CN114442508B - 一种三电平双向dc-dc充电机建模方法 - Google Patents

一种三电平双向dc-dc充电机建模方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114442508B
CN114442508B CN202111594678.3A CN202111594678A CN114442508B CN 114442508 B CN114442508 B CN 114442508B CN 202111594678 A CN202111594678 A CN 202111594678A CN 114442508 B CN114442508 B CN 114442508B
Authority
CN
China
Prior art keywords
charger
bidirectional
model
main circuit
level
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111594678.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114442508A (zh
Inventor
常秀丽
王泉策
杨会敏
韩建宁
郑慧丽
王武俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CRRC Yongji Electric Co Ltd
Original Assignee
CRRC Yongji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CRRC Yongji Electric Co Ltd filed Critical CRRC Yongji Electric Co Ltd
Priority to CN202111594678.3A priority Critical patent/CN114442508B/zh
Publication of CN114442508A publication Critical patent/CN114442508A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114442508B publication Critical patent/CN114442508B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及DC‑DC充电机主电路模型建立方法，具体为一种三电平双向DC‑DC充电机建模方法。一种三电平双向DC‑DC充电机建模方法，将三电平DC‑DC双向充电机主电路分不同部分分块建模，各部分分别建模后再组合起来。三电平DC‑DC双向充电机主电路分为四部分，第一部分为双向DC‑DC部分，第二部分为输入侧部分，第三部分为输出滤波部分，第四部分为输出侧部分。本发明三电平双向DC‑DC充电机主电路建模方法，模型简单、计算量小，且能编译下载到FPGA板卡供实时仿真用，以解决SimPowerSystems模块库搭建的主电路模型复杂、无法下载的问题。

Description

一种三电平双向DC-DC充电机建模方法
技术领域
本发明涉及DC-DC充电机主电路模型建立方法，具体为一种三电平双向 DC-DC充电机建模方法。
背景技术
硬件在环半实物仿真试验为控制单元试验提供了便利，缩短了调试周期，降低了试验成本。同时带来了新的问题，即主电路的数学建模。为了最大程度的验证控制单元的功能和性能，需搭建精度较高的主电路数学模型。
目前三电平双向DC-DC充电机主电路通常采用MATLAB仿真软件的SimPowerSystems模块库中的自带的元器件和开关模块搭建而成。由于MATLAB 仿真软件的SimPowerSystems模块库中的自带的IGBT/Diode为电气模型，考虑了寄生参数，模型较复杂，所以通常用作离线仿真。在实时在线仿真中，如果用 SimPowerSystemss模块库中的元器件模块搭建主电路，由于模型复杂计算量大，仿真步长不高。如果要提高仿真精度，就要将模型编译后下载到FPGA板卡，而SimPowerSystems模块库不能实现编译下载。
发明内容
本发明提供一种三电平双向DC-DC充电机主电路建模方法，模型简单、计算量小，且能编译下载到FPGA板卡供实时仿真用，以解决SimPowerSystems模块库搭建的主电路模型复杂、无法下载的问题。
本发明是采用如下的技术方案实现的：一种三电平双向DC-DC充电机建模方法，将三电平DC-DC双向充电机主电路分不同部分分块建模，各部分分别建模后再组合起来。
上述的一种三电平双向DC-DC充电机建模方法，三电平DC-DC双向充电机主电路分为四部分，第一部分为双向DC-DC部分，第二部分为输入侧部分，第三部分为输出滤波部分，第四部分为输出侧部分。
上述的一种三电平双向DC-DC充电机建模方法，
对于双向DC-DC部分，建模过程为：首先根据充电还是放电工况进行判断，如果是充电工况，则根据g1和g4脉冲开关状态得出输入侧电流i1、i2和桥臂电压 UAB关于输入电流idc和输入侧上下电容电压U1、U2的表达式，g1和g4脉冲开关状态为00、10、01、11时，i1为idc、idc-iL、idc、idc-iL，i2为idc、idc、idc-iL、 idc-iL；UAB为Uo/0、U1、U2、U1+U2，UAB在脉冲开关状态为00时，若iL≤0， UAB为Uo，若iL〉0，UAB为0；如果是放电工况，根据g1和g4脉冲开关状态得出输入侧电流i1、i2和桥臂电压UAB关于输入电流idc和输入侧上下电容电压U1、 U2的表达式，在放电工况下，g1和g4脉冲开关状态为00、10、01、11时，i1为 idc-iL、idc、idc-iL、idc，i2为idc-iL、idc-iL、idc、idc，UAB为Uo/Udc、U2、U1、 0，UAB在脉冲开关状态为00时，若iL≤0，UAB为Uo，若iL〉0，UAB为Udc；该部分中吸收电容部分模型为：其中C1、 C2输入侧两个吸收电容，i1、i2为输入侧电流，R1、R2为均压慢放电阻，U1、U2为输入侧上下两个吸收电容电压；
输入侧部分，建模过程为：对于线路电阻Rline，有 Udc-(U1+U2)＝Rline·idc，充电工况时，Udc为输入量；放电工况时在直流侧带负载电阻Rload，则Udc＝Rload·(-idc)；
输出滤波部分，模型为：L1、 L2为滤波电感，U0为中间电压，iL为电感电流，R为慢放电阻；
输出侧部分，模型为：其中， ibattery为充电电流，Ubattery为充电电压，rbattery为电池电阻；/>当预充电接触器AK和主接触器K的状态为00、10、01、11时，其值为0、/> CHR为预充电电阻。
上述的一种三电平双向DC-DC充电机建模方法，各部分模型组合后封装为一个模块，连接不同的输入、输出模块，具有通用性。
上述的一种三电平双向DC-DC充电机建模方法，主电路模型在充电、放电工况脉冲占空比全范围适用，具有通用性。
上述的一种三电平双向DC-DC充电机建模方法，主电路模型利用MATLAB仿真软件的Xilinx模块库中的元器件和开关模块搭建。本主电路模型可编译，可下载，可应用于在线仿真，配合控制器进行半实物联调。
本发明设计了一种应用于半实物联调的三电平双向DC-DC充电机建模方法，采用了分块建模的方式，实现了充电机主电路数学模型的搭建，提供了半实物测试的主电路模型，提高了工作效率。
附图说明
图1为三电平DC-DC双向充电机主电路拓扑图。
图2为双向DC-DC部分电路图。
图3为模式判断示意图。
图4为充电工况下的模型图。
图5为放电工况下的模型图。
图6为充、放电模式选择模型图。
图7为输入侧部分电路图，其中a代表buck充电工况，b代表boost放电工况。
图8为输入侧模型示意图。
图9为为输入侧模型中积分器模型示意图。
图10为输出滤波部分示意图。
图11为输出滤波模型示意图。
图12为输出侧充电部分电路图。
图13为输出侧充电部分模型图。
图14为三电平DC-DC双向充电机主电路数学模型图。
图15为充电工况d＝0.4时仿真波形。
图16为充电工况d＝0.6时仿真波形。
图17为放电工况d＝0.4时仿真波形。
图18为放电工况d＝0.6时仿真波形。
具体实施方式
三电平DC-DC双向充电机主电路拓扑如图1所示，输入侧由两个吸收电容C1、 C2和均压慢放电阻R1、R2组成，经过四个开关管S1·S4，到滤波电感L1、L2和滤波电容C以及慢放电阻R到输出侧，再通过预充电回路与电池连接起来。其中， AK为预充电接触器，CHR为预充电电阻，K为主接触器。本发明仅对虚线框内部分分块建模，分为四部分分别建模。
第一部分为双向DC-DC部分，如图2所示，首先根据充电还是放电工况进行判断，如果是充电工况，则根据g1和g4脉冲开关状态得出输入侧i1、i2和桥臂电压UAB关于输入电流idc和输入侧上下电容电压U1、U2的表达式，如表1；如果是放电工况，根据g1和g4脉冲开关状态得出输入侧i1、i2和桥臂电压UAB关于输入电流idc和输入侧上下电容电压U1、U2的表达式，如表2；表中，iL为电感电流。
表1充电工况
表2放电工况
对于电容C1和电阻R1
同样对于电容C2和电阻R2
三电平双向DC-DC部分通过根据工况不同选择不同的工作模式，逻辑简单，数学关系清晰，占用资源少；充电工况根据脉冲的高低归纳出g1+2g4有且只有四种情况，以此作为i1、i2和UAB的判断条件，每种情况都有唯一解；放电工况根据脉冲的高低归纳出g2+2g3有且只有四种情况，以此作为i1、i2和UAB的判断条件，每种情况都有唯一解。
第二部分为输入侧，充电时模型输入Udc，放电时直流侧带负载电阻Rload，如图7。
对于线路电阻Rline，有Udc-(U1+U2)＝Rline·idc，
充电工况时，Udc为输入量；放电工况时在直流侧带负载电阻Rload，则 Udc＝Rload·(-idc)。
第三部分为输出滤波部分，如图10所示，对于输出滤波电容和电感，有其中U0为中间电压，iL为电感电流。
第四部分为输出侧部分，如图12所示，对于输出侧，有其中，Rline为线路电阻，ibattery为充电电流，Ubattery为充电电压，rbattery为电池电阻，根据AK和K的状态，/>有所不同，如表3所示。
表3值
将以上四部分组合起来，即为整个三电平双向DC-DC充电机主电路数学模型。
具体实施实例
搭建上述三电平DC-DC双向充电机主电路数学模型后，设置参数为：线路电阻Rline＝0.01Ω；输入侧电容C1＝C2＝1.85mH；电阻R1＝R2＝30kΩ；滤波电感 L1＝L2＝1.5mH；滤波电容C＝1mF；慢放电阻R＝30kΩ；预充电电阻CHR＝22Ω；仿真步长Ts＝1us。然后分别进行充电、放电工况下脉冲占空比d≤0.5和d>0.5共四种工况下的仿真验证。
1)充电工况，脉冲占空比d＝0.4
输入端接三相不控整流电源，线电压幅值1500V，频率50Hz。
输出端接电阻，阻值4.6Ω。
其仿真波形如图15所示。
2)充电工况，脉冲占空比d＝0.6，其仿真波形如图16所示。
3)放电工况，脉冲占空比d＝0.4
输出端接直流电源1020V，内阻0.01Ω。
输入端接负载电阻Rload＝5Ω。
其仿真波形如图17所示。
4)放电工况，脉冲占空比d＝0.6
其仿真波形如图18所示。
三电平DC-DC双向充电机主电路建模，有以下有益效果：
1)采用分块建模的方式，将主电路拆分为四个部分，各个部分分别建模后再连接起来，降低了建模难度；
2)各部分模型的逻辑清晰，结构简单，容易验证；
3)三电平双向DC-DC部分的开关管采用逻辑建模，模型简单，占用资源较少；
4)本模型可封装为一个模块，连接不同的输入、输出模块，具有通用性；
5)模型可编译下载到FPGA板卡，可配合控制器进行实时仿真验证。

Claims (4)

1.一种三电平双向DC-DC充电机建模方法，其特征在于：将三电平DC-DC双向充电机主电路分不同部分分块建模，各部分分别建模后再组合起来，三电平DC-DC双向充电机主电路分为四部分，第一部分为双向DC-DC部分，第二部分为输入侧部分，第三部分为输出滤波部分，第四部分为输出侧部分；
对于双向DC-DC部分，建模过程为：首先根据充电还是放电工况进行判断，如果是充电工况，则根据g1和g4脉冲开关状态得出输入侧电流i1、i2和桥臂电压UAB关于输入电流idc和输入侧上下电容电压U1、U2的表达式，g1和g4脉冲开关状态为00、10、01、11时，i1为idc、idc-iL、idc、idc-iL，i2为idc、idc、idc-iL、idc-iL；UAB为Uo/0、U1、U2、U1+U2，UAB在脉冲开关状态为00时，若iL≤0，UAB为Uo，若iL〉0，UAB为0；如果是放电工况，根据g1和g4脉冲开关状态得出输入侧电流i1、i2和桥臂电压UAB关于输入电流idc和输入侧上下电容电压U1、U2的表达式，在放电工况下，g1和g4脉冲开关状态为00、10、01、11时，i1为idc-iL、idc、idc-iL、idc，i2为idc-iL、idc-iL、idc、idc，UAB为Uo/Udc、U2、U1、0，UAB在脉冲开关状态为00时，若iL≤0，UAB为Uo，若iL〉0，UAB为Udc；该部分中吸收电容部分模型为：其中C1、C2输入侧两个吸收电容，i1、i2为输入侧电流，R1、R2为均压慢放电阻，U1、U2为输入侧上下两个吸收电容电压；
输入侧部分，建模过程为：对于线路电阻Rline，有Udc-(U1+U2)＝Rline·idc，充电工况时，Udc为输入量；放电工况时在直流侧带负载电阻Rload，则Udc＝Rload·(-idc)；
输出滤波部分，模型为：L1、L2为滤波电感，U0为中间电压，iL为电感电流，R为慢放电阻；
输出侧部分，模型为：其中，ibattery为充电电流，Ubattery为充电电压，rbattery为电池电阻；/>当预充电接触器AK和主接触器K的状态为00、10、01、11时，其值为0、/>
2.根据权利要求1所述的一种三电平双向DC-DC充电机建模方法，其特征在于：各部分模型组合后封装为一个模块，连接不同的输入、输出模块，具有通用性。
3.根据权利要求1或2所述的一种三电平双向DC-DC充电机建模方法，其特征在于：主电路模型在充电、放电工况脉冲占空比全范围适用，具有通用性。
4.根据权利要求1或2所述的一种三电平双向DC-DC充电机建模方法，其特征在于：主电路模型利用MATLAB仿真软件的Xilinx模块库中的元器件和开关模块搭建。
CN202111594678.3A 2021-12-24 2021-12-24 一种三电平双向dc-dc充电机建模方法 Active CN114442508B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111594678.3A CN114442508B (zh) 2021-12-24 2021-12-24 一种三电平双向dc-dc充电机建模方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111594678.3A CN114442508B (zh) 2021-12-24 2021-12-24 一种三电平双向dc-dc充电机建模方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114442508A CN114442508A (zh) 2022-05-06
CN114442508B true CN114442508B (zh) 2023-09-08

Family

ID=81364009

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111594678.3A Active CN114442508B (zh) 2021-12-24 2021-12-24 一种三电平双向dc-dc充电机建模方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114442508B (zh)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102111083A (zh) * 2011-03-17 2011-06-29 株洲南车时代电气股份有限公司 一种三电平逆变器死区效应仿真建模装置及其方法
CN103532205A (zh) * 2013-10-31 2014-01-22 重庆大学 一种电动汽车三相充电机谐波模型的建模方法
CN103678900A (zh) * 2013-12-06 2014-03-26 云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院 一种用于区域配电网实时仿真的网络解耦计算方法
CN104881566A (zh) * 2015-04-09 2015-09-02 南昌大学 一种用于电网不对称潮流计算的变压器三相建模方法
EP3018813A1 (en) * 2014-11-07 2016-05-11 Mindcet BVBA Method and system for calculating model parameters for a capacitor to be modelled
CN105634289A (zh) * 2016-01-27 2016-06-01 南京能瑞电力科技有限公司 全桥llc谐振dc/dc变换器的输出电压控制装置以及方法
CN105787224A (zh) * 2016-05-06 2016-07-20 国网福建省电力有限公司 一种模块化多电平换流器无环流仿真模型及其建模方法
CN106066911A (zh) * 2016-05-30 2016-11-02 西南交通大学 电力牵引交流传动单相三电平脉冲整流器故障建模仿真方法
CN110649820A (zh) * 2019-10-24 2020-01-03 深圳市高斯宝电气技术有限公司 一种集成车载dc/dc转换器的车载双向充电机电路
CN110889193A (zh) * 2019-10-18 2020-03-17 国网安徽省电力有限公司经济技术研究院 一种直流变压器的平均电路建模方法及系统
CN110968973A (zh) * 2019-11-11 2020-04-07 上海科梁信息工程股份有限公司 变压器模型的仿真方法、控制方法、电子设备及存储介质
CN111756249A (zh) * 2019-03-29 2020-10-09 卡塔尔科学教育与社会发展基金会 模块化dc-dc转换器和包括其在内的电池充电装置

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102111083A (zh) * 2011-03-17 2011-06-29 株洲南车时代电气股份有限公司 一种三电平逆变器死区效应仿真建模装置及其方法
CN103532205A (zh) * 2013-10-31 2014-01-22 重庆大学 一种电动汽车三相充电机谐波模型的建模方法
CN103678900A (zh) * 2013-12-06 2014-03-26 云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院 一种用于区域配电网实时仿真的网络解耦计算方法
EP3018813A1 (en) * 2014-11-07 2016-05-11 Mindcet BVBA Method and system for calculating model parameters for a capacitor to be modelled
CN104881566A (zh) * 2015-04-09 2015-09-02 南昌大学 一种用于电网不对称潮流计算的变压器三相建模方法
CN105634289A (zh) * 2016-01-27 2016-06-01 南京能瑞电力科技有限公司 全桥llc谐振dc/dc变换器的输出电压控制装置以及方法
CN105787224A (zh) * 2016-05-06 2016-07-20 国网福建省电力有限公司 一种模块化多电平换流器无环流仿真模型及其建模方法
CN106066911A (zh) * 2016-05-30 2016-11-02 西南交通大学 电力牵引交流传动单相三电平脉冲整流器故障建模仿真方法
CN111756249A (zh) * 2019-03-29 2020-10-09 卡塔尔科学教育与社会发展基金会 模块化dc-dc转换器和包括其在内的电池充电装置
CN110889193A (zh) * 2019-10-18 2020-03-17 国网安徽省电力有限公司经济技术研究院 一种直流变压器的平均电路建模方法及系统
CN110649820A (zh) * 2019-10-24 2020-01-03 深圳市高斯宝电气技术有限公司 一种集成车载dc/dc转换器的车载双向充电机电路
CN110968973A (zh) * 2019-11-11 2020-04-07 上海科梁信息工程股份有限公司 变压器模型的仿真方法、控制方法、电子设备及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN114442508A (zh) 2022-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105958823A (zh) 一种电流连续型高增益开关升压准z源变换器电路
CN102645594B (zh) 用于检测高压直流输电换流阀电阻的试验装置及控制方法
CN105939126A (zh) 一种开关电感型混合准z源逆变器
CN105305575A (zh) 柔性直流输电换流阀测试装置的充电方法
CN109039038A (zh) 基于虚拟阻抗的电容储能型单相整流器二次纹波抑制方法
CN205847093U (zh) 一种电流连续型高增益开关升压准z源变换器电路
CN103633839A (zh) 一种改进型z源升压dc-dc变换器
Riczu et al. Implementation and system-level modeling of a hardware efficient cell balancing circuit for electric vehicle range extension
CN106787705A (zh) 基于lcl滤波器的双向直流变换器的控制装置和方法
CN106647332A (zh) 一种电动汽车双向充放电系统设计方法
CN205847124U (zh) 一种开关电感型混合准z源逆变器
CN206759312U (zh) Dcdc模块自动切换的直流电能变换系统
Şanal et al. LCL-Filter design for a battery charger based on buck converter (DCDC converter)
CN203883673U (zh) 一种改进型z源升压dc-dc变换器
CN105958855A (zh) 一种新型高增益准z源逆变器
CN114442508B (zh) 一种三电平双向dc-dc充电机建模方法
CN106452152A (zh) 一种开关升压型高增益准z源逆变器
CN205847086U (zh) 一种开关电容型高增益准z源dc‑dc变换器
CN103780118A (zh) 一种谐振直流环节三电平软开关逆变电路
CN105553306A (zh) 混合导通模式的逆变电源装置及其直接电荷量控制方法
Lawu et al. Charging supercapacitor mechanism based-on bidirectional DC-DC converter for electric ATV motor application
CN206117540U (zh) 一种开关升压型高增益准z源逆变器
CN205847090U (zh) 一种混合型准开关升压dc‑dc变换器
CN205490216U (zh) 混合导通模式的逆变电源装置
CN104333103A (zh) 一种基于v2g技术的电动汽车充放电装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant