡歷180-184
• 學位論文數(shù)據(jù)集184

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