降損條件約束下電動(dòng)汽車有序充電可靠性控制數(shù)學(xué)模型

李艷，馮麗榮

（延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，延安 716000）

引言

隨著電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展越來越成熟，電動(dòng)汽車的充電問題仍然是約束電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要瓶頸問題[1]。為響應(yīng)節(jié)能降損的號(hào)召，進(jìn)行電動(dòng)汽車降損有序充電控制研究，構(gòu)建符合電動(dòng)汽車充電需求發(fā)展的可靠性控制數(shù)學(xué)模型，提高電動(dòng)汽車降損有序充電控制能力具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

對(duì)電動(dòng)汽車有序充電控制的研究是建立在對(duì)電動(dòng)汽車充電調(diào)制和功率因素分析基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)充電設(shè)備的逆變器快速響應(yīng)設(shè)計(jì)[2]，進(jìn)行電動(dòng)汽車有序充電裝置控制，提高電動(dòng)汽車降損有序充電可靠性控制能力。本文提出考慮降損條件約束下的電動(dòng)汽車有序充電可靠性控制數(shù)學(xué)模型[3]。最后進(jìn)行仿真測(cè)試，展示了本文方法在提高電動(dòng)汽車降損有序充電控制穩(wěn)定性和可靠性方面的優(yōu)越性能。

1 電動(dòng)汽車有序充電設(shè)備控制對(duì)象及約束參量

1.1 電動(dòng)汽車有序充電設(shè)備控制約束參量模型

為了實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車在降損條件約束下的有序充電控制，利用PID控制器構(gòu)建電動(dòng)汽車降損有序充電控制的對(duì)象模型[4]，針對(duì)充電設(shè)備的單極性特點(diǎn)，采用物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制技術(shù)進(jìn)行充電設(shè)備控制中的組網(wǎng)設(shè)計(jì)，結(jié)合控制約束參量分析，構(gòu)建充電設(shè)備控制的微分控制模型[5]，得到電動(dòng)汽車降損有序充電設(shè)備控制結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

根據(jù)圖1所示的結(jié)構(gòu)模型，以降損條件為約束，考慮繼電保護(hù)專業(yè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行電動(dòng)汽車有序充電控制特征分析[6]，電動(dòng)汽車有序充電模型用如下二元微分方程表述：

圖1 電動(dòng)汽車降損有序充電設(shè)備控制結(jié)構(gòu)模型

式中：

f(u)—電動(dòng)汽車有序充電可控電壓源；

UJ—兩相感應(yīng)電壓偏置；

UE—兩相感應(yīng)電壓波形。

隨著電壓幅值的突然抬升，得到電動(dòng)汽車有序充電設(shè)備控制約束特征量表示：

式中：

Lq—并網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生間諧波電流；

LJ—電壓外環(huán)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)J軸的負(fù)荷波動(dòng)頻率；

LE—微分參數(shù)。

忽略為穩(wěn)定的直流電能損耗，在直流側(cè)供給功率穩(wěn)定條件下，得到電動(dòng)汽車有序充電控制輸出平均功率變化率f，計(jì)算充電設(shè)備的直流控制變量，根據(jù)轉(zhuǎn)速和負(fù)載變化，得到功率傳輸約束對(duì)象模型表示：

在直流側(cè)電壓固定的情況下，得到波動(dòng)性控制方程表示：

式中：

v—磁鏈信號(hào)；

x1—雙端口穩(wěn)壓控制時(shí)序；

x2—充電輸出時(shí)序?qū)В?/p>

h—PMSG 的角速度，采用定子磁鏈的直、交軸分量共同約束，得到聯(lián)合調(diào)節(jié)因子為0h，當(dāng)h值不變且輸入電壓穩(wěn)定時(shí)，增大0h能夠進(jìn)行輸出干擾濾波；

h，0h—電力系統(tǒng)的電池特征參數(shù)，采用負(fù)荷波動(dòng)性調(diào)節(jié)方法進(jìn)行電動(dòng)汽車有序充電設(shè)備的分送控制。

1.2 降損有序充電穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)

通過電動(dòng)汽車有序充電設(shè)備的諧振電感和諧振電容為辨識(shí)參數(shù)，分析充電控制差異性特征[7]，構(gòu)建充電設(shè)備的狀態(tài)查看模型表示為：

式中：

z1,z2—永磁體勵(lì)磁磁鏈基波橫、縱分量；

y—負(fù)直軸電流補(bǔ)償特征參數(shù)；

z3—最大功率點(diǎn)因素；

β1,β2,β3—z1,z2,z3對(duì)應(yīng)的有序充電的可調(diào)參數(shù)；δ—補(bǔ)償特征預(yù)測(cè)參數(shù)。

提取反映電動(dòng)汽車降損有序充電控制屬性的特征量，采用非線性反饋調(diào)節(jié)方法，進(jìn)行電動(dòng)汽車降損有序充電控制的模糊調(diào)度[8]，得到電動(dòng)汽車降損非線性反饋調(diào)節(jié)式表示：

式中：

e1(k)，e2(k)，e3(k)—x，y，z軸的電動(dòng)汽車降損非線性反饋調(diào)節(jié)式；

b0是整流器輸出能耗參數(shù)；

kp是額定功率不變下的比例參數(shù)。

采用降損有序充電穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的過程控制方法，得到模糊電流極限圓調(diào)節(jié)微分方程為：

式中：

yi—第i通道的電動(dòng)汽車降損有序充電控制調(diào)節(jié)器參數(shù)；

fi(x)，i=1,2—電動(dòng)汽車降損有序充電控制動(dòng)態(tài)耦合的參數(shù)；

bij—電流各次頻率分量的放大系數(shù)，幅值和相角的聯(lián)合特征分量為bij(x)。

電動(dòng)汽車降損有序充電控制系統(tǒng)傳遞矩陣為：

電壓極限橢圓分布方程表示為：

式中：

U—電動(dòng)汽車降損有序充電控制的諧波分量的頻率。

電動(dòng)汽車降損有序充電控制中，回路參數(shù)及控制器參數(shù)的聯(lián)合微分方程為：

根據(jù)上述公式，建立不同頻率系統(tǒng)間的電力系統(tǒng)的電動(dòng)汽車降損有序充電耦合模型，進(jìn)行電動(dòng)汽車降損有序充電分送控制。

2 電動(dòng)汽車降損有序充電控制優(yōu)化

在上述進(jìn)行了電動(dòng)汽車降損有序充電設(shè)備控制約束參量模型參數(shù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，采用負(fù)荷的波動(dòng)性調(diào)節(jié)方法進(jìn)行電動(dòng)汽車降損有序充電設(shè)備的電動(dòng)汽車降損有序充電穩(wěn)態(tài)調(diào)價(jià)[9]，通過PI 調(diào)節(jié)器進(jìn)行電動(dòng)汽車降損有序充電控制信息反饋調(diào)節(jié)誤差控制項(xiàng)為：

以間諧波分量幅值為約束參量，充電控制的聯(lián)合特征量為：

式中：

ω0—降損有序充電輸出時(shí)刻；

L—諧波分量，構(gòu)建電動(dòng)汽車降損有序充電輸出磁損耗分量，若直流側(cè)負(fù)載從空載增加，充電輸出等于負(fù)載功率時(shí)，滿足：

功率突變引起的整流電壓iv與充電輸出電壓之差等于高頻交流諧波時(shí)，電動(dòng)汽車降損有序充電輸出的差壓為：

式中：

n表示充電輸出數(shù)量，采用 MTPA 控制的方法，得到有損功耗為：

考慮業(yè)務(wù)應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象分布，根據(jù)不同業(yè)務(wù)應(yīng)用間關(guān)聯(lián)特征分布，得到電動(dòng)汽車降損有序充電控制的耦合因子表示為：

式中：

I—關(guān)聯(lián)特征參數(shù)；

α—有序充電控制系數(shù)，而輕載條件下，得到電動(dòng)汽車降損有序充電的擾動(dòng)電流mxL為：

引入最大轉(zhuǎn)矩電流比曲線[10]，得到電動(dòng)汽車降損有序充電設(shè)備的電流輸出為：

對(duì)以上方程進(jìn)行聯(lián)立求解，以充電設(shè)備的電損耗為動(dòng)態(tài)約束，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車降損有序充電控制。

3 實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，設(shè)定電動(dòng)汽車有序充電控制的額定電壓 UN_ac=200 V，極對(duì)數(shù) p=3，交軸電感 Lq 為156，預(yù)測(cè)對(duì)象設(shè)定為20組，用戶動(dòng)態(tài)需求參數(shù)設(shè)定見表1。

表1 用戶動(dòng)態(tài)需求參數(shù)

根據(jù)用戶充電需求參數(shù)，構(gòu)建降損條件下電動(dòng)汽車有序充電控制模型，得到電動(dòng)汽車有序充電控制電壓收斂曲線如圖2所示。

圖2 電動(dòng)汽車有序充電控制電壓收斂曲線

分析圖2得知，本文方法進(jìn)行電動(dòng)汽車有序充電控制的電壓穩(wěn)定性較好，測(cè)試控制誤差，得到對(duì)比結(jié)果見表2。分析表2得知，本文方法進(jìn)行電動(dòng)汽車有序充電控制的誤差能快速收斂到最小，耗時(shí)約為0.21 ms，提高輸出功率增益。

表2 性能測(cè)試

4 結(jié)語

本文提出考慮降損條件約束的電動(dòng)汽車有序充電控制模型，實(shí)現(xiàn)符合電動(dòng)汽車充電需求發(fā)展的可靠性控制。結(jié)合嵌入式的信息控制方法，采用負(fù)荷波動(dòng)性調(diào)節(jié)方法進(jìn)行電動(dòng)汽車有序充電設(shè)備的分送控制，提取反映電動(dòng)汽車有序充電控制屬性的特征量，建立不同頻率系統(tǒng)間的電力系統(tǒng)的電動(dòng)汽車有序充電耦合模型，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車降損有序充電分送控制。實(shí)驗(yàn)分析得知，本文方法進(jìn)行電動(dòng)汽車降損有序充電控制的輸出穩(wěn)定性較高，增益較大，誤差較小。