论文总字数：20431字

摘 要

目前，电动汽车大量普及成为现实，电能需求随即增加。为了缓减电力系统高负荷运转、能源短缺及环境严重污染等问题，新型V2G技术在电力网方面扮演了重要的角色。未来利用电动汽车V2G模式，以电能形式回馈电网，减轻电网负荷压力。基于此，本论文以V2G逆变器为对象，基于TMS320F28335DSP设计单相V2G逆变器控制电路，实现电动汽车向电网输送电能，主要内容如下：

以TMS320F28335为控制核心，对V2G并网逆变器进行需求分析，设计了V2G并网逆变器主电路拓扑结构，由此结构选择符合要求的开关器件型号，计算相应的电感、电容参数，设计并计算LC滤波参数。整个运行系统拟用DSP控制方式，设计以TMS320F28335为最小系统的硬件电路，包括供电电源电路、时钟电路、仿真器接口电路等，以及对DSP输出PWM信号进行放大处理电路即PWM控制电路。依据控制系统需求，对主电路直交流信号采样处理，设计了直流电压、交流电压和直流电流、交流电流采样调理电路，以及过电流检测电路。

研究结果表明：本文为电网改善能源结构、减轻电力负荷压力提供了实用性的价值和意义。

关键词：V2G逆变器；控制器；DSP；控制电路

Abstract

At present, mass popularization of electric vehicles becomes a reality, and the demand for electric energy increases immediately. In order to alleviate problems such as high-load operation of power systems, energy shortages and serious environmental pollution, new V2G technologies have played an important role in the power grid. In the future, the V2G mode of electric vehicles will be used to feed back the grid in the form of electrical energy to reduce the load pressure on the grid. Based on this, this thesis takes V2G inverter as the object and designs a single-phase V2G inverter control circuit based on TMS320F28335DSP to realize the electric vehicle to transmit power to the power grid.

Taking TMS320F28335 as the control core, the V2G grid-connected inverter is analyzed, and the main circuit structure of the V2G grid-connected inverter is designed. From this structure, the switch device model that meets the requirements is selected, the corresponding inductance and capacitance parameters are calculated, and the design is designed. And calculate the LC filter parameters. The entire operating system is planned to use the DSP control method to design the hardware circuit with TMS320F28335 as the minimum system, including the power supply circuit, clock circuit, emulator interface circuit, etc, and the PWM control circuit that amplifies the DSP output PWM signal processing circuit. According to the requirements of the control system, sampling and processing of the direct AC signal of the main circuit, the DC voltage, AC voltage and DC current, AC current sampling conditioning circuit, and overcurrent detection circuit are designed.

The study indicate that this article provides practical value and significance for the power grid to improve the energy structure and reduce the pressure on the power load.

Key words: V2G inverter; controller; DSP; control circuit

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 研究现状分析 1

1.3 本文主要研究内容 2

第2章 逆变器总体方案设计 3

2.1 V2G逆变器需求分析 3

2.2 V2G逆变器总体结构设计 3

2.3 主电路原理分析与器件选型 4

2.3.1 Boost升压电路结构分析 4

2.3.2 单相全桥逆变电路分析 6

2.3.3 滤波电路设计 7

2.4 本章小结 9

第3章 主控硬件电路设计 10

3.1 总体方案设计 10

3.2 DSP最小系统设计 11

3.2.1 电源及复位电路设计 11

3.2.2 时钟电路设计 12

3.2.3 仿真器接口JTAG电路设计 13

3.3 PWM控制电路设计 13

3.4 电网电压过零检测电路设计 15

3.5 CAN通讯接口电路设计 15

3.6 本章小结 16

第4章 采样电路设计 17

4.1 直流电压采样电路设计 17

4.2 交流电压采样电路设计 18

4.3 直流电流采样电路设计 19

4.4 交流电流检测电路设计 20

4.5 过流保护电路设计 21

4.6 本章小结 21

第5章 总结与展望 22

5.1 本文工作总结 22

5.2 本文研究工作展望 22

参考文献 23

致谢 24

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

近年来，自然资源资源持续利用、环境重度污染、全球变暖等重要热点话题备受关注，大量开采一次能源造成严重的环境污染问题，成为牵制人类社会可持续发展的主要因素。传统燃油汽车不仅消耗大量的化石能源，而且对环境的破坏也不容小觑，因此发展新型能源动力汽车对于改善能源结构、解决环境污染问题功不可没。新能源汽车是我们国家在汽车领域迈出的重要一个台阶，实现汽车转型和升级，也在缓解能源紧缺、保护环境方面做出了重大贡献。科学技术发展之下，在电网建设中智能电网也成为各国普遍研究的重点，电动汽车作为一种可移动分布式的能量储存装置，其回馈电网的电能十分可观。数据显示，超过90％的电动汽车每天大约行驶1小时，并且大量空闲的电动汽车作为移动储能设备并入电网，以降低电网负载的压力。车辆到电网互动技术（Vehicle-to-Grid，V2G）是一种使用电动汽车的车载电池作为储能装置的技术，在车辆与电网之间达到能量和信息的双向传输^[1-3]。传统配电网规则已经难以实现未来大规模的电动汽车能量需求的正常运行，V2G技术使汽车电池向电网输送电能成为可能^[4]。V2G并网逆变器主要功效是将汽车电池的直流电逆变为交流电，并引入到公共电网中，因此V2G逆变器成为电动汽车与电网的核心部分，其逆变性能与输出电能质量密切相关 ^[5-6]。

V2G逆变器控制电路是电动汽车与电网之间相互作用的枢纽，依据DSP控制系统的要求和逆变器需求分析，搭建了主电路和控制电路。能够实现电动汽车直流电压通过控制逆变输出电流跟随电网电压，进而实现并网的可能。随着微处理器以及微电力电子技术的迅速发展，控制电路的选择逐渐多元化，逐渐向微型化、集成化方向发展，而且具有精度高、效率高、容错率低等特点。微处理器作为各项技术的核心，使得各种控制技术在逆变领域得到高效应用。开关器件的高频化、多样的拓扑结构以及调制方式等优越性条件，使得控制电路的选择对于提高V2G逆变器控制性能至关重要。

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