基于V2G技术的双向AC/DC变换器中拓扑复用及其控制策略等关键技术研究

Power electronics converter is the critical technique in V2G concept, which makes the bidirectional AC/DC converter as the hottest research topic in this area. Based on the features as the bidirectional AC/DC converter employs different circuits and different functions, the topology multifunctioning concept is proposed in this proposal. The topology multifunctioning refers to the utilization of the idle resources as circuit components to perform new functions, and perhaps together with other devices already in working. The research of the topology multifunctioning will include the bidirectional AC/DC inverter, bidirectional DC/DC converter and the crossover of these two stages. Also the analyses of the effects and conflicts of these multifunctioning with original working patterns, parameter selections and control strategy will be performed. Droop control will also be included to make the V2G converter suitable for voltage-parallel and the construction of flexible microgrid, also the interaction between the controller and possible multifunctioning methods will be investigated. All above works with topology multifunctioning research are deemed to improve the performance and also induce new functions to the V2G converters without auxiliary components. And the related research results will greatly promote the research level and application of V2G concept in China in the near future.

V2G技术与电力电子变换器的性能紧密相关，这使双向AC/DC变换器成为近年来该领域的研究热点。本申请针对双向AC/DC变换器具有多个不同电路组成部分及工作模式的特点，提出了以现有电路结构中的一部分进行拓扑复用这一新的概念来研究双向AC/DC变换器。具体研究工作将包括：双向AC/DC级电路拓扑复用，双向DC/DC级电路拓扑复用以及前后级电路间的拓扑复用研究。同时，分析这些复用技术与系统其他部分的工作模式、参数设计、性能指标与控制策略等可能的冲突和影响，提出系统的理论分析方法与设计方案。本项目还将结合在双向AC/DC变换器中实现基于Droop控制的柔性微网控制策略，使其具备能自组网的特性，并在此基础上研究其与拓扑复用技术的相互影响。本课题的研究工作对于改善V2G变换器的特性，拓展其应用功能具有重要的理论研究价值与实际意义，将有利于我国V2G技术的发展，推动V2G技术与智能电网的结合。

作为新能源发电设备的补充，基于V2G系统的双向AC/DC变换器复用技术具有广阔的应用前景。其能够平抑其他新能源设备接入带来的电网波动。对于不能够稳定发电的风能和太阳能发电设备，电动汽车提供了缓冲和存储平台，抑制间歇性新能源设备接入给电网带来的冲击，使风能和太阳能设备能够更为安全地并入电网，为可再生能源发电提供缓冲和支持。.在本项目的开展过程中，我们对V2G系统的两级电力电子设备——前级AC/DC 级拓扑复用理论研究、后级DC/DC 级拓扑复用理论研究以及两级电路系统复用理论研究都进行了深入的理论分析，探讨了前后级变换器扑的选取方法、控制技术以及拓扑复用与原有工作模态的相互影响。对于单级AC/DC 级拓扑复用策略，提出了一种自适应电压环纹波功率解耦控制策略，实现了功率解耦，提高了系统的稳定性和鲁棒性；对于单级DC/DC 级拓扑复用控制，选取并设计了双向谐振式CLLC电路，并针对该电路仅通过传统的变频控制无法实现平滑切换的技术难题，提出了一种平滑切换的策略，利用原本闲置的副边不控整流桥进行切换复用。在保证电路稳定运行的前提下，实现了功率方向的平滑切换；最后从系统角度出发，进一步拓展为两级式双向AC/DC 变换器与电池之间的系统复用。针对电池在大电流纹波下性能良好的特性，将其代替薄膜电容提高解耦应用功率等级；或控制DC侧电池使其充放电电流为含有两倍工频纹波的电流，并提出了一种瞬时功率补偿策略更好地实现电池复用充放电解耦。.随着项目的深入开展，项目组取得了较好的研究成果，发表了一批高质量的论文，其中包括一篇电力电子领域顶级期刊的论文，多篇会议论文；并申请了多项发明专利。