降损条件约束下电动汽车有序充电可靠性控制数学模型

李艳，冯丽荣

（延安职业技术学院，延安 716000）

引言

随着电动车产业的蓬勃发展，电动汽车技术发展越来越成熟，电动汽车的充电问题仍然是约束电动汽车产业发展的重要瓶颈问题[1]。为响应节能降损的号召，进行电动汽车降损有序充电控制研究，构建符合电动汽车充电需求发展的可靠性控制数学模型，提高电动汽车降损有序充电控制能力具有重要现实意义。

对电动汽车有序充电控制的研究是建立在对电动汽车充电调制和功率因素分析基础上，结合对充电设备的逆变器快速响应设计[2]，进行电动汽车有序充电装置控制，提高电动汽车降损有序充电可靠性控制能力。本文提出考虑降损条件约束下的电动汽车有序充电可靠性控制数学模型[3]。最后进行仿真测试，展示了本文方法在提高电动汽车降损有序充电控制稳定性和可靠性方面的优越性能。

1 电动汽车有序充电设备控制对象及约束参量

1.1 电动汽车有序充电设备控制约束参量模型

为了实现电动汽车在降损条件约束下的有序充电控制，利用PID控制器构建电动汽车降损有序充电控制的对象模型[4]，针对充电设备的单极性特点，采用物联网远程控制技术进行充电设备控制中的组网设计，结合控制约束参量分析，构建充电设备控制的微分控制模型[5]，得到电动汽车降损有序充电设备控制结构模型如图1所示。

根据图1所示的结构模型，以降损条件为约束，考虑继电保护专业数据，进行电动汽车有序充电控制特征分析[6]，电动汽车有序充电模型用如下二元微分方程表述：

图1 电动汽车降损有序充电设备控制结构模型

式中：

f(u)—电动汽车有序充电可控电压源；

UJ—两相感应电压偏置；

UE—两相感应电压波形。

随着电压幅值的突然抬升，得到电动汽车有序充电设备控制约束特征量表示：

式中：

Lq—并网系统产生间谐波电流；

LJ—电压外环实时调节J轴的负荷波动频率；

LE—微分参数。

忽略为稳定的直流电能损耗，在直流侧供给功率稳定条件下，得到电动汽车有序充电控制输出平均功率变化率f，计算充电设备的直流控制变量，根据转速和负载变化，得到功率传输约束对象模型表示：

在直流侧电压固定的情况下，得到波动性控制方程表示：

式中：

v—磁链信号；

x1—双端口稳压控制时序；

x2—充电输出时序导；

h—PMSG 的角速度，采用定子磁链的直、交轴分量共同约束，得到联合调节因子为0h，当h值不变且输入电压稳定时，增大0h能够进行输出干扰滤波；

h，0h—电力系统的电池特征参数，采用负荷波动性调节方法进行电动汽车有序充电设备的分送控制。

1.2 降损有序充电稳态调节

通过电动汽车有序充电设备的谐振电感和谐振电容为辨识参数，分析充电控制差异性特征[7]，构建充电设备的状态查看模型表示为：

式中：

z1,z2—永磁体励磁磁链基波横、纵分量；

y—负直轴电流补偿特征参数；

z3—最大功率点因素；

β1,β2,β3—z1,z2,z3对应的有序充电的可调参数；δ—补偿特征预测参数。

提取反映电动汽车降损有序充电控制属性的特征量，采用非线性反馈调节方法，进行电动汽车降损有序充电控制的模糊调度[8]，得到电动汽车降损非线性反馈调节式表示：

式中：

e1(k)，e2(k)，e3(k)—x，y，z轴的电动汽车降损非线性反馈调节式；

b0是整流器输出能耗参数；

kp是额定功率不变下的比例参数。

采用降损有序充电稳态调节的过程控制方法，得到模糊电流极限圆调节微分方程为：

式中：

yi—第i通道的电动汽车降损有序充电控制调节器参数；

fi(x)，i=1,2—电动汽车降损有序充电控制动态耦合的参数；

bij—电流各次频率分量的放大系数，幅值和相角的联合特征分量为bij(x)。

电动汽车降损有序充电控制系统传递矩阵为：

电压极限椭圆分布方程表示为：

式中：

U—电动汽车降损有序充电控制的谐波分量的频率。

电动汽车降损有序充电控制中，回路参数及控制器参数的联合微分方程为：

根据上述公式，建立不同频率系统间的电力系统的电动汽车降损有序充电耦合模型，进行电动汽车降损有序充电分送控制。

2 电动汽车降损有序充电控制优化

在上述进行了电动汽车降损有序充电设备控制约束参量模型参数设计的基础上，采用负荷的波动性调节方法进行电动汽车降损有序充电设备的电动汽车降损有序充电稳态调价[9]，通过PI 调节器进行电动汽车降损有序充电控制信息反馈调节误差控制项为：

以间谐波分量幅值为约束参量，充电控制的联合特征量为：

式中：

ω0—降损有序充电输出时刻；

L—谐波分量，构建电动汽车降损有序充电输出磁损耗分量，若直流侧负载从空载增加，充电输出等于负载功率时，满足：

功率突变引起的整流电压iv与充电输出电压之差等于高频交流谐波时，电动汽车降损有序充电输出的差压为：

式中：

n表示充电输出数量，采用 MTPA 控制的方法，得到有损功耗为：

考虑业务应用对数据对象分布，根据不同业务应用间关联特征分布，得到电动汽车降损有序充电控制的耦合因子表示为：

式中：

I—关联特征参数；

α—有序充电控制系数，而轻载条件下，得到电动汽车降损有序充电的扰动电流mxL为：

引入最大转矩电流比曲线[10]，得到电动汽车降损有序充电设备的电流输出为：

对以上方程进行联立求解，以充电设备的电损耗为动态约束，实现电动汽车降损有序充电控制。

3 实验分析

实验测试中，设定电动汽车有序充电控制的额定电压 UN_ac=200 V，极对数 p=3，交轴电感 Lq 为156，预测对象设定为20组，用户动态需求参数设定见表1。

表1 用户动态需求参数

根据用户充电需求参数，构建降损条件下电动汽车有序充电控制模型，得到电动汽车有序充电控制电压收敛曲线如图2所示。

图2 电动汽车有序充电控制电压收敛曲线

分析图2得知，本文方法进行电动汽车有序充电控制的电压稳定性较好，测试控制误差，得到对比结果见表2。分析表2得知，本文方法进行电动汽车有序充电控制的误差能快速收敛到最小，耗时约为0.21 ms，提高输出功率增益。

表2 性能测试

4 结语

本文提出考虑降损条件约束的电动汽车有序充电控制模型，实现符合电动汽车充电需求发展的可靠性控制。结合嵌入式的信息控制方法，采用负荷波动性调节方法进行电动汽车有序充电设备的分送控制，提取反映电动汽车有序充电控制属性的特征量，建立不同频率系统间的电力系统的电动汽车有序充电耦合模型，实现电动汽车降损有序充电分送控制。实验分析得知，本文方法进行电动汽车降损有序充电控制的输出稳定性较高，增益较大，误差较小。