一种V2G系统及适用于V2G系统的集成式滤波器设计方法与流程

一种v2g系统及适用于v2g系统的集成式滤波器设计方法
技术领域
1.本发明涉及集成式滤波器建模技术领域，具体的是一种v2g系统及适用于v2g系统的集成式滤波器设计方法。


背景技术：

2.v2g(vehicle to grid)是指通过电力电子装置，将电动汽车的动力电池接入电网，实现电能在电网和电池之间的双向流动。传统电感普遍存在体积较大的问题，妨碍了v2g系统进一步缩小。基于电机绕组复用的集成式电感得到了研究人员的大量关注。这种集成式滤波器最早由美国的rippel和cocconi进行了专利申请。
3.由于集成式滤波器使用电机定子作为铁芯，极易受到电机饱和、空间谐波等非线性因素的影响，所以集成式电感具有很强的非线性。尽管如此，绝大部分v2g系统建模时仍然把集成式电感当成是参数不变的理想电感进行处理。这种传统的处理方式，忽略了集成式滤波电感带来的低频谐波电流问题。因此，采用合理的计算方法，建立针对集成式滤波电感带来的低频谐波的设计方法，对确保大规模新能源汽车接入电网时，入网谐波含量能符合要求有重要意义。


技术实现要素：

4.为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种v2g系统，所述系统包括蓄电池、双向dc/dc变换器、三相全桥变换器、滤波器、电网及控制系统，并同时提供了一种适用于v2g系统的集成式滤波电感设计方法，所述方法包括：s1、集成式电感的电磁有限元建模；s2、对集成式电感的参数化扫描；s3、计算不同电流激励、转子角度情况下的电感磁链，得到高精度电感模型的数据基础；s4、基于线性电感v2g系统电压电流谐波提取；s5、集成式滤波电感在工频转速下的谐波分析与优化。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种v2g系统，所述系统包括蓄电池、双向dc/dc变换器、三相全桥变换器、滤波器、电网及控制系统。
7.一种v2g系统及适用于v2g系统的集成式滤波器设计方法,所述方法包括如下步骤：
8.s1、集成式电感的电磁有限元建模；
9.s2、对集成式电感的参数化扫描；
10.s3、运用电磁有限元数值计算工具计算不同电流激励、转子角度情况下的电感磁链和转矩，得到高精度电感模型的数据基础，建立多输入、多输出的查表模型、插值模型或近似等效公式模型；
11.s4、基于线性电感v2g系统电压电流谐波提取，根据给定的v2g系统，以及逆变器的控制方式，通过仿真的方式计算得到采用常规的线性滤波电感时的逆变器输出电压的波形，并对其进行谐波分析，对系统中的电流进行谐波分析；
12.s5、对集成式滤波电感在不同电流和角度工况下的端部电压进行谐波分析，以s4中计算得到的电压谐波最大值为目标，对集成式滤波电感的有限元模型中的尺寸参数进行微调优化。
13.进一步的，所述s1中集成式电感的电磁有限元建模的方法为：在多物理场数值计算工具中建立包含三维模型、材料特性、激励等多种影响滤波器大小的输入量，对模型中的定子齿槽尺寸进行参数化，对转子永磁体和铁芯进行参数化。
14.进一步的，所述集成式滤波电感的波形特征是基于高精度电磁有限元数值计算的结果。
15.进一步的，所述s5中对集成式滤波电感在不同电流和角度工况下的端部电压进行谐波分析时转子转速保证输出电压基频为电网频率。
16.进一步的，所述集成式电感的优化目标是线性电感在v2g系统中引入的谐波成分的函数，优化变量是集成式滤波电感的几何尺寸。
17.进一步的，所述方法用于设计符合电网谐波要求的电动汽车充放电滤波器。
18.本发明的有益效果：
19.本发明v2g系统包括蓄电池、双向dc/dc变换器、三相全桥变换器、滤波器、电网及控制系统构成，降低了v2g系统中集成式滤波器引起的谐波问题，提高了v2g系统的谐波特性，为大规模新能源汽车并入电网提供了技术支撑，解决了现有技术中存在v2g系统模型无法充分考虑集成式滤波器引起的低频谐波问题。
附图说明
20.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
21.图1为本发明v2g系统示意图；
22.图2为本发明的流程图；
23.图3为本发明滤波器的建模方式；
24.图4为本发明滤波器的优化变量。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
26.如图1所示，一种v2g系统包括蓄电池1、双向dc/dc变换器2、三相全桥变换器3、滤波器4、电网5及控制系统构成。对于三相充放电场合常采用三相全桥变换器3实现整流和逆变的功能，滤波器4为交流滤波电感。
27.如图2-图3所示，一种v2g系统及适用于v2g系统的集成式滤波器设计方法,所述方法包括如下步骤：
28.s1、集成式电感的电磁有限元建模，在多物理场数值计算工具中建立包含三维模型、材料特性、激励等多种影响滤波器大小的输入量，对模型中的定子齿槽尺寸进行参数化，对转子永磁体和铁芯进行参数化；
29.s2、对集成式电感的参数化扫描；
30.s3、运用电磁有限元数值计算工具计算不同电流激励、转子角度情况下的电感磁链和转矩，得到高精度电感模型的数据基础，建立多输入、多输出的查表模型、插值模型或近似等效公式模型；
31.s4、基于线性电感v2g系统电压电流谐波提取，根据给定的v2g系统，以及逆变器的控制方式，通过仿真的方式计算得到采用常规的线性滤波电感时的逆变器输出电压的波形，并对其进行谐波分析，对系统中的电流进行谐波分析；
32.s5、对集成式滤波电感在不同电流和角度工况下的端部电压进行谐波分析，以s4中计算得到的电压谐波最大值为目标，对集成式滤波电感的有限元模型中的尺寸参数进行微调优化，所述集成式电感的优化目标是线性电感在v2g系统中引入的谐波成分的函数，优化变量是集成式滤波电感的几何尺寸。
33.所述集成式滤波电感的波形特征是基于高精度电磁有限元数值计算的结果。
34.所述s5中对集成式滤波电感在不同电流和角度工况下的端部电压进行谐波分析时转子转速保证输出电压基频为电网频率。
35.所述方法用于设计符合电网谐波要求的电动汽车充放电滤波器。
36.如图4所示，所述滤波器4以电动汽车驱动电机绕组复用作为集成式滤波电感为一个实例，其优化变量为定子槽开口大小和转子永磁体跨度。
37.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。


技术特征：
1.一种v2g系统，其特征在于，所述系统包括蓄电池(1)、双向dc/dc变换器(2)、三相全桥变换器(3)、滤波器(4)、电网(5)及控制系统。2.一种适用于v2g系统的集成式滤波器设计方法,包括权利要求1所述的v2g系统，其特征在于，所述方法包括如下步骤：s1、集成式电感的电磁有限元建模；s2、对集成式电感的参数化扫描；s3、运用电磁有限元数值计算工具计算不同电流激励、转子角度情况下的电感磁链和转矩，得到高精度电感模型的数据基础，建立多输入、多输出的查表模型、插值模型或近似等效公式模型；s4、基于线性电感v2g系统电压电流谐波提取，根据给定的v2g系统，以及逆变器的控制方式，通过仿真的方式计算得到采用常规的线性滤波电感时的逆变器输出电压的波形，并对其进行谐波分析，对系统中的电流进行谐波分析；s5、对集成式滤波电感在不同电流和角度工况下的端部电压进行谐波分析，以s4中计算得到的电压谐波最大值为目标，对集成式滤波电感的有限元模型中的尺寸参数进行微调优化。3.根据权利要求2所述的一种适用于v2g系统的集成式滤波器设计方法，其特征在于，所述s1中集成式电感的电磁有限元建模的方法为：在多物理场数值计算工具中建立包含三维模型、材料特性、激励等多种影响滤波器大小的输入量，对模型中的定子齿槽尺寸进行参数化，对转子永磁体和铁芯进行参数化。4.根据权利要求2所述的一种适用于v2g系统的集成式滤波器设计方法，其特征在于，所述集成式滤波电感的波形特征是基于高精度电磁有限元数值计算的结果。5.根据权利要求2所述的一种适用于v2g系统的集成式滤波器设计方法，其特征在于，所述s5中对集成式滤波电感在不同电流和角度工况下的端部电压进行谐波分析时转子转速保证输出电压基频为电网频率。6.根据权利要求2所述的一种适用于v2g系统的集成式滤波器设计方法，其特征在于，所述集成式电感的优化目标是线性电感在v2g系统中引入的谐波成分的函数，优化变量是集成式滤波电感的几何尺寸。7.根据权利要求2所述的一种适用于v2g系统的集成式滤波器设计方法，其特征在于，所述方法用于设计符合电网谐波要求的电动汽车充放电滤波器。

技术总结
本发明涉及集成式滤波器建模技术领域，公开了一种V2G系统，所述系统包括蓄电池、双向DC/DC变换器、三相全桥变换器、滤波器、电网及控制系统，并同时公开了一种适用于V2G系统的集成式滤波电感设计方法，所述方法包括：S1、集成式电感的电磁有限元建模；S2、对集成式电感的参数化扫描；S3、计算不同电流激励、转子角度情况下的电感磁链，得到高精度电感模型的数据基础；S4、基于线性电感V2G系统电压电流谐波提取；S5、集成式滤波电感在工频转速下的谐波分析与优化。本发明降低了V2G系统中集成式滤波器引起的低频谐波，为大规模新能源汽车并入电网提供了技术支撑，解决了现有技术中存在V2G系统模型无法充分考虑集成式滤波器引入的低频谐波的问题。频谐波的问题。频谐波的问题。


技术研发人员：蔡海维 蒋智鹏 许洪华 刘少君 徐荆州
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司南京供电分公司 国家电网有限公司
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2022/3/4