全球汽車業(yè)共識電動車是產(chǎn)業(yè)的未來方向

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2021-11-1503:55:00閱覽次數(shù):1313[查看網(wǎng)友評論]以“可持續(xù)動力革命”為主題的第二十五屆世界純電動車、混合動力車和燃料電池車大會暨展覽會（EVS25）于11月5日-9日在深圳舉行，350多家企業(yè)參展，全球10多個國家的汽車產(chǎn)業(yè)精英在多場高峰論壇上，探討了各國政府對新能源汽車發(fā)展的政策及國際合作，各企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新與市場營銷，充電基礎(chǔ)設(shè)施與智能電網(wǎng)建設(shè)等議題。

各國政府出臺支持政策

根據(jù)中國已制定的《節(jié)能與新能源汽車發(fā)展規(guī)劃(2021年至2年)》，重點(diǎn)支持純電動汽車，混合動力汽車將對節(jié)能減排起重要作用；中央財政將撥款1000億元支持。另外，《電動汽車科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》也已制訂，2021年，動力電池產(chǎn)能約達(dá)100億Wh。

世界電動車協(xié)會及亞太電動車協(xié)會主席、中國工程院院士陳清泉認(rèn)為，中國應(yīng)走純電動車的跨越式路線，公共交通和小型乘用車市場并行推廣。電動車產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)注重電池、電機(jī)、電控技術(shù)；充電設(shè)施、智能電網(wǎng)及商業(yè)模式。企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和高校要跨領(lǐng)域開發(fā)核心技術(shù)。

然而，業(yè)內(nèi)人士對于發(fā)展路線也有不同的聲音。中國汽車工程學(xué)會常務(wù)副理事長付于武表示，中國新能源汽車應(yīng)該走以純電動車為主，混合動力車和燃料電池車并存的多元化路線。政府要重點(diǎn)支持核心技術(shù)的研發(fā)。

幾位要求不透露姓名的中外企業(yè)高層在論壇期間也表示，中國政府應(yīng)進(jìn)一步明確產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)，這對資金和資源的高效利用很重要。

中國科技部部長萬鋼指出，以純電動、混合動力、燃料電池為代表的電動車，是中國汽車和能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要方向，并開始從研發(fā)與示范階段，進(jìn)入商業(yè)化前期。

汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗室主任、清華大學(xué)教授歐陽明高進(jìn)一步明確了中國新能源汽車的發(fā)展目標(biāo)：包括純電動、混合動力、燃料電池車在內(nèi)，2021年達(dá)到1萬輛，2021年100萬輛，2年1000萬輛。政府針對這三種不同的汽車已經(jīng)在推行很多不同的重點(diǎn)項目。例如，中國2021年建立了第一套汽車交換系統(tǒng)，通過這個系統(tǒng)，不同的車型都可以使用一個交換站更換電池。

中國現(xiàn)在已有45項電動車標(biāo)準(zhǔn)，基于這些標(biāo)準(zhǔn)，共有100多種電動車模型獲得了國家相關(guān)部門頒發(fā)的許可證。有很多新型號等待2021年的正式商用。之后的五年里，將陸續(xù)起草100多項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

歐陽展望2021年動力電池的發(fā)展目標(biāo)時指出，成本將降到2000元/kWh，能量密度提高到120Wh/kg，循環(huán)壽命提高到2000次。另外，在5個試點(diǎn)城市進(jìn)行電網(wǎng)改造，5年內(nèi)建成2000個充電站、40萬個充電樁。

對于國際新能源車市場，萬鋼表示，由于1輛傳統(tǒng)公交車的排放相當(dāng)于40輛私家車的排放，1輛出租車的排放相當(dāng)于6輛私家車的排放，因此，為了節(jié)能減排，中、美、日、歐等國家和地區(qū)均在重點(diǎn)示范推廣純電動車和混合動力車。美國聯(lián)邦政府出資25億美元用于私人購車的減稅；日本政府為購買者提供補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠，同時還為充電設(shè)施建設(shè)提供資金支持；德國政府安排了1.7億歐元支持17個區(qū)域的示范運(yùn)行，并免除電動車五年的稅費(fèi)。目前美國汽車市場上，混合動力車已占3%的份額，日本則超過10%。國際能源署的報告預(yù)測，到2年，全球純電動車和混合動力車的保有量將達(dá)到2000萬輛。

期待國際合作

中國在堅持自主研發(fā)的同時，已經(jīng)與十幾個國家達(dá)成了合作協(xié)議或意向。2021年簽署的中美清潔能源中心第一批項目即將啟動。2021年8月，中德簽署的電動車合作研發(fā)和示范運(yùn)行協(xié)議也進(jìn)入了實(shí)施階段。

2021年7月，在美國G20清潔能源部長會議上，萬鋼等人提出的電動車示范城市的倡議，得到了德國、日本、法國、英國、西班牙、南非和瑞典等國家以及國際能源署的響應(yīng)。10月，中美等國代表在巴黎對落實(shí)這個倡議進(jìn)行了深入討論，EVS25期間，各國代表將進(jìn)一步細(xì)化并確定具體行動方案。

萬鋼代表中國政府宣布，歡迎各國電動車來中國示范運(yùn)行，合資企業(yè)將享受與中國企業(yè)一視同仁的政策，包括節(jié)能汽車的補(bǔ)貼。

據(jù)上海市科委副主任陸曉春介紹，根據(jù)2021年7月在美國華盛頓提出的電動汽車倡議EVI，上海嘉定國際汽車城地區(qū)將成為中國電動汽車國際示范區(qū)。計劃2021年示范2萬輛純電動車，其中私人乘用車1.1萬輛。另外還有一些插入式混合動力汽車，純電動汽車和燃料電池汽車。

示范區(qū)將建15座重?fù)Q電站，2座加氫站，及13000個充電樁。并提供電動車示范所需的維護(hù)、保養(yǎng)等功能。建立電動車試駕中心，幫助潛在購買者更多地了解相關(guān)情況。

示范區(qū)還鼓勵中外電動車廠商參與，進(jìn)行技術(shù)交流，據(jù)此完善各國電動車的政策，分享營銷和推廣模式，探索制定電動車整車評估、基礎(chǔ)設(shè)施和通信協(xié)議的全球標(biāo)準(zhǔn)。

出席EVS25高峰論壇的荷蘭王子MauritsVanOranje表示，2021年底，荷蘭將建設(shè)1萬多個充電站（樁），首都阿姆斯特丹將是重點(diǎn)示范城市，市中心可免費(fèi)充電、停車。政府對于電動車生產(chǎn)企業(yè)和購買者會提供補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠政策。Maurits將荷蘭比喻為全球電動車相關(guān)企業(yè)進(jìn)入歐洲的橋梁，“如果想用電動車征服歐洲，荷蘭將敞開胸懷歡迎。中國廠商應(yīng)抓住時機(jī)與荷蘭一起打開通往歐洲的大門。”中國電動車產(chǎn)業(yè)揚(yáng)帆起航

目前，大型公交車是城市空氣污染的重要來源，每年產(chǎn)生數(shù)億噸的污染物，同時，耗油量也很大。因此，有必要用電動公交車進(jìn)行節(jié)能減排。

繼電動大客車首秀08年北京奧運(yùn)會之后，又有1147輛新能源車服務(wù)2021年的上海世博會。載客1.2億人次，行駛660萬公里，是普通公交車的10倍，且新能源汽車的完好率超過98%。

本次EVS25大會上，中外車商推出了眾多新能源車。比亞迪的純電動客車K9，采用磷酸鐵鋰電池，續(xù)駛里程達(dá)到300公里，百公里帶空調(diào)耗電量為120kWh，中速充電，6個小時充滿；快速充電，3個小時充滿；快充30分鐘達(dá)到50%的容量。另外車上有一個太陽能電池板，可在行駛過程中給電池充電。

圖1比亞迪純電動客車K9的性能優(yōu)勢

純電動出租車e6采用綠色環(huán)保的ET-POWER鐵鋰電池，其內(nèi)含的化學(xué)物質(zhì)可在自然界以無害方式分解吸收，解決了二次回收問題。續(xù)駛里程同樣為300公里，百公里帶空調(diào)耗電量為21.5kWh。使用3C快速充電，15分鐘達(dá)到80%的容量，中充1.5小時充滿，慢充4小時充滿。

比亞迪總裁王傳福表示，中國目前在公路上行駛的公交車約50萬輛，出租車約120萬輛。兩者耗油量約為2800萬噸石油，占全國汽車成品油耗的20%以上。另外，1輛公交車相當(dāng)于40輛私家車的耗油輛和排污量，1輛出租車相當(dāng)于10輛私家車的耗油量和排污量。若用純電動車替代燃油車，節(jié)能減排效果應(yīng)很顯著。

例如，從比亞迪公開的用純電動車替代香港、深圳傳統(tǒng)公交車和出租車之后的二氧化碳減排效果估算數(shù)據(jù)來看。在香港，公交車可減排二氧化碳310萬噸，出租車可減排63萬噸，二者合計可減排373萬噸，降低整個城市排放的62%。在深圳，公交車可減排200萬噸，出租車可減排39萬噸，合計可減排240萬噸，降低整個城市排放的32%

成本方面，純電動客車K9每年耗電約6.4萬元（按0.6元/kWh，250公里/天計算），而普通燃油大巴一年耗油22.1萬元（按6.2元/升，40升/天計算）。每年節(jié)油15.7萬元。8年的壽命周期可省125.6萬元。純電動出租車e6每年耗電約2100元，燃油車出租車一年耗油9.2萬元。5年的壽命周期可省35萬元。

據(jù)了解，比亞迪現(xiàn)在已建了5座充電站，包括交直流充電。另外還在開發(fā)大容量蓄電池，將價格低廉的夜間電力儲存在蓄電池中，供白天使用。

此外，比亞迪正在開發(fā)太陽能電池，今后打算“每年使太陽能電池的制造成本降低10％”，王傳福表示。

在深圳，除了比亞迪外，五洲龍也已開始新能源車的商業(yè)推廣。董事長張景新表示，五洲龍的混合動力公交車，已出口美國、菲律賓和澳門。目前正在策劃與英國亞歷山大丹尼斯的技術(shù)合作。五洲龍在深圳將建立33個充電站，有上千個充電隊服務(wù)于新能源汽車。

廣汽集團(tuán)的混合動力和純電動客車正在為2021年廣州亞運(yùn)會提供服務(wù)。其中，混合動力車可以達(dá)到30%以上的減排效果，純電動客車?yán)m(xù)航里程超過了170公里。

廣汽集團(tuán)汽車工程研究院院長黃向東透露了2021年的開發(fā)目標(biāo)，將實(shí)現(xiàn)具有自動起停功能的微混系統(tǒng)量產(chǎn)，并且盡快過渡為自主品牌乘用車的標(biāo)準(zhǔn)配置。2021年底，將完成B級中重度混動、插電式兩種車型的研發(fā)，開始量產(chǎn)。然后把上述混合動力插電式技術(shù)推廣到“十二五”期間推出的A、B、C級車型上，包括其他各級車型都要實(shí)現(xiàn)電動化。另外，A級和B級平臺將實(shí)現(xiàn)所有兼容性純電動，傳統(tǒng)車型平臺上實(shí)現(xiàn)純電動。同時，還要開發(fā)和量產(chǎn)A00和A0級小型純電動車。

同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院院長余卓平教授在談到中國市場小型電動車商業(yè)化問題時表示，目前，15kWh～20kWh的小型電動車成本約為4～5萬元，加上電費(fèi)，以10萬公里計算，可與燃油車的費(fèi)用大體平衡。應(yīng)該不會出現(xiàn)消費(fèi)者提前為高價電動車買單的情況。這部分市場現(xiàn)在已經(jīng)可以起步了，但今后5年的發(fā)展很關(guān)鍵。

中國車企要向外國同行學(xué)習(xí)

科技部部長萬鋼指出，目前中國電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展成果部分得益于國際交流與合作。其實(shí)，汽車技術(shù)有較大的傳承性，中國企業(yè)在這方面的技術(shù)積累還不夠，雖然電動車的發(fā)展可以彌補(bǔ)部分劣勢，但是很多國外企業(yè)進(jìn)入電動車市場較早，因此有很多技術(shù)經(jīng)驗與理念值得中國同行學(xué)習(xí)和借鑒。

“日產(chǎn)專注于純電動車的一個理由是，它可以采用可再生能源并實(shí)現(xiàn)零排放?！比债a(chǎn)汽車能源與環(huán)境技術(shù)部工程總監(jiān)上田昌則在EVS25高峰論壇上表示。

聯(lián)合國氣侯委員會IPCC的研究報告顯示，為了把氣溫上升控制在2℃以內(nèi)，必須把大氣中的二氧化碳濃度控制在450ppm以下。這意味著，2050年，汽車的二氧化碳排放量要比2000年減少90%。若只用內(nèi)燃機(jī)，最多能減30%。若采用混合動力車，能減50%左右。因此，需要零排放的燃料電池車和純電動車。

對于不穩(wěn)定的太能能與風(fēng)能等可再生能源，需要大型儲能設(shè)備存儲。日產(chǎn)的電動車智能電網(wǎng)構(gòu)想側(cè)重于智能家庭。例如，把夜間低谷的電能和太陽能發(fā)電的電能儲存到電動車上，用于家庭用電需求，做到自給自足的循環(huán)。這種做法既環(huán)保又經(jīng)濟(jì)。圖2純電動車與可再生能源交換電能

大型太陽能設(shè)備發(fā)出的電能可以傳輸?shù)酵＼噲龅碾妱榆嚿?，電動車把電能傳送給有需求的家庭或辦公樓等。這需要采用通信技術(shù)控制電動車的自身管理。目前，日產(chǎn)的IPS通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正在實(shí)驗室進(jìn)行開發(fā)。

另外，動力電池的循環(huán)利用，可以在環(huán)保的同時，降低電池成本。這方面，日產(chǎn)與日本的一家電池回收技術(shù)公司有合作。對于交通結(jié)構(gòu)及減排問題，在二氧化碳排放總量中，城市的排放量占到了總體的70%以上。因此，在城市中心普及純電動車，可有效減少城市二氧化碳排放總量，還可解決交通擁堵問題。

據(jù)了解，日產(chǎn)Leaf純電動車將于2021年進(jìn)入中國，在武漢試運(yùn)行。另外，燃料電池版奇駿SUV將根據(jù)情況適時進(jìn)入商用。

由于認(rèn)為目前電池技術(shù)不夠成熟，無法支持長距離駕駛，豐田與日產(chǎn)實(shí)行了不同的新能源汽車路線。第一代普銳斯的主任設(shè)計工程師、現(xiàn)任豐田汽車副總裁的內(nèi)山田竹志表示，混合動力技術(shù)是豐田的核心技術(shù)。2021年4月，廣汽豐田已開始在中國生產(chǎn)混合動力版凱美瑞。另外，對于短距離行駛，豐田也推出了純電動車。

內(nèi)山田表示，可以說插電式混合動力車是混合動力車和純電動車融合的產(chǎn)物。其最大優(yōu)勢是行駛、節(jié)能和經(jīng)濟(jì)性。在汽車充滿電以后，插電式混合動力車可以依靠電池驅(qū)動行駛20公里。其最大的時速可以達(dá)到100公里/小時。電能用完后，發(fā)動機(jī)被啟動，該車就變成了一臺傳統(tǒng)的混合動力車。駕駛者遠(yuǎn)程出行時也不用擔(dān)心電池的剩余電量，或者是否有充電設(shè)施。

氫能也是替代燃料的一個重要侯選者，豐田正在開發(fā)混合動力燃料電池車，逐步解決續(xù)航里程以及寒冷條件等技術(shù)挑戰(zhàn)。計劃在2021年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化推廣。

另外，德國大眾汽車中國總裁兼CEOKarlThomasNeumann博士表示，高爾夫電動車將于2021年推向市場。

在電力驅(qū)動方面，中德合資的聯(lián)合汽車電子公司電力驅(qū)動業(yè)務(wù)部總經(jīng)理IngoRamesohl闡述了電動車剎車系統(tǒng)技術(shù)。電動車與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)的剎車系統(tǒng)不一樣，電動車或插電式混動車的電動機(jī)沒有真空機(jī)，需要給剎車系統(tǒng)提供一個真空環(huán)境，用電能來制造這種效果。而且，這些電機(jī)的輸出值并不是一個連續(xù)值，剎車扭矩是可變的。聯(lián)合汽車電子的RBS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)一個替代性的剎車系統(tǒng)，重新計算剎車要求和電力儲備，以及這些發(fā)動機(jī)的剎車扭矩要求，可以節(jié)省25%的能源。另外，CRBS技術(shù)主要用在電動車上，節(jié)能可達(dá)50%以上。準(zhǔn)備2021年由中國的幾個代工廠實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。低壓大電流狀態(tài)下微型電動汽車用開關(guān)磁阻電動機(jī)的設(shè)計與控制的可靠運(yùn)行,一般在低速時采用電流斬波控制的運(yùn)行方式,在高速時采用角度位置控制的運(yùn)行方式,下面主要介紹這兩種運(yùn)行方式下的特點(diǎn)。1.電流斬波控制方式電機(jī)低速運(yùn)行時,為防止因電流過大而損壞功率開關(guān)元件和電機(jī),必須采用限流措施,如圖2.3、2.4所示。由圖2.3知,眈。和眈分別是觸發(fā)角和關(guān)斷角,其值可以固定也可以改變;L眈與k。分別是電流斬波控制的電流上下限的值,控制器在電流達(dá)到上限值時,關(guān)斷主開關(guān)器件,并在電流減小到下限值時重新開通主開關(guān)器件,通過改變電流上下限值來調(diào)節(jié)SRM輸出轉(zhuǎn)矩,同時實(shí)現(xiàn)速度的閉環(huán)控制。由圖2.4知,此圖表示的是觸發(fā)角為零度、關(guān)斷角為30度時,不同的電流值下,電機(jī)的輸出的機(jī)械特性,由此可以看出當(dāng)電機(jī)角速度固定不變時,電流值越大,其輸出轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)的越大;當(dāng)電流值一定時,不同的角速度對輸出轉(zhuǎn)矩的變化影響不大。圖2.3運(yùn)行時磁鏈和電流波形/_、莛乏、-一、h204萬12萬20萬Dl(radJ一1圖2.4CCC控制下r=/(Q特性Fig.2.3FluxandcurrentwaveformsduringthenmningFig.2.4T=廠(QCharacteristicsundertheCCCcontrol2.角度位置控制方式為了提高輸出轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)速Q(mào)以平方關(guān)系下降,在外施電壓不變的情況下,只有通過調(diào)整觸發(fā)角與關(guān)斷角來改變轉(zhuǎn)矩的運(yùn)行方式,即為角度位置控制方式。如圖2.5所示,此圖為8/6極7.5KW的SRM的轉(zhuǎn)矩與觸發(fā)角、關(guān)斷角的14低壓大電流狀態(tài)下微型電動汽車用開關(guān)磁阻電動機(jī)的設(shè)計與控制這種滑動的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)來減少轉(zhuǎn)矩脈動。弗羅里達(dá)州立大學(xué)的FletcherFlemingt521,提出粒子群優(yōu)化方法控制轉(zhuǎn)矩脈動,鑒于耦合因素的考慮,通過優(yōu)化相電流減小銅耗達(dá)到給定轉(zhuǎn)矩,來實(shí)現(xiàn)減小轉(zhuǎn)矩脈動的目標(biāo)。此J'l-Dn拿大的DongyunLu提出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動的減小【531,即采用前饋反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的直接逆控制,以減少在低速時的轉(zhuǎn)矩脈動,其控制方式較為簡單,易于實(shí)現(xiàn),動作速度快。上述減小轉(zhuǎn)矩脈動的方法或策略,可以概括為兩個方面,一是通過改變電機(jī)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn),另一個是采用不同的控制策略,改變某一或多個參數(shù)變量,進(jìn)而達(dá)到減小轉(zhuǎn)矩脈動的目的。3.3SRM開關(guān)角的優(yōu)化和性能分析ANSOFT是基于電磁場方面的仿真分析,能對開關(guān)磁阻電動機(jī)的性能進(jìn)行初步分析,雖然含有外電路模塊,但就控制策略方面具有很大的局限性。若開關(guān)磁阻電動機(jī)采用非線性電路和非線性控制策略的話,難以用傳統(tǒng)的電機(jī)理論和方法描述并計算其系統(tǒng),目前分析開關(guān)磁阻電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)主要采用準(zhǔn)線性模型、線性模型和非線性仿真方法三種。MATLAB/Simulink含有SRM模塊,控制方式比較靈活,因此本章將利用MATLAB/Simulink建立開關(guān)磁阻電動機(jī)線性模型,對其控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析,以選擇優(yōu)化的開關(guān)角來減小在運(yùn)行時的轉(zhuǎn)矩脈動。3.3.1基于MATLAB的SRM驅(qū)動控制系統(tǒng)的建?！甠’對開關(guān)磁阻電動機(jī)及其控制系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真是驗證電機(jī)性能的一種手段,是系統(tǒng)前期設(shè)計的有效途徑之一,同時也是驗證控制策略正確與否的一個重要方法。MATLAB是專門為計算機(jī)解決數(shù)學(xué)問題的一種軟件,已成為目前科學(xué)計算和系統(tǒng)仿真普遍使用的軟件工具。Simulink是MATLAB軟件中的一個模塊,它能夠?qū)ξ⒎址匠踢M(jìn)行求解,還可以提供各種可用于控制系統(tǒng)仿真的模塊,支持控制系統(tǒng)仿真,尤其還能提供各種工程中使用的電機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等模塊集;Simulink具有十分強(qiáng)大的功能,可利用本身或模塊集對任意復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行仿真,使用起來簡單方便,它使得動態(tài)系統(tǒng)仿真的實(shí)現(xiàn)非常方便,對系統(tǒng)的隨機(jī)因素和非線性因素的研究十分直觀[54-56】。SRM的驅(qū)動仿真系統(tǒng)如圖3.3所示。由圖3.3知驅(qū)動系統(tǒng)模型主要包括:功率變換器模塊,速度PI調(diào)節(jié)模塊,江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文的變化較小?？梢娡ㄟ^優(yōu)化開通與關(guān)斷角,能達(dá)到減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動目的。3.4本章小結(jié)本章首先從理論上詳細(xì)分析了轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生的原因,敘述了目前國外常用的控制轉(zhuǎn)矩脈動減小的策略,并構(gòu)建了開關(guān)磁阻電動機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng),對開關(guān)角度進(jìn)行優(yōu)化和仿真,仿真結(jié)果表明采用優(yōu)化的開關(guān)角度能夠減小轉(zhuǎn)矩的脈動,達(dá)到預(yù)期的效果。39低壓大電流狀態(tài)下微型電動汽車用開關(guān)磁阻電動機(jī)的設(shè)計與控制壓的一半,因此僅適用于相數(shù)為4的整數(shù)倍的開關(guān)磁阻電動機(jī),控制不夠靈活。一般廣泛應(yīng)用在要求不高的調(diào)速領(lǐng)域中。(aH橋式功率變換器電路Fig.(aCircuitoftheHbddgepowerconvener(b具有(n+1開關(guān)器件功率變換電路Fig.(bCircuitofthepowerconverterwith(n+1switchingdevices(C不對稱半橋型功率變換電路Fig.(cCircuitofasymmetricalhalf-bfidgepowerconverter圖4.2功率變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.4.2Topologyofpowerconverter圖4.2(b為(n+1型功率變換器,這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是一個開關(guān)為各相所公用,對于,z相繞組開關(guān)磁阻調(diào)速系統(tǒng),該類型的功率變換器需要(玎+1個開關(guān)42第26卷第3期武漢理工大學(xué)學(xué)報?信息與管理工程版Vol.26No.32004年6月JOURNALOFWUT(INFORMATION&MANAGEMENTENGINEERINGJune2004文章編號:1007-144X(200403-0173-03汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略的探討張昌華,王勇,鄧楚南(武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院,湖北武漢430070摘要:介紹了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成及原理,提出了助力電動機(jī)的模糊控制策略,并和PD控制策略做了比較。仿真結(jié)果表明,對于路面沖擊而言,采用模糊控制策略的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)比采用PD控制的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以更快地穩(wěn)定。關(guān)鍵詞:汽車;電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng);模糊控制中圖法分類號:U463.444文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A由于動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)向操縱靈活、輕便,并可吸收路面對前輪產(chǎn)生的沖擊等優(yōu)點(diǎn),自20世紀(jì)50年代以來在各國汽車上開始普遍應(yīng)用?，F(xiàn)今液壓助力轉(zhuǎn)向器(HPS是以內(nèi)燃機(jī)作為動力的汽車助力轉(zhuǎn)向器的主流。但是傳統(tǒng)的HPS需要持續(xù)的能量消耗,降低了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。同時其復(fù)雜的液壓系統(tǒng)具有助力特性不可調(diào)整、污染環(huán)境、維修不便等缺點(diǎn)。20世紀(jì)80年代開始研究的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS,它與HPS相比,具有助力大小可調(diào)、環(huán)保、耗能低和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),極具發(fā)展前景。筆者先介紹了EPS的組成原理,然后建立數(shù)學(xué)模型對其電動機(jī)的兩種控制策略進(jìn)行了對比分析。1電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成原理圖1為齒輪2齒條式EPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖。它在原機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增加了車速傳感器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器、電子控制器、電動機(jī)及其傳動機(jī)構(gòu),直接利用電動機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)向軸提供助力轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器測量轉(zhuǎn)矩與方向盤轉(zhuǎn)角大小并和車速信號一起送入電子控制器?？刂破鞲鶕?jù)得到的信號判斷是否助力以及助力的方向。若需要助力,則依照既定的控制策略計算電機(jī)助力轉(zhuǎn)矩的大小并輸出相應(yīng)控制信號給驅(qū)動電路。后者提供相應(yīng)的電壓或者電流給電動機(jī)。電動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩通過傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動從而實(shí)現(xiàn)助力作用。圖1電動轉(zhuǎn)向器組成框圖由此可以看到,正是由于有了電子控制器,較傳統(tǒng)的HPS,EPS的助力大小可以根據(jù)控制策略調(diào)整,這給設(shè)計性能優(yōu)異的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供了可能。一個好的控制策略可以使駕駛員的作用力大小適當(dāng)、路感良好并使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)響應(yīng)快速、阻尼特性好。2電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動力學(xué)方程文獻(xiàn)[2]中提出了一個電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。利用這個模型來比較一下PD和Fuzzy兩種控制策略對系統(tǒng)的時域響應(yīng)。為了便于研究小齒輪負(fù)荷與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)矩的關(guān)系,該模型假設(shè)轉(zhuǎn)向盤固定,然后計算和分析從小齒輪所受到的脈沖負(fù)荷到把持轉(zhuǎn)向盤不動所需轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)特性。系統(tǒng)的動力學(xué)模型可歸納為如下的二階方程:JcpΗ¨p+(Bl+KaKbN2RΗp+KsΗp=NKaRU-Tcxt(1收稿日期:2004-02-09.作者簡介:張昌華(1975-,男,湖北武漢人,武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院碩士研究生.基金項目:教育部重點(diǎn)科研資助項目(02175.式中,Jcp為折算到小齒輪上的總轉(zhuǎn)動慣量,包括電動機(jī)、減速機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向小齒輪的當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量;Tcxt為路面作用于小齒輪軸的轉(zhuǎn)矩(負(fù)荷力矩;Ηp為小齒輪轉(zhuǎn)角;U為端電壓;其余各個符號的意義及常見參數(shù)如表1所示。表1某電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)參數(shù)總轉(zhuǎn)動慣量Jcpkg?m扭桿剛度KsNm(°當(dāng)量阻尼系BlNm?s電樞電阻R8反電動勢常數(shù)KbV?srad減速機(jī)構(gòu)減比N轉(zhuǎn)矩常數(shù)KaNmA0.061.570.30.10.02250.02由式(1可以求解到,當(dāng)小齒輪受到來自路面的作用力時,欲保持轉(zhuǎn)向盤固定不動,駕駛員需作用在轉(zhuǎn)向盤上的轉(zhuǎn)矩Tsw=-KsΗp。3PD和Fuzzy控制策略的系統(tǒng)時域響應(yīng)3.1PD控制策略令電動機(jī)的控制電壓為:U=-Kp(Ηp-Ηsw-Kd(Ηp-Ηsw(2式中,Kp為比例控制系數(shù);Kd為微分控制系數(shù)。式(2中在方向盤固定的情況下令Ηp=0、Ηp=0,帶入式(1,可得JcpΗ¨p+(Bl+KaKbN2R+NKaKdRΗp+(Ks+NKaKpRΗp=-Tcxt(3這是一個標(biāo)準(zhǔn)的二階微分方程.系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)增益和阻尼特性已由方程的系數(shù)所決定。因此通過選擇Kp、Kd可以使系統(tǒng)對于外界輸入有良好的響應(yīng)。3.2Fuzzy控制策略本設(shè)計采用了單輸入單輸出模糊控制器,其輸入量分別取為扭矩傳感器的輸出值(駕駛員手感力矩及輸出值的變化,輸出量是作用在電動機(jī)上的電壓。輸入量的論域都取為[-66],語言變量值為{PbPmPsP0N0NsNmNb}和{PbPmPs0NsNmNb};輸出量的論域考慮到蓄電池電壓取為[-1212],相應(yīng)的語言變量值為{PbPmPs0NsNmNb}。語言變量值的隸屬度函數(shù)選用梯形和三角形?？刂埔?guī)則選用Mamdani控制規(guī)則,如表2所示。在仿真過程中可以看出,規(guī)則表的制定、隸屬度函數(shù)的確定和量化因子的選擇都對仿真結(jié)果有著很大的影響。筆者的目的是通過仿真來說明模糊控制和PD控制相比有它的優(yōu)點(diǎn),因此有可能作為一種實(shí)際控制策略應(yīng)用到電動助力轉(zhuǎn)向中去。實(shí)際工作中應(yīng)該根據(jù)理論計算或者試驗結(jié)果來合理地確定模糊控制策略中的論域、隸屬度函數(shù)、量化因子和控制規(guī)則表。表2控制規(guī)則表EECPbPmPs0NsNmNbPbNbNbNbNbNmNmNsPmNbNbNbNmNsNs0PsNbNbNmNs0PsPsP0NbNmNsNs0PsPmN0NmNs0PsPsPmPbNsNsPs0PsPmPbPbNm0PsPsPmPbPbPbNbPsPmPmPbPbPbPb3.3仿真結(jié)果及其分析利用表1的數(shù)據(jù)對上述2個控制策略做了脈沖輸入仿真比較。脈沖輸入的時域響應(yīng)仿真結(jié)果如圖2所示。圖2中虛線是采用PD控制的脈沖輸入時方向盤上的力矩響應(yīng),實(shí)線是采用Fuzzy控制時的響應(yīng)。圖2脈沖輸入的時域響應(yīng)仿真結(jié)果從該仿真結(jié)果可以看出,二者都對地面沖擊信號有較好的抑制作用。在初始階段幅值基本相等,這是因為兩者都用了蓄電池能提供的最高電壓12V施加給了電動機(jī)。從0.012s開始,Fuzzy控制的電動機(jī)開始以更快的速度下降。0.03s時Fuzzy控制穿過了零點(diǎn),而PD控制的電機(jī)在471武漢理工大學(xué)學(xué)報?信息與管理工程版2004年6月0.045s時才穿過零點(diǎn)。通過放大該圖可以看到:在0.08s時Fuzzy控制策略的駕駛員手感力矩為零,而PD控制策略的駕駛員手感力矩直到0.18s時才為零。因此用Fuzzy控制策略的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以比采用PD控制策略的系統(tǒng)其響應(yīng)更快.而在EPS系統(tǒng)中,需要的助力特性就是電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩能夠以最快的速度無脈動地響應(yīng)駕駛員作用的轉(zhuǎn)矩。仿真結(jié)果表明,Fuzzy控制是符合這一要求的。必須再次指出,要在EPS中采用Fuzzy控制策略就必須有大量的試驗數(shù)據(jù)或者精確的汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的仿真結(jié)果。在這個基礎(chǔ)上考慮各種汽車各種運(yùn)行特殊情況(如方向盤撒手時的轉(zhuǎn)向回正,地面脈沖干擾和傳感器噪聲干擾,系統(tǒng)參數(shù)如電機(jī)電阻、蓄電池電壓發(fā)生變化等之后制定的控制規(guī)則才可能滿足實(shí)際EPS系統(tǒng)運(yùn)行的需要。圖3電動機(jī)目標(biāo)電壓圖3是根據(jù)控制策略和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器輸入的駕駛員作用力矩計算得到電動機(jī)目標(biāo)電壓。其中實(shí)線采用的是Fuzzy控制策略,虛線采用的是PD控制策略。從該圖看到,之所以Fuzzy控制的手感力矩下降快是因為在該時間段內(nèi)作用在電動機(jī)上的目標(biāo)電壓高于PD控制策略計算的目標(biāo)電壓。4結(jié)論筆者通過仿真初步探討了汽車電動助力系統(tǒng)的兩種控制策略。可以看到,Fuzzy控制策略相對于PD控制策略有它響應(yīng)迅速的優(yōu)點(diǎn)。Fuzzy控制可以按照經(jīng)驗或者試驗數(shù)據(jù)制定控制規(guī)則來控制受控對象,同時具有對參數(shù)變化不敏感、可以解決非線性問題、軟件編寫和修改簡單等優(yōu)點(diǎn)。而對于汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)而言,由于地面附著系數(shù)、汽車車速、輪胎狀況、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)摩擦和間隙等因素的影響,要提出一個在各種運(yùn)行工況下都能滿意工作的電動機(jī)助力控制策略是非常困難的。因此,在大量試驗的基礎(chǔ)上通過精心設(shè)計的Fuzzy控制器是有可能應(yīng)用于汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制中的。參考文獻(xiàn):[1]李友善,李軍.模糊控制理論及其在過程控制中的應(yīng)用[M].北京:國防工業(yè)出版社,1993.[2]ChenJS.ControlofElectricPowerSteeringSys2tems[J].SAETransactions,1998(1116:1702-1704ApplicationofVirtualInstrumentTechnologyinaTestandControlSystemofChassisDynamometersZhangChanghua,WangYong,DengChunanAbstract:Atestandcontrolsystembasedonthevirtualinstrumenttechnologyforthevehicledynamictestofachassisdynamometerisdevelopedafterastudyandanalysisofthetestandcontrolsystemstructureofthetraditionalchassisdy2namometer.Thestructureofthedataacquisitionsystem,theprinciplesofthevehicledrivingforcesimulationandthegraphicprogrammingofthetestandcontrolsystemareintroduced.Theprogramanditscharacteristicsofthedevelopedsystemareanalyzed.Keywords:virtualinstrument;chassisdynamometer;LabVIEWZhangChanghua:Postgraduate;SchoolofAutomotiveEngineering,WUT,Wuhan430070,China.[編輯:王志全]571第26卷第3期張昌華等:汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略的探討＠時能明顯減小濾波器的體積和重量。參考文獻(xiàn)：電力自動化設(shè)備－ｐｈａｓｅＬＣＬ－ｆｉｌｔｅｒｂａｓｅｄａｃｔｉｖｅｒｅｃｔｉｆｉ日ｗｉｔｈｏｕｔＡｎｎｕａｌＭｅｅｔｉｎｇＩＥＥＥＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ２００３（３）：１５５２—１５５７．第３０卷ｄａｍｐｉｎｇ［ｃ］／／ＸＡＳＳｏｃｉｅｔｙ．［Ｓ．１．］：ＩＥＥＥ。ａｎｄｃｏｎｔｒｏｌ［１０］ＬＩＳＥＲＲＥ［１］ＷＥＩＬ，ＬＩＰＯＴＡ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆ９－ｓｗｉｔｃｈｄｕａｌ—ｂｒｉｄｇｅｍａｔｒｉｘｃｏｎｖｅｒｔｅｒｏｐｅｒａｔｉｎｇｕｎｄｅｒｌｏｗｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒ［Ｃ］／／ＩＡＳａｌｌ—ｎｕａｌＭｅｅｔｉｎｇ．ＩＥＥＥＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆａｎＭ，ＢＬＡＡＢＩＥＲＧＦ，ＨＡＮＳＥＮＳ．ＤｅｓｉｇｎＬＣＬ．ｆｉｌｔｅｒｂａｓｅｄｔｈｒｅｅ．ｐｈａｓｅａｃｔｉｖｅｏｎｒｅｃｔｉｆｉｅｒｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥｔｈａｔＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００５，４１（５）：１２８１－１２９１．ｍｅｔｈｏｄｆｏｒＤＣ．ＤＣｏｎｃｏｎｖｅｒｔｅｒＳｏｃｉｅｔｙ．［Ｓ．１．］：ＩＥＥＥ，ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ［１１］ＤＡＨＯＮ０ｈａｓａｎＰＡ．Ａｏｕｔｐｕｔｃｏｎｔｒｏｌ２００３：１７６—１８１．［２］ＫＬＵＭＰＮＥＲｕｎｂａｌａｎｃｅｄＣ．Ａｖｏｌｔａｇｅｈｙｂｒｉｄｉｎｄｉｒｃｔｍｔｒｉｘｉｍｍｕｎｅｌｏｓｓｅｓｔｏｒｅｓｉｓｔｏｒａｎｄｃｏｎｃｅｐｔｓ『ｃ１／／２００４ＩＥＥＥ３５ｔｈＡｎｎｕａｌＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏ－ＬＣＬｆｉｌｔｅｒｂａｓｅｄｎｅｗｖｉｒｔｕａｌｃａｐａｃｉｔｏｒｓｕｐｐｌｙ，ｗｉｔｈｒｅｄｕｃｅｄｓｗｉｔｃｈｉｎｇａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｄｖｏｌｔａｇｅｔｒａｎｓｆｅｒｒａｔｉｏｎ［Ｃ］ｆｆＴｗｅｎｔｙ—ＦｉｒｓｔａｎｄＡｎｎｕｍＩＥＥＥｎｉｃｓＳｐｅｃｉａｌｉｓｔｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．Ａａｃｈｅｎ．Ｇｅｒｍａｎｙ：ＩＥＥＥ，２００４：３６４２．Ａｐｐｌｉｅｄ［３］ＫＯＬＡＲｄｉｎｇｓｏｆＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［１２］宋強(qiáng)，劉文華，嚴(yán)干貴，等．大容量ＰＷＭ電壓源逆變器的ＬＣ濾波器設(shè)計［Ｊ］．清華大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，２００３，４３（３）：３４５－３４８．ＳＯＮＧｈｉｇｈ－ｐｏｗｅｒＰＷＭｖｏｌｔａｇｅｓｅｎｒｃｅＥｘｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｄａｌｌａｓ，＂ＩＸ。ＵＳＡ：ＩＥＥＥ，２００６：１４２?１４８．ＪＷ，ＢＡＵＭＡＮＮＡｃ．Ｄｃ．ＡｃＩＥＥＥＭ，ＳＣＨＡＦＭＥｌ咖ＲＦ，ｅｔａ１．Ｎｏｖｅｌｔｈｒｅｅ．ｐｈａｓｅｓｐａｒｓｅｍａｔｒｉｘｃｏｎｖｅｒｔｅｒ［ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅ—Ｑｉａｎｇ，ＬＩＵＷｅｎｈｕａ，ＹＡＮＧａｎｇｕｉ．ＬＣｆｉｌｔｅｒｄｅｓｉｇｎｆｏｒｉｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｉｎｇｈｕａ１７ｔｈＡｐｐｌｉｅｄＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００３，４３（３）：３４５—３４８．Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ．［Ｓ．１．］：ＩＥＥＥ，２００２：７７７－７９１．［４］ＣＬＵＭＰＮＥＲＣ，ＢＬＡＡＢＪＥＲＧＦ．Ｔｗｏ－ｓｔａｇｅｍａｔｒｉｘｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ａｎａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｔｏｔｈｅｍａｔｒｉｘｃｏｎｖｅｒｔｅｒ［Ｃ］∥ｌＥＥＰｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌＮｅｔ．ｗｏｒｋｓｏｎ［１３］張憲平，李亞西，潘磊，等．三相電壓型整流器的￡ＣＬ型濾波器分析與設(shè)計［Ｊ］．電氣應(yīng)用，２００７，２６（５）：６５．６８．ＺＨＡＮＧＸｉａｎｐｉｎｇ，ＬＩＹａｘｉ，ＰＡＮＬｅｉ，ｅｔａ１．Ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｆｉｌｔｅｒｆｏｒｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅｖｏｌｔａｇｅ８０ｕｒｅｅＰｏｗｅｒＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｌｏｎｄｏｎ，ＵＫ：ＩＥＥ，ｏｆ￡乳ｔｙｐｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒ…．２００３：６１－６９．ＥｌｅｃｔｒｏＴｅｃｈｎｉｃａｌＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，２００７，２６（５）：６５—６８．［５］王江，孫勝紅，趙忠堂．電壓不平衡時三相矩陣交一交變頻線側(cè)電流諧波分析［Ｊ］．中國電機(jī)工程學(xué)報，２００１，２１（４）：７０－７４．ＷＡＮＧｈａｒｍｏｎｉｃｏｕｔｐｕｔ［１４］陳瑞，周梁，韋忠朝．基于雙環(huán)控制的ＰＷＭ逆變器的研究［Ｊ］．通信電源技術(shù)，２００６，２３（１）：１９．２１．ＣＨＥＮＲｕｉ．ＺＨＯＵＬｉａｎｇ．ＷＥＩＪｉａｎｇ，ＳＵＮａｎａｌｙｓｉｓｉｎＳｈｅｎｇｈｏｎｇ，ＺＨＡＯＺｈｏｎｇｔａｎｇ．Ｉｎｐｕｔｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｃｕｒｒｅｎｔＺｈｏｎｇｅｈａｎ．Ｓｔｕｄｙｏｆｉｎｖｅｒｔｅｒｍａｔｒｉｘｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｕｎｄｅｒｉｎｐｕｔ／ｗｉｔｈｄｕａｌ?ｌｏｏｐ２３（１）：１９．２１．ｃｏｎｔｒｏｌ［ＪＪ．ＴｅｌｅｃｏｍＰｏｗｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，２００６，ｕｎｂａｌａｎｃｅ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２００１，２１（４）：７０．７４．［１５］李建林，王立喬．三相電壓型變流器系統(tǒng)靜態(tài)數(shù)學(xué)模型［Ｊ］．電工技術(shù)學(xué)報。２００４。（７）：１１．１５．ＬＩＪｉａｎｌｉｎ．ＷＡＮＧ［６］鄧文浪，楊欣榮，朱建林．１８開關(guān)＇ＩＳＭＣ的空間矢量調(diào)制策略及其仿真研究［Ｊ］．中國電機(jī)工程學(xué)報，２００５，２５（１５）：８４－９０．ＤＥＮＧＷｅｎｌａｎｇ，ＹＡＮＧＸｉｎｒｅｎｇ，ＺＨＵＪｉａｎｌｉｎ．ＳｐａｃｅｖｅｃｔｏｒｌａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙＬｉｑｉａｎ．Ａｓｅｎｒｅｅｓｔａｔｉｃ．ｓｔａｔｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｍｅｄｕ－ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅｖｏｌｔａｇｅＥｌｅｅｔｒｏｔｅｃｈｎｉｅａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉ眥ｏｆｔｗｏ－ｓｔａｇｅｍａｔｒｉｘｃｏｎｖｅｒｔｅｒｗｉｔｈ１８ｓｗｉｔｃｈｅｓＳｏｃｉｅｔｙ，２００４（７）：ｌｌ—１５．ａｎｄｉｔｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２００５，［１６］沈國橋，徐德鴻．￡仳濾波并網(wǎng)逆變器的分裂電容法電流控制［Ｊ］．中國電機(jī)工程學(xué)報，２００８，２８（１８）：３６－４１．ＳＨＥＮＧｕｏｑｉａｏ，ＸＵＤｅｈｏｎｇ．Ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｂｙｓｐｌｉｔｔｉｎｇｔｈｅｃａｐａｃｉｔｏｒ２５（１５）：８禾９０．［７］裴云慶，姜桂賓，王兆安．ＬＣ濾波的三相橋式整流電路網(wǎng)側(cè)諧波分析［Ｊ］．電力電子技術(shù)，２００３，３７（３）：３４－３６．ＰＥＩＹｕｎｑｉｎｇ，ＪＩＡＮＧｈａｒｍｏｎｉｃｃｕｒｒｅｎｔｆｏｒ剛ｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒｓｏｆＬＣＬｆｉｌｔｅｒ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓＧｕｉｂｉｎ，ＷＡＮＧｏｆｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒＺｈａｏａｎ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｌｉｎｅｗｉｔｈＬＣｆｉｌｔｅｒ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２００８，２８（１８）：３６＿４１．（責(zé)任編輯：汪儀珍）Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００３．３７（３）：３４—３６．［８］扶蔚鵬，王旭紅．ＬＣ濾波的三相橋式整流諧波電流的計算方法［Ｊ］．電力電子技術(shù)，２００１，３５（４）：２６．２７．ＦＵ作者簡介：Ｗｅｉｐｅｎｇ，ＷＡＮＧｉｎＸｕｈｏｎｇ．ＡｍｅｔｈｏｄｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｈａｒｍｏｎｉｃｂｒｉｄｇｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒｗｉｔｈＬＣ蔡斌軍（１９７６一），男，湖南湘潭人，講師，研究方向為電力電子與電力傳動（Ｅ?ｍａｉｌ：ｃｂｊｌ２＠１６３．ｃｏｍ）；ｃｕｒｒｅｎｔｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅｆｉｌｔｅｒ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００１．３５（４）：２６—２７．劉國榮（１９５７一），男，湖南湘潭人，教授，博士研究生導(dǎo)師。研究方向為控制理論與控制工程。［９］ＵＳＥＲＲＥＭ，ＢＬＡＡＢＪＥＲＧＦ，ＣｍＡＲＡＮ７ｒｏＮＩＥ．ＡｓｔａｂｌｅｔｈｒｅｅＣｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｍａｔｒｉｘｃｏｎｖｅｒｔｅｒｗｉｔｈＬＣＬｆｉｌｔｅｒＣＡＩＢｉｎｊｕｎ，ＬＩＵＧｕｏｒｏｎｇ（ＡｐｐｌｉｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＨｕｎａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉａｎｇｔａｎ４１ｌ１０１，Ｃｈｉｎａ）ａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｏｆｍａｔｒｉｘｃｏｎｖｅｒｔｅｒＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｎｔｈｅｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｇｒｅａｔｉｍｐａｃｔｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｔｈｅｔｏｃｏｎｖｅｒｔｅｒｏｎｈａｖｅｌｏａｄｓ，ａｏｆｖｏｌｔａｇｅｎｏｖｅｌａｎｄｍａｔｒｉｘｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒ而ｔｌｌ￡以ｆｉｌｔｅｒｉｓａｎｄａｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｉｎｓｔｏｒａｇｅｗｈｉｃｈｔｈｅａｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＷｉｔｈｏｕｔｅｎｅｒｇｙＤＣ／ＡＣｃｅｒｔａｉｎｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｔｈｅｏｆｄｕａｌ—ｌｏｏｐＤＣｓｉｄｅ，ｓｗｉｔｃｈｅｓｉｎｃｌｕｄｅｓａｎＡＣ／ＤＣｏｆｒｅｃｔｉｆｉｅｒｕｎｄｅｒｉｎｖｅｒｔｅｒ．ａｐｐｌｙｉｎｇｔｏｐｏｌｏｇｙＬＣ己ｆｉｌｔｅｒｔｈａｔ．ｔｈｅｂｉ—ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｍａｔｒｉｘｉｎｔｈｅｒｅｄｕｃｅｔｈｅｏｆｎｕｍｂｅｒｓｗｉｔｃｈＶｅｃｔｏｒｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ｔｈｅｉｎｖｅｒｔｅｒｉｎａｒｅａｌｇｏｒｉｔｈｍＤｏｕｂｌｅＳｐａｃｅｏｆＰＷＭｗｉｔｈａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｅｄｈａｒｍｏｎｉｃｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｉｓｗｏｒｋｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｍａｔｒｉｘＭａｔｌａｂ／ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｈｏｗｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｔｈｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒａｒｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙＦｕｎｄｏｆｒｅｄｕｃｅｄａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆ西ｄｉｎｐｕｔｈａｒｍｏｎｉｃｓＴｈｉｓｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ．ｉｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＨｕｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＥｄｕｃａｔｉｏｎＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ（０９Ｃ２蝠１）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｔｒｉｘｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｈａｒｍｏｎｉｃ；ｄｕａｌ—ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌ；￡現(xiàn)ｆｉｌｔｅｒ；ｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ萬方數(shù)據(jù)一種帶LCL濾波器的新型矩陣變換器控制策略作者單位：刊名：英文刊名：年，卷(期：被引用次數(shù)：蔡斌軍，劉國榮，CAIBinjun，LiUGuorong湖南工程學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院,湖南,湘潭,411101電力自動化設(shè)備ELECTRICPOWERAUTOMATIONEQUIPMENT2021，30(50次參考文獻(xiàn)(16條1.WEIL.LJPOTAInvestigationof9-switchdual-bridgematrixconverteroperatingunderlowoutputpowerfactor20032.KLUMPNERCAhybridindirctmatrixconverterimmunetounbalancedvoltagesupply,withreducedswitchinglossesandimprovedvoltagetransferration20063.KOLARJW.BAUMANNM.SCHAFMEISTERFNovelthree-phaseAC-DC-ACsparsematrixconverter20024.CLUMPNERC.BLAABJERGFTwo-stagematrixconverter-analternativetothematrixconverter20035.王江.孫勝紅.趙忠堂電壓不平衡時三相矩陣交一交變頻線側(cè)電流諧波分析2001(46.鄧文浪.楊欣榮.朱建林18開關(guān)TSMC的空間矢量調(diào)制策略及其仿真研究2005(157.裴云慶.姜桂賓.王兆安LC濾波的三相橋式整流電路網(wǎng)側(cè)諧波分析2003(38.扶蔚鵬.王旭紅LC濾波的三相橋式整流諧波電流的計算方法2001(49.USERREM.BLAABJERGF.CHIARANTONIEAstablethree-phaseLCL-filterbasedactiverectifierwithoutdamping200310.USERREM.BLAABIERGF.HANSENSDesignandcontrolofanLCL-filterbasedthree-phaseactiverectifiers2005(511.DAHONOPAAcontrolmethodforDC-DCconverterthathasanLCLoutputfilterbasedonnewvirtualcapacitorandresistorconcepts200412.宋強(qiáng).劉文華.嚴(yán)干貴大容量PWM電壓源逆變器的LC濾波器設(shè)計2003(313.張憲平.李亞西.潘磊三相電壓型整流器的LCL型濾波器分析與設(shè)計2007(514.陳瑞.周梁.韋忠朝基于雙環(huán)控制的PWM逆變器的研究2006(115.李建林.王立喬三相電壓型變流器系統(tǒng)靜態(tài)數(shù)學(xué)模型2004(716.沈國橋.徐德鴻LCL濾波并網(wǎng)逆變器的分裂電容法電流控制2021(18相似文獻(xiàn)(10條1.期刊論文吳小蘭.譚國俊.何曉群.馬星河.WUXiao-lan.TANGuo-jun.HEXiao-qun.MAXing-he減少矩陣變換器輸出電壓諧波的控制策略-煤炭學(xué)報2007,32(7在傳統(tǒng)的雙電壓合成原理的基礎(chǔ)上,提出了一種減少輸出電壓諧波的矩陣變換器控制策略.新調(diào)制策略在一個采樣周期內(nèi),通過在高輸出電壓時,使最大輸出線電壓由三輸入線電壓脈沖波形成,其他兩相輸出電壓由非最大的兩輸入線電壓脈沖波和零電壓形成,同樣條件下窄脈沖數(shù)量較傳統(tǒng)的雙電壓合成調(diào)制策略減少;在低電壓輸出時,三輸出線電壓均由非最大的兩輸入線電壓脈沖和零電壓形成,較傳統(tǒng)的雙電壓合成調(diào)制策略窄脈沖數(shù)量有大量的減少,輸出電壓諧波得到較大的抑制;在輸入電壓的最高及最低相電壓間無換流,降低了開關(guān)損失;低電壓輸出時的零矢量為輸入相電壓的中間值相,負(fù)載中性點(diǎn)的共模電壓得到了抑制.在Matlab軟件仿真研究的基礎(chǔ)上,通過dSPACE硬件實(shí)時仿真平臺對該控制策略進(jìn)行了實(shí)驗,仿真及實(shí)驗結(jié)果驗證了該控制策略的正確性.2.學(xué)位論文李志勇輸入非平衡條件下矩陣變換器的控制策略研究2003該文在輸入非平衡、輸出平衡的情況下,對空間矢量調(diào)制的矩陣變換器的性能進(jìn)行了評估.文中介紹了兩種輸入電流偏置角的控制策略,并做了比較.第一種方法基于使輸入電流矢量與輸入電壓矢量保持固定偏置角.第二種方法中,輸入電流矢量根據(jù)輸入電壓正、負(fù)序成分進(jìn)行動態(tài)調(diào)制,并對兩種情況下的輸入電流的諧波成分都進(jìn)行了分析.1.作者首先采用MATLAB為系統(tǒng)建立了兩種方法的仿真模型,用來驗證控制算法和整套系統(tǒng).在未考慮開關(guān)過程所產(chǎn)生的高頻諧波成分時,采用方式2時的輸入電流諧波要小于方式1.當(dāng)仿真模型中的雙向開關(guān)由兩個IGBT和兩個快恢二極管組成時,由于IGBT的開關(guān)損耗等因素對輸入電流的影響,在仿真得到的輸入電流頻譜圖中,諧波成分的減小不是很明顯,但調(diào)制策略方式2和方式1的諧波成分仍有所不同.可見諧波成分的不同來源于不同的調(diào)制策略,并且可以推測諧波成分的不同反映的是諧波成分的減少.2.自行研制了一臺基于非平衡條件下的矩陣變換器的實(shí)驗裝置,并進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)試.該試驗裝置以DSP為控制器,IMBH60-100IGBT為功率開關(guān)器件,EXB840為驅(qū)動模塊.實(shí)驗結(jié)果表明該實(shí)驗系統(tǒng)能成功實(shí)現(xiàn)對輸出電壓頻率和幅值的調(diào)節(jié).該文建立的仿真模型為矩陣變換器的調(diào)制過程提供了方便的分析和調(diào)試依據(jù),試驗系統(tǒng)也為矩陣變換器的實(shí)際應(yīng)用打下了一定基礎(chǔ).3.期刊論文鄧文浪.楊欣榮.廖力清.凌玉華.DENGWen-lang.YANGXin-rong.LIAOLi-qin.LINGYu-hua基于復(fù)合控制器的雙級矩陣變換器閉環(huán)控制-中南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）2007,38(6由于存在著穩(wěn)定性和快速性之間的矛盾,PI控制器對于諧波的抑制能力有限,難以保證雙級矩陣變換器(TSMC在諧波擾動下的輸出性能,為此,提出一種基于復(fù)合控制器的TSMC閉環(huán)控制策略,將重復(fù)控制技術(shù)與PI控制相結(jié)合構(gòu)成復(fù)合控制器,利用重復(fù)控制器對PI控制器輸出的控制量進(jìn)行修正,彌補(bǔ)pI控制器對交流諧波控制的不足.為了降低復(fù)合控制策略的復(fù)雜度,在分析TSMC空間矢量調(diào)制策略的基礎(chǔ)上,提出由控制量直接獲取開關(guān)占空比的簡化算法.仿真結(jié)果表明,在輸入電壓不平衡畸變且輸出負(fù)載不平衡情況下,采用復(fù)合控制器可以使TSMC輸出電壓總諧波畸變率小于1%,在負(fù)載突增時系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間小于1個基波周期,說明復(fù)合控制系統(tǒng)具有良好的動態(tài)和靜態(tài)性能.4.學(xué)位論文陳希有矩陣式電力變換器在非對稱輸入條件下的原理與仿真2000該文主要研究內(nèi)容包括:為解決坐標(biāo)變換式矩陣變換器電壓增益低的問題,提出了一種線-線換流法.分析了諧波注入式矩陣變換器在非對稱輸入電壓條件下的輸出電壓和輸入電流.在對以線電壓合成矩陣變換器的研究中,提出了兩種參考電壓對矩陣變換器進(jìn)行調(diào)制的方法:無功參考電壓調(diào)制法和消諧參考電壓調(diào)制法.在非對稱輸入電壓條件下,對空間矢量調(diào)制矩陣變換器的輸入電流諧波和輸出電壓諧波進(jìn)行了分析,并提出了兩種消除諧波的方法.應(yīng)用DQ變換技術(shù),將開關(guān)矩陣等效成線性四端口網(wǎng)絡(luò)、將對稱電感和電容等效成回轉(zhuǎn)器,從而建立了含有輸入濾波器的空間矢量調(diào)制矩陣變換器的線性定常電路模型.分析了電壓增益對濾波器參數(shù)及矩陣變換器控制參數(shù)的靈敏度;對非對稱輸入電壓引起的矩陣變換器輸出電壓和輸入電流諧波進(jìn)行了分析;利用狀態(tài)變量法對帶負(fù)載啟動進(jìn)行了暫態(tài)分析.由于該文所提出的非對稱輸入條件下矩陣變換器的各種調(diào)制策略均將導(dǎo)致實(shí)時計算量的增加,在目前技術(shù)條件下,利用單片微機(jī)實(shí)現(xiàn)這些控制策略十分困難,因此,該文借助MATLAB仿真軟件對文中的主要結(jié)論進(jìn)行了仿真分析.5.期刊論文曹言敬.何鳳有.馬星河.方永麗.CAOYan-jing.HEFeng-you.MAXing-ke.FANGYong-li矩陣變換器雙電壓控制策略抗干擾性能分析-電氣傳動自動化2021,30(5與傳統(tǒng)的交-直-交變換器不同,矩陣變換器沒有中間的直流環(huán)節(jié),輸出側(cè)直接通過雙向開關(guān)與輸入側(cè)相連,因此輸出電壓對于輸入側(cè)電源的擾動非常敏感.分析了矩陣變換器雙電壓合成控制策略的原理,詳細(xì)推導(dǎo)了在輸入側(cè)電源存在不平衡以及諧波情況下,輸出側(cè)仍然為理想正弦波.通過Matlab/Simulink仿真,證明了在輸入側(cè)電源存在三相不平衡以及諧波等擾動情況下,輸出電流波形仍然為理想的正弦波且電流諧波畸變率沒有發(fā)生大的變化.仿真和推導(dǎo)表明,矩陣變換器雙電壓合成策略對電網(wǎng)擾動具有抗干擾能力.6.期刊論文曹言敬.方永麗.張旭隆雙電壓合成矩陣變換器抗干擾性能的研究-工礦自動化2021,35(7針對矩陣變換器輸出電壓對輸入側(cè)電源的擾動非常敏感的問題,文章對矩陣變換器雙電壓合成控制策略進(jìn)行了分析研究,詳細(xì)推導(dǎo)了在輸入側(cè)電源存在不平衡以及諧波情況下,矩陣變換器輸出側(cè)仍為理想正弦波的理論過程,并對其進(jìn)行了Matlab/Simulink仿真和基于dSPACE硬件實(shí)時仿真平臺的實(shí)驗研究.結(jié)果表明,矩陣變換器雙電壓合成策略對電網(wǎng)擾動具有一定的抗干擾能力.7.期刊論文朱建林.劉魏宏.向禮丹.柳莎莎.陳才學(xué).ZHUJian-lin.LIUWei-hong.XIANGLi-dan.LIUSha-sha.CHENCai-xue提高交交型矩陣變換器電壓傳輸比的兩種方法-湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報2021,30(3交交型矩陣變換器電壓傳輸比不大于0.866,一直是制約其應(yīng)用的最重原因之一,因此對突破這一限制的研究具有重要意義.該文提出了兩種提高矩陣變換器電壓傳輸比的有效方法,即過調(diào)制法和諧波注入法.文中闡述了兩種方法的基本原理,對比分析了兩種方法的特點(diǎn),并通過仿真和物理樣機(jī)實(shí)驗驗證了這兩種方法的可行性和有效性.實(shí)驗結(jié)果表明:兩種方法都能使電壓傳輸比提高到1.0左右,但其輸出電壓中的諧波含量都相應(yīng)增大.比較了兩種方法所產(chǎn)生諧波的特點(diǎn)及其抑制對策和適用范圍,對工程應(yīng)用有一定的參考價值.8.期刊論文徐志強(qiáng).李娜.劉彪.刁利軍.XUZhi-qiang.LINa.LIUBiao.DIAOLi-jun矩陣變換器雙電壓合成控制策略抗電網(wǎng)擾動性能分析-電網(wǎng)技術(shù)2021,32(13矩陣變換器沒有中間的直流環(huán)節(jié),不同于傳統(tǒng)的交-直-交變換器,因此輸出側(cè)波形對于輸入側(cè)電源的擾動非常敏感.文章分析了矩陣變換器雙電壓合成控制策略的原理,證明了在輸入側(cè)電源存在不平衡以及諧波的情況下,輸出側(cè)仍然為理想正弦波,并通過Matlab/Simulink仿真證明了該結(jié)論,而且此時電壓諧波畸變率幾乎沒有發(fā)生變化.實(shí)驗表明,矩陣變換器雙電壓合成控制策略具備自適應(yīng)能力,對電網(wǎng)擾動具有抗干擾能力.9.期刊論文佘宏武.林樺.王興偉.樂利民.SHEHongwu.LINHua.WANGXingwei.YUELimin矩陣變換器的輸入電流控制策略-電力自動化設(shè)備2021,30(6根據(jù)有功功率平衡原理推導(dǎo)出不平衡輸入電壓下表征矩陣變換器輸入電流特性的通用方程,分析表明矩陣變換器的輸入電流特性只能通過對輸出功率及輸入電流偏置角的控制來調(diào)節(jié).根據(jù)矩陣變換器輸入電流特性方程及輸入電流控制目標(biāo)得到3種典型輸入電流控制策略.在輸出電壓平衡正弦的情況下:使矩陣變換器的輸入電流矢量與輸入電壓矢量保持固定的功率因數(shù)角(策略1,可得到不平衡且非正弦的輸入電流男;使輸入電流矢量跟蹤輸入電壓正序分量與負(fù)序分量之差的方向(策略2,可得到不平衡但正弦的輸入電流;輸出電壓矢量幅值變化并使輸入電流矢量與輸入電壓正序分量保持固定的功率因數(shù)角(策略3,可得到平衡正弦的輸入電流,但輸出電壓不平衡且非正弦.其中,策略1的輸入功率因數(shù)及輸出電壓控制能力最強(qiáng),但輸入電流波形質(zhì)量最差;策略2的輸入電流波形質(zhì)量較好,但輸入功率因數(shù)和輸出電壓控制能力有限;策略3得到的輸入電流波形質(zhì)量最好,但輸出電壓特性最差.通過仿真及實(shí)驗驗證了理論分析的正確性.10.期刊論文粟梅.李丹云.孫堯.余岳.桂衛(wèi)華.SUMei.LIDan-yun.SUNYao.YUYue.GUIWei-hua雙級矩陣變換器的過調(diào)制策略-中國電機(jī)工程學(xué)報2021,28(3針對雙級矩陣變換器常規(guī)調(diào)制策略電壓傳輸比低的問題,在不改變雙級矩陣變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的前提下,該文提出了一種可以提高電壓傳輸比的雙級矩陣變換器調(diào)制策略.該調(diào)制策略將雙級矩陣變換器分為兩級控制:整流級采用常規(guī)電流空間矢量合成法;逆變級根據(jù)電壓傳輸比的不同要求將電壓空間矢量調(diào)制區(qū)域分為線性調(diào)制區(qū)和過調(diào)制區(qū).根據(jù)過調(diào)制程度要求的不同,又將過調(diào)制區(qū)域分為過調(diào)制區(qū)域Ⅰ和過調(diào)制區(qū)域Ⅱ,各個區(qū)域分別采用不同的調(diào)制模式控制逆變級的輸出.論文從理論上分析了過調(diào)制策略的原理.仿真和實(shí)驗結(jié)果表明,雙級矩陣變換器過調(diào)制時輸出電壓基波可以精確控制,諧波畸變率比較小,輸入輸出電流波形質(zhì)量好.本文鏈接：://d.wanfangdata/Periodical_dlzdhsb202105012.aspx授權(quán)使用：西安理工大學(xué)(xalgdx，授權(quán)號：b2cf000f-3bc1-495b-a242-9e1c01560bf7下載時間：2021年10月27日第44卷第5期2021年5月電力電子技術(shù)PowerElectronicsVol.44,No.5May,2021基金項目:臺達(dá)環(huán)境與教育基金會《電力電子科教發(fā)展計劃》(DRES2007002定稿日期:2021-04-03作者簡介:趙梅花(1966-,女,河南洛陽人,博士研究生,副教授,研究方向為風(fēng)力發(fā)電。1引言風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中,風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)之間的轉(zhuǎn)速匹配是一個關(guān)鍵問題,低速運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)一般需要通過升速齒輪箱連接。大容量齒輪箱價格昂貴、故障率高、維護(hù)困難,它的存在已成為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。因此,研究開發(fā)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是提高效率和可靠性的有效途徑之一。在變速恒頻的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中,網(wǎng)側(cè)逆變器是連接發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的核心元件,對其控制策略的研究尤為重要。建立了直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上采用空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM方式和電網(wǎng)電壓合成矢量定向的控制策略[1-2],實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的解耦控制。并通過試驗結(jié)果證明了方案的可行性和正確性。2控制系統(tǒng)描述圖1示出直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)PMG[3]、整流裝置和網(wǎng)側(cè)逆變器組成。3并網(wǎng)逆變器動態(tài)數(shù)學(xué)模型圖1中,設(shè)三相電網(wǎng)電壓為:ea=eb=ec=Emsinωt(1式中:Em為相電壓峰值;ω為電網(wǎng)角頻率。設(shè)網(wǎng)側(cè)線路總電阻為R,可得:uk=Rik+Ldikdt+ek,k=a,b,c(2式中:ik,uk分別為并網(wǎng)逆變器輸出電流和輸出電壓。經(jīng)變換,在兩相靜止α,β坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型為:uαuβωω=23姨1-1/2-1/2姨/2-姨/ωω2uaubuc姨姨姨姨姨姨姨姨=Riα+Ldiαdt+eαRiβ+Ldiβdt+eβωωT(3從兩相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系得:edeqωω=cosωtsinωt-sinωtcosωωωteαeβωω(4直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器控制策略研究趙梅花1,2,阮毅1,楊勇1(1.上海大學(xué),上海200072;2.洛陽理工學(xué)院,河南洛陽471023摘要:在風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)側(cè)逆變器動態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,采用空間矢量脈沖寬度調(diào)制(SVPWM方式和電網(wǎng)電壓合成矢量定向,實(shí)現(xiàn)了電流有功分量和無功分量的解耦及功率因數(shù)的可調(diào)控制。對該設(shè)計方案進(jìn)行了動態(tài)響應(yīng)過程的試驗研究。試驗結(jié)果表明,系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)快,性能和電流正弦度良好,諧波分量小,同時驗證了該方案的可行性和正確性,為直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的進(jìn)一步研究提供了可靠的理論依據(jù)。關(guān)鍵詞:風(fēng)力發(fā)電;并網(wǎng)逆變器;電網(wǎng)電壓矢量定向中圖分類號:TM614;TM46文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1000-100X(202105-0004-02TheControlStrategyStudyofGrid-connectedInverterinDirect-drivenTypeWindPowerSystemZHAOMei-hua1,2,RUANYi1,YANGYong1(1.ShanghaiUniversity,Shanghai200072,China;2.LuoyangInstituteofScienceandTechnology,Luoyang471023,ChinaAbstract:Basedondynamicmathematicalmodelofthewindpowergrid-connectedinverter,withthespacevectorpulsewidthmodulation(SVPWMmethodandgridvoltagevectororiented.Thedecouplingforthecurrentactivecomponentandre-activecomponentisrealized,andthepowerfactorcanbeadjusted.Thefeasibilityandcorrectnessofcontrolstrategyareveri-fiedbyexperiment.Theexperimentalresultsshowthatthesystemhasafastdynamicresponse,goodsinusoidalcurrentandsmallharmoniccomponent.Thispaperprovideareliabletheoryforthefurtherstudytodirect-driventypewindpowersystem.Keywords:windpowergeneration;grid-connectedinverter;gridvoltagevectororientedFoundationProject:SupportedbyGrantsfromthePowerElectronicsScienceandEducationDevelopmentProgramofDeltaEnvironmental&EducationalFoundation(No.DRES2007002圖1直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)根據(jù)等式(3和(4得:edeq=uduq-RidRiq-Lddtidiq-L-ωiqωid(5經(jīng)整理得:ud=ed+Rid+Ldiddt-ωLiquq=eq+Riq+Ldiqdt+ωLid(64網(wǎng)側(cè)逆變器控制策略在以上動態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,采用電網(wǎng)電壓合成矢量定向的控制策略,將同步旋轉(zhuǎn)d,q坐標(biāo)系下面的d軸定于電網(wǎng)電壓合成矢量Es上面,q軸超前d軸90°,即:ed=Es,eq=0。圖2示出忽略R的空間矢量圖。Us為網(wǎng)側(cè)逆變器輸出電壓合成矢量;Is為網(wǎng)側(cè)逆變器輸出電流合成矢量;UL為電感電壓合成矢量;φ為功率因數(shù)角。Es與α軸的交角θ=乙ωdt。將ed=Es,eq=0代入式(6整理得:ud=ed+Rid+Ldiddt-ωLiquq=Riq+Ldiq-ωLid(7由式(7得到并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)電壓合成矢量定向下的數(shù)學(xué)模型,d,q軸電流分量仍然存在交叉耦合,為了實(shí)現(xiàn)d,q軸電流分量的解耦控制,達(dá)到有功功率和無功功率的解耦控制,令:ud′=ud-Es+ωLiq,uq′=uq-ωLid(8則有:Rid+Ldid=ud′,Riq+Ldiq=uq′(9從而實(shí)現(xiàn)了電流有功分量id和電流無功分量iq的解耦控制。為了使得輸出電流能夠盡快的跟蹤給定電流,將檢測到的電流施行3/2變換和旋轉(zhuǎn)變換,得到按電網(wǎng)電壓合成矢量定向下的電流分量id,iq采用電流PI調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制,電流調(diào)節(jié)器的輸出為逆變側(cè)輸出電壓的給定值ud*和uq*,再經(jīng)過SVPWM控制逆變器輸出三相電壓。根據(jù)式(8得網(wǎng)側(cè)逆變器的d,q軸電壓給定為:ud*=ud′+Es-ωLiq,uq*=uq′+ωLid(10Es定向的網(wǎng)側(cè)逆變器的電流控制結(jié)構(gòu)如圖3所示