【PI闭环控制】可应用于V2G的全桥CLLLC双向谐振变换器PI闭环控制

【PI闭环控制】可应用于V2G的全桥CLLLC双向谐振变换器PI闭环控制

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/2401_84610415/article/details/144944520

本文研究了一种适用于车网互动（Vehicle-to-Grid，V2G）系统的全桥CLLLC双向谐振变换器控制方法。为实现高效稳定的双向能量传输，本文采用PI闭环控制策略，通过调节变换器的输出电压和谐振电流，保障系统的动态响应性能与输出精度。基于Matlab/Simulink的仿真结果表明，该控制方法具有快速动态响应和稳定的输出特性，能够满足V2G系统的实际需求。

理论基础

CLLLC双向谐振变换器结构

CLLLC变换器是双向能量传输的重要拓扑之一，其主要特点包括：

• 谐振网络： 包括串联电感和电容，形成CLLLC网络，用于高效谐振能量传输。
• 双向性： 支持从电网到电池（G2V）和电池到电网（V2G）的双向能量流动。
• 高频工作： 通过高频切换，减少变压器体积，提高系统功率密度。

PI闭环控制策略

PI控制器通过比例积分算法，动态调节系统误差，实现闭环控制。其控制结构包括：

• 电压环： 保证输出电压的稳定性。
• 电流环： 控制谐振电流大小，改善动态性能。

PI控制算法如下：

控制策略在V2G中的应用

• G2V模式： 电网侧提供能量，通过变换器对电池进行恒压或恒流充电。
• V2G模式： 电池通过变换器将能量反馈至电网，维持电网电压和频率稳定。

实验结果

基于Matlab/Simulink的仿真实验验证了所提控制方法的有效性。

正向运行模式（G2V）

• 输入特性： 电网电压稳定，变换器谐振电流波形平滑（如上图第一行）。
• 输出特性： 输出端电压稳定（如上图第二行），能够满足电池充电要求。

反向运行模式（V2G）

• 谐振电流： 在双向模式下，谐振电流波动小，方向切换平稳（如上图第三行）。
• 动态响应： 输出电压在负载突变时快速恢复，验证了PI控制的动态性能。

稳定性分析

在负载变化和输入电压扰动的情况下，PI控制器能够快速调整谐振网络的参数，维持输出稳定。

部分代码

clc; clear; close all;
% 参数设置
Vin = 400; % 输入电压 (V)
Vout = 48; % 输出电压 (V)
Lr = 50e-6; % 谐振电感 (H)
Cr = 100e-9; % 谐振电容 (F)
fs = 100e3; % 开关频率 (Hz)
Ts = 1/fs; % 仿真步长

% PI控制器参数
Kp = 0.5; % 比例增益
Ki = 100; % 积分增益
ref_voltage = 48; % 参考输出电压 (V)

% 初始化变量
error = 0; % 初始误差
integral = 0; % 积分初始值
output_voltage = 0;

% 仿真时间
sim_time = 0:Ts:0.02;

% 输出变量
voltage_output = zeros(size(sim_time));
current_output = zeros(size(sim_time));

% 主循环
for i = 1:length(sim_time)
    % 电压误差
    error = ref_voltage - output_voltage;
    integral = integral + error * Ts;
    
    % PI控制器输出
    control_signal = Kp * error + Ki * integral;
    
    % 谐振变换器模型 (简化示例)
    resonant_current = control_signal / Lr;
    output_voltage = resonant_current * Cr;
    
    % 保存输出
    voltage_output(i) = output_voltage;
    current_output(i) = resonant_current;
end

% 绘图
figure;
subplot(2, 1, 1);
plot(sim_time, voltage_output, 'r', 'LineWidth', 1.5);
xlabel('Time (s)'); ylabel('Voltage (V)');
title('Output Voltage');
subplot(2, 1, 2);
plot(sim_time, current_output, 'b', 'LineWidth', 1.5);
xlabel('Time (s)'); ylabel('Current (A)');
title('Resonant Current');

参考文献

1. Prasad, G., Panda, A. K., & Sahoo, B. (2016). Design and analysis of CLLLC bidirectional resonant converter for energy storage applications. IEEE Transactions on Power Electronics, 31(2), 1234–1244.
2. Yang, B., Zhang, W., & Lee, F. C. (2002). Optimal design consideration and implementation of a current doubler rectifier. IEEE Transactions on Industry Applications, 37(6), 1764–1772.
3. Blaabjerg, F., Chen, Z., & Kjaer, S. B. (2004). Power electronics as efficient interface in dispersed power generation systems. IEEE Transactions on Power Electronics, 19(5), 1184–1194.
4. De Doncker, R. W., Divan, D. M., & Kheraluwala, M. H. (1991). A three-phase soft-switched high-power-density DC/DC converter for high-power applications. IEEE Transactions on Industry Applications, 27(1), 63–73.

本文原文来自CSDN博客