一种应用于新能源汽车上的智能充放电系统的制作方法

本发明涉及新能源汽车，尤其是涉及一种应用于新能源汽车上的智能充放电系统。

背景技术：

1、随着电动车的普及，充电桩也越来越多，未来电动汽车与配电网之间会有能量的双向流动，传统的变流器缺乏惯性和阻尼，当大规模应用的情况下会对电网造冲击，由此提出一种新型的充放电技术，将虚拟同步发电机控制技术应用在电动汽车充放电上，虚拟同步发电机通过模拟同步发电机为系统提供阻尼和惯性，从而缓解充放电的功率波动情况。

技术实现思路

1、鉴于以上问题，本发明提供了一种应用于新能源汽车上的智能充放电系统，不仅通过虚拟同步发电机提供的惯性和阻尼，使系统的稳定性提高，而且有利于智能充放电系统的推广使用，将电动车电池看作电网削峰填谷的一部分。

2、为了实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案如下：

3、一种应用于新能源汽车上的智能充放电系统，包括mpc控制器和变换器，还包括vsg控制器，所述vsg控制器与所述mpc控制器连接，所述vsg控制器与所述变换器连接，所述vsg控制器包括虚拟调速模块、虚拟调压模块、虚拟转子模块和电流生成模块，

4、所述vsg控制器，用于根据采样的电流和电压通过vsg算法输出合成的电流数据信息；

5、所述虚拟调速模块，用于调速所述vsg控制器，通过调整有功功率随负荷变化的差额，稳定系统的频率；

6、所述虚拟调压模块，用于通过模拟同步电机的下垂特性，保证系统产生的无功功率与消耗的相等；

7、所述虚拟转子模块，用于引入阻尼系数和转动惯量来实现虚拟的阻尼与惯性，改善功率变化时频率的波动，并根据虚拟转子角速度与输出有功功率之间的关系，为所述电流生成模块提供参考相位角；

8、电流生成模块，用于根据电流预测算法对电流的实时滚动进行优化。

9、进一步的，所述根据采样的电流和电压通过vsg算法输出合成的电流数据信息的步骤包括：

10、q1.车辆进行充电，获取不同时刻采样的电流和电压数据信息，并进行预处理，输出处理后的电压和电流数据信息；

11、q2.基于所述处理后的电压和电流数据信息，建立虚拟同步发电机转子运动函数，

12、

13、其中，pm、pe分别为vsg的机械功率与电磁功率，tm、te和td分别为vsg的机械转矩、电磁转矩和阻尼转矩，j为转动惯量，ω为vsg的电网角速度，ωn为电网参考角速度，d为vsg的阻尼系数，q为相位角，t为时间；

14、q3.根据所述虚拟同步发电机转子运动函数，对所述mpc控制器的不同时刻的电流数据信息进行合成，输出mpc控制器的合成后的电流数据信息。

15、进一步的，所述并根据虚拟转子角速度与输出有功功率之间的关系为：

16、

17、其中，ωn为电网参考角速度，j为转动惯量，ω为vsg的电网角速度，pm为vsg的机械功率与电磁功率，d为vsg的阻尼系数，t为时间，pvsg为虚拟同步机的有功功率指令。

18、进一步的，所述根据电流预测算法对电流的实时滚动进行优化包括：

19、l1.车辆进行充电，所述mpc控制器实时获取电网与电动车之间的三相电压uabc，所述三相电压uabc经过clark变换和park变换得到旋转坐标系下的电流ud和uq，

20、

21、其中，cabc/ɑβ为clark变换的系数矩阵，cɑβ/dq为park变换矩阵；

22、l2.所述mpc控制器实时获取电网与电动车之间的三相电流iabc,所述三相电流iabc经过clark变换和park变换得到旋转坐标系下的电流id和iq，

23、

24、进一步的，通过虚拟同步发电机和所述电流生成模块得到电动车充电的参考电流然后，将参考电流输入所述mpc控制器，通过优化调节实时的能量调度。

25、进一步的，所述mpc控制器是根据k+1时刻的参考电流与预测电流的差值来选取最优的开关组合序列，k为采样时间，具体包括：

26、h1.根据k+1时刻的参考电流与预测电流的差值来选取最优的开关组合序列，建立开关函数sk，

27、

28、k＝a,b和c；

29、h2.基于所述开关函数sk，建立开关函数与电压矢量之间的关系的函数g，

30、

31、其中，ei为第i个开关两端的电压值，udc为总电压值，j为正整数，sa,sb和sc分别为开关函数sk的不同取值，a为权重系数；

32、h3.基于所述开关函数与电压矢量之间的关系的函数g，对开关s1，s2，s3，s4，s5，s6，s7和s8的开闭状态进行控制，输出开关的控制数据信息。

33、进一步的，根据所述k+1时刻的参考电流与预测电流的差值来选取最优的开关组合序列，建立代价函数g，

34、

35、其中，iɑ*(k+1)为k+1时刻参考电流在a轴上的分量，iɑ(k+1)为k+1时刻电流预测值在a轴上的分量，iβ*(k+1)为k+1时刻参考电流在b轴上的分量，iβ(k+1)为k+1时刻电流预测值在b轴上的分量。

36、进一步的，所述k+1时刻的电流预测值的模型为，

37、

38、其中，iɑ(k+1)为k+1时刻电流预测值在a轴上的分量，iβ(k+1)为k+1时刻电流预测值在b轴上的分量，ts为采样周期，l和r为常量参数，iɑ(k)为k时刻电流预测值在a轴上的分量，iβ(k)为k时刻电流预测值在b轴上的分量，eɑ(k)为k时刻的电压矢量，uɑ(k)为k时刻的电压值，eβ(k)为k时刻的电压矢量，uβ(k)为k时刻的电压值。

39、进一步的，通过计算k+1时刻的参考电流值，来得到价值函数g，滚动优化，来不断调整，价值函数g的值越小则误差越小，控制效果越好。

40、进一步的，所述虚拟调速器模块与所述虚拟转子模块连接，所述虚拟转子与所述电流生成模块连接，所述虚拟调压模块与所述电流生成模块连接。

41、本发明具有以下积极效果：

42、1.本发明通过虚拟同步发电机提供的惯性和阻尼，使系统的稳定性提高，mpc控制算法的引入，使其相较于传统虚拟同步发电机的矢量控制算法有更优越的动态性能，该算法能动态滚动优化，实时调整。

43、2.本发明检测电网的状态，当电网电压低于额定值时，自动放电为电网提供电能，当电网电压高于额定值时，主动从电网吸收电能，从而调节电网频率，维持电网的稳定性。

44、3.本发明有利于智能充放电系统的推广使用，将电动车电池看作电网削峰填谷的一部分，让电动车能够更加方便的进行充电。

技术特征：

1.一种应用于新能源汽车上的智能充放电系统，包括mpc控制器和变换器，其特征在于，还包括vsg控制器，所述vsg控制器与所述mpc控制器连接，所述vsg控制器与所述变换器连接，所述vsg控制器包括虚拟调速模块、虚拟调压模块、虚拟转子模块和电流生成模块，

2.根据权利要求1所述的应用于新能源汽车上的智能充放电系统，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的应用于新能源汽车上的智能充放电系统，其特征在于，所述并根据虚拟转子角速度与输出有功功率之间的关系为：

4.根据权利要求1所述的应用于新能源汽车上的智能充放电系统，其特征在于，所述根据电流预测算法对电流的实时滚动进行优化包括：

5.根据权利要求1所述的应用于新能源汽车上的智能充放电系统，其特征在于：通过虚拟同步发电机和所述电流生成模块得到电动车充电的参考电流然后，将参考电流输入所述mpc控制器，通过优化调节实时的能量调度。

6.根据权利要求1所述的应用于新能源汽车上的智能充放电系统，其特征在于：所述mpc控制器是根据k+1时刻的参考电流与预测电流的差值来选取最优的开关组合序列，k为采样时间，具体包括：

7.根据权利要求6所述的应用于新能源汽车上的智能充放电系统，其特征在于：根据所述k+1时刻的参考电流与预测电流的差值来选取最优的开关组合序列，建立代价函数g，

8.根据权利要求7所述的应用于新能源汽车上的智能充放电系统，其特征在于：所述k+1时刻的电流预测值的模型为，

9.根据权利要求7所述的应用于新能源汽车上的智能充放电系统，其特征在于：通过计算k+1时刻的参考电流值，来得到价值函数g，滚动优化，来不断调整，价值函数g的值越小则误差越小，控制效果越好。

10.根据权利要求8所述的应用于新能源汽车上的智能充放电系统，其特征在于：所述虚拟调速器模块与所述虚拟转子模块连接，所述虚拟转子与所述电流生成模块连接，所述虚拟调压模块与所述电流生成模块连接。

技术总结
本发明涉及一种应用于新能源汽车上的智能充放电系统，包括MPC控制器和变换器，还包括VSG控制器，所述VSG控制器与所述MPC控制器连接，所述VSG控制器与所述变换器连接，所述VSG控制器包括虚拟调速模块、虚拟调压模块、虚拟转子模块和电流生成模块，所述VSG控制器，用于根据采样的电流和电压通过VSG算法输出合成的电流数据信息；所述虚拟调速模块，用于调速所述VSG控制器，通过调整有功功率随负荷变化的差额，稳定系统的频率；所述虚拟调压模块。本发明不仅通过虚拟同步发电机提供的惯性和阻尼，使系统的稳定性提高，而且有利于智能充放电系统的推广使用，将电动车电池看作电网削峰填谷的一部分。

技术研发人员：程阿罗,程力威,倪文进,杜宗金,郭艮花
受保护的技术使用者：程力专用汽车股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19