[发明专利]一种电动汽车充电的多端口能量变换装置及其控制方法

权利要求书

1.一种电动汽车充电的多端口能量变换装置，其特征在于，包括三相电压型PWM整流单元、双有源桥DC/DC变换单元、电动汽车互充接口、光伏输入单元、Boost升压变换单元、蓄电池单元，单相全桥逆变单元，Buck降压变换单元、高压直流端口1和高压直流端口2；

所述三相电压型PWM整流单元的输入端与电网相连接，三相电压型PWM整流单元的输出端与高压直流端口1连接，高压直流端口1同时连接所述电动汽车互充接口与双有源桥DC/DC变换单元的输入端，所述高压直流端口2与双有源DC/DC变换单元的输出端相连接；所述光伏输入单元的输出端与Boost升压变换单元的输入端相连接，Boost升压单元的输出端与高压直流端口2相连接；蓄电池单元的输入端、单相全桥逆变单元的输入端和Buck降压变换单元的输入端连接高压直流端口2，单相全桥逆变单元输出端连接单相交流负载或储能设备，Buck降压单元的输出端连接低压直流负载或储能设备。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电的多端口能量变换装置，其特征在于，所述的电动汽车互充接口、双有源桥DC/DC变换单元和单相全桥逆变单元均包括三种能量流动工作模式：能量从输入端流向输出端为正向传输，能量从输出端流向输入端为反向传输，无能量流动则为不传输。

3.一种电动汽车充电的多端口能量变换装置控制方法，通过权利要求1所述一种电动汽车充电的多端口能量变换装置实现，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：双有源DC/DC变换器采用模型预测控制，同时考虑到外界因素的影响，引入误差校正参数ε对偏差进行补偿，具体步骤如下：

步骤1.1：对双有源DC/DC变换器输出电压建模得DAB的简化降阶模型为：

其中，R_L为负载电阻值，C₁为输出电容值，L为变压器漏感值，n为变压器变比，D为占空比，f_s为开关频率；

步骤1.2：采用欧拉前向法对输出电压微分项进行离散化处理，得：

其中，T_s为开关周期；

步骤1.3：将步骤1.1中公式带入1.2中的公式进行整理得：

其中，V_i(t_k)、V_o(t_k)和i_o(t_k)分别为t_k时刻输入电压、输出电压与输出电流采样值；

步骤1.4：建立评价函数J(k)＝(V_o(t_k+1)-V_oref)²，经过求导得占空比其中V_oref为输出电压参考值；

步骤1.5：引入误差校正参数ε后的预测优化相移比表达式为D_in＝εD；

步骤1.6：得到模型预测控制下DAB变换器的输出功率为实际占空比为

步骤2：采用基于模型预测的多目标优化控制实现电动汽车互充技术，具体步骤如下：

步骤2.1：设新能源输出功率调节函数为：

其中：ω_pv为光伏的温度转换功率系数，T为当前时刻温度，T_ref为额定参考温度，s_pv为当前时刻光照强度，为新能源输出功率额定值；

步骤2.2：设新能源输入电动汽车微网功率预测函数为：

其中：P_pv-in为光伏能源输入电动汽车功率，为光伏功率预测误差值，η_pv和λ_pv分别为由数据统计得到的光伏功率预测误差的均值和方差；

步骤2.3：设定电动汽车微网系统功率调节函数为：

其中τ为蓄电池的电量状态，P₁为电网端口输入功率，P₂为另一台电动汽车输入功率，P₃为单相交流端口输出功率，P₄为低压直流接口输出功率，P_BN为蓄电池额定输入功率；

步骤2.4：设定电动汽车微网系统的多目标优化控制函数为

其中P_s＝P₁+P₂+P₃+P₄+P_pv-in，

电池充电转换效率为

单相交流设备转换效率

低压直流负载转换效率

其中多目标限制条件为

α、β、γ为权重因子，η_B、η₃、η₄分别为电池充电转换效率，单相交流设备转换效率，低压直流负载转换效率，满足约束条件且多目标优化函数F(t)达到最小值时为最优控制；

步骤2.5：对η_B、η₃、η₄进行单独求解，获得(P₁,P₂,P₃,P₄),(P₁,P₂,P₃,P₄)⁽²⁾,(P₁,P₂,P₃,P₄)⁽³⁾三组约束条件下的单一指标最优；

步骤2.6：根据步骤2.5得到每个指标对应的最优解中的最大值M_j及每个指标对应的最优解中的最小值m_j，并进行归一化处理计算；

确定加权系数其中i，j＝1,2,3

步骤2.7：构造多目标规划性问题其中i，j＝1,2,3；μ为电池充电转换效率、单相交流设备转换效率以及低压直流负载转换效率之和；求得一组理想解(P₁,P₂,P₃,P₄)^*,将理想解带入步骤2.4中f₁、f₂和f₃三个指标的函数进行比较，若每个指标偏差均小于等于5％则结束计算，否则跳转到步骤2.8；

步骤2.8：若不满足要求的指标为小于单一指标最优，构造多目标规划性问题Lp(2)；

其中j＝1,2,3在于预先设定好的偏差进行比较直到偏差小于5％为止，不满足则反复进行步骤2.8直至输出一组实际理想解(P₁,P₂,P₃,P₄)^*为止，所得即为最优功率，从而实现电动汽车充电的模型预测多目标优化功率控制效果；

步骤1中所述新能源汽车能源调节函数为：

其中sign函数为：

其中w为SOC_Li+SOC_c,SOC_Li,SOC_c分别为超级电容剩余电量，车载锂电池剩余电量；

所述新能源汽车电动机功率预测函数为，根据汽车K-1时刻运行速度仅预测电动汽车增速K时刻的补偿动力：

其中V_K为其当前速度。

4.根据权利要求3所述的一种电动汽车充电的多端口能量变换装置控制方法，其特征在于，步骤3中所述单一指标最优：(P₁,P₂,P₃,P₄)的电池充电转换效率、单相交流设备转换效率、低压直流负载转换效率分别为f₁、f₂、f₃；(P₁,P₂,P₃,P₄)⁽²⁾的电池充电转换效率、单相交流设备转换效率、低压直流负载转换效率分别为f₁⁽²⁾、f₂⁽²⁾、f₃⁽²⁾；(P₁,P₂,P₃,P₄)⁽³⁾的电池充电转换效率、单相交流设备转换效率、低压直流负载转换效率分别为f₁⁽³⁾、f₂⁽³⁾、f₃⁽³⁾。