(一)技術領域：
本發明涉及電動汽車和電力系統控制技術領域，是一種基于自抗擾技術的電動汽車雙向充放電裝置及方法。
(二)
背景技術：
：
隨著世界經濟與工業的發展，全球的資源需求和環境壓力日益增加，能源短缺和環境惡化的問題日漸突出。在能源危機與環境污染的時代背景下，人類迫切需要調整能源結構。一次能源由以傳統的化石能源為主體，向低碳清潔的可再生能源過度和轉變。電動汽車以電代油作為驅動能源具有能源多樣性和環保性等優點，發展電動汽車取代燃油汽車被視為是緩解能源短缺和環境惡化問題的有效手段之一。電動汽車需從電網獲取電能以保證其續航能力，隨著大規模電動汽車的接入電網，勢必會對電網運行產生重大的影響，尤其大量電動汽車無序充電會影響電網的電能質量。合理有序控制電動汽車充放電，成為亟待解決的重要問題。
本發明針對模型不確定的非線性系統，應用自抗擾技術參與電動汽車雙向充放電控制，可改善充放電控制器的動態特性，有效提高充電效率，減小大規模電動汽車充電過程對電網的沖擊，改善電網電能質量，為該領域的進一步發展提供了一定的參考價值。
(三)
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種基于自抗擾技術的電動汽車雙向充放電裝置及方法，它可以克服傳統pi控制的不足，利用自抗擾控制理論實現電動汽車向電網雙向充放電，減小大量電動汽車充電過程對 電網電能質量的影響，保證電力系統安全可靠運行。
本發明的技術方案：一種基于自抗擾技術的電動汽車雙向充放電方法及裝置，其特征在于它包括三相電源模塊、ac/dc整流器模塊、dc/dc變流器模塊、蓄電池、交流側電壓電流檢測調理模塊、ipm(intelligentpowermodule——即智能功率模塊)驅動模塊i、dsp(digitalsignalprocess——即數字信號處理技術)控制模塊i、直流側電壓電流檢測調理模塊、ipm驅動模塊ii、dsp控制模塊ii和充放電側電壓電流檢測調理模塊；其中，所述三相電源模塊依次與ac/dc整流器模塊、dc/dc變流器模塊和蓄電池組相連接，所述交流側電壓電流檢測調理模塊采集三相交流電源的電壓和電流，其輸出端與dsp控制模塊的輸入端連接；所述ipm信號驅動模塊i的輸入端接收dsp控制模塊i的輸出信號，其輸出端與三相電壓型pwm變流器模塊的輸入端相連接；所述直流側電壓電流檢測調理模塊采集直流側電源的電壓和電流，其輸出端分別與dsp控制模塊i和dsp控制模塊ii的輸入端連接；所述ipm信號驅動模塊ii的輸入端與dsp控制模塊ii的輸出端連接，其輸出端與dc/dc變流器模塊的輸入端相連接；所述充放電側電壓電流檢測調理模塊的輸入端采集蓄電池的電量信號，其輸出端與dsp控制模塊ii的輸入端連接。
所述dsp控制模塊i和dsp控制模塊ii均采用tms320f2812芯片；其內置模塊包括：事件管理器、a/d數模轉換器、過電壓保護、過電流保護、擴展ram、帶有鎖相環的時鐘模塊及eva引腳；所述dsp控制模塊i的a/d數模轉換器的輸入端連接交流側電壓電流檢測調理模塊的輸出端；所述dsp控制模塊i的eva引腳輸出svpwm1 信號，將其輸入到所述ipm信號驅動模塊i的輸入端；所述dsp控制模塊ii的a/d數模轉換器的輸入端連接直流側電壓電流檢測調理模塊的輸出端；所述dsp控制模塊ii的eva引腳輸出svpwm2信號，將其輸入到所述ipm信號驅動模塊ii的輸入端。
所述dsp控制模塊i發出6路pwm脈沖驅動信號先進行電平轉換，再經過光耦隔離后輸入ipm功率模塊i，ipm功率模塊i中igbt的基極驅動信號低電平有效，與控制電路經過光電隔離器件隔離，光耦模塊將dsp輸出的0～3.3v的pwm信號轉換成0～15v的驅動信號；所述dsp控制模塊ii發出6路pwm脈沖驅動信號先進行電平轉換，再經過光耦隔離后輸入ipm功率模塊ii，ipm功率模塊ii中igbt的基極驅動信號低電平有效，與控制電路經過光電隔離器件隔離，光耦模塊將dsp輸出的0～3.3v的pwm信號轉換成0～15v的驅動信號。
所述ipm驅動模塊i和ipm驅動模塊ii采用pm150cla120模塊。
所述直流側電壓電流檢測調理模塊和交流側電壓電流檢測調理模塊是使用lem公司的交直流通用型電壓霍爾傳感器lv25-p和電流霍爾傳感器la25-p，通過對變流器的交流側和直流側電流量和電壓量進行檢測，以便在dsp內進行計算和控制。
一種基于自抗擾技術的電動汽車雙向充放電方法，其特征在于它包括以下步驟：
a.建立充電系統數學模型，忽略變換器自身損耗的情況下，在dq0坐標系下的數學模型為：
其中，vdc為直流側電壓，id，ed，sd和iq，eq，sq為d軸、q軸變流器輸出電流，交流電網電壓，開關函數，ω為交流電網角頻率。
b.分別有由交流側電壓電流檢測調理模塊和直流側電壓電流調理模塊檢測并采集三相電源側與直流側的電壓與電流信號，經過坐標變換變成dq0坐標系的輸入量，變換之后存在變量之間耦合，需要進行解耦控制；
c.將步驟b采集的三相電源側的電壓信號母線電壓作為dsp控制模塊的a/d模數轉換器的輸入信號，對a/d初始化的時候將其設置其為同步采樣工作模式；
d.將步驟b的信號在dsp控制模塊i進行處理，根據自抗擾控制原理，構建交流側自抗擾控制器，由跟蹤微分器td和擴張狀態觀測器eso構成，自抗擾控制器通過安排過渡過程來解決超調與快速性的矛盾，跟蹤微分器用來解決典型微分器帶來的噪聲污染，擴張狀態觀測器用來估計補償誤差；
(1)跟蹤微分器形式：
其中，r0，α0，δ0為待定可調參數。
(2)擴張狀態觀測器eso形式：
其中，β1，β2，α1，δ1為可調參數。
(3)非線性狀態誤差反饋形式為：
其中，以誤差e1作為輸入，選擇非線性函數，
e.構建ac/dc整流器電流內環自抗擾控制器模型，實現雙向變流作用，構造出微分跟蹤器td，給擴張交流側狀態觀測器eso和nlsef設置初值，調整eso的參數，使其盡可能快速而準確地估計參考輸入；最后交流側自抗擾控制器輸出控制量經過dsp控制模塊i輸出pwm信號，再經過通過ipm驅動模塊1控制三相電壓型pwm變流器模塊的輸出實現功率雙向流動的；
f.由直流側電壓電流檢測調理模塊檢測并采集的電壓與電流信號；
g.將步驟f的信號在dsp控制模塊ii進行處理，根據自抗擾控制原理，構建直流側dc/dc整流器自抗擾控制器，由跟蹤微分器td、非線性狀態誤差反饋nlsef和擴張狀態觀測器eso構成(構造形式如同上述ac/dc的步驟)；
h.構造直流側微分跟蹤器td，給直流側擴張狀態觀測器eso和nlsef設置初值，調整eso的參數，使其盡可能快速而準確地估計 參考輸入；最后直流側自抗擾控制器輸出控制量經過dsp控制模塊2輸出pwm信號，再經過通過ipm驅動模塊2控制dc/dc變流器模塊的功率雙向流動，最終到達電動汽車雙向充放電的目的。
本發明的工作原理：本發明采用自抗擾(adrc)理論實現對電動汽車充放電裝置中ac/dc整流器模塊和dc/dc變流器模塊的控制，將設定值與實際值的偏差和自抗擾控制器產生的控制信號對比，能夠快速準確跟蹤參考電壓電流，最終實現電動汽車雙向充放電。所述三相電壓型pwm變流器是采用六個igbt開關管的控制結構，并且采用ipm智能功率模塊取代單管加續流二極管的設計，節約成本和減少體積。
本發明的優越性在于：①采用硬件裝置與軟件編程相結合的方式，硬件裝置設計簡單，軟件編程通俗易懂；②應用先進的自抗擾控制技術解決傳統pi控制快速性和超調之間的矛盾，大大提高了該控制系統的可靠性；③本發明實現電動汽車雙向充放電的的特性，結構簡單，提高了運行效率與經濟效益。
(四)附圖說明：
圖1為本發明所涉一種基于自抗擾技術的電動汽車雙向充放電裝置的總體結構示意圖。
圖2為本發明所涉一種基于自抗擾技術的電動汽車雙向充放電方法中的自抗擾控制器結構示意圖。
圖3為本發明所涉一種基于自抗擾技術的電動汽車雙向充放電方法中解耦結構示意圖。
圖4為本發明所涉一種基于自抗擾技術的電動汽車雙向充放電 方法的充電機拓撲圖。
(五)具體實施方式：
實施例：一種基于自抗擾技術的電動汽車雙向充放電方法及裝置(見圖1)，其特征在于它包括三相電源模塊、ac/dc整流器模塊、dc/dc變流器模塊、蓄電池、交流側電壓電流檢測調理模塊、ipm驅動模塊i、dsp控制模塊i、直流側電壓電流檢測調理模塊、ipm驅動模塊ii、dsp控制模塊ii和充放電側電壓電流檢測調理模塊；其中，所述三相電源模塊依次與ac/dc整流器模塊、dc/dc變流器模塊和蓄電池組相連接，所述交流側電壓電流檢測調理模塊采集三相交流電源的電壓和電流，其輸出端與dsp控制模塊的輸入端連接；所述ipm信號驅動模塊i的輸入端接收dsp控制模塊i的輸出信號，其輸出端與三相電壓型pwm變流器模塊的輸入端相連接；所述直流側電壓電流檢測調理模塊采集直流側電源的電壓和電流，其輸出端分別與dsp控制模塊i和dsp控制模塊ii的輸入端連接；所述ipm信號驅動模塊ii的輸入端與dsp控制模塊ii的輸出端連接，其輸出端與dc/dc變流器模塊的輸入端相連接；所述充放電側電壓電流檢測調理模塊的輸入端采集蓄電池的電量信號，其輸出端與dsp控制模塊ii的輸入端連接。
所述dsp控制模塊i和dsp控制模塊ii(見圖1)均采用tms320f2812芯片；其內置模塊包括：事件管理器、a/d數模轉換器、過電壓保護、過電流保護、擴展ram、帶有鎖相環的時鐘模塊及eva引腳；所述dsp控制模塊i的a/d數模轉換器的輸入端連接交流側電壓電流檢測調理模塊的輸出端；所述dsp控制模塊i的eva 引腳輸出svpwm1信號，將其輸入到所述ipm信號驅動模塊i的輸入端；所述dsp控制模塊ii的a/d數模轉換器的輸入端連接直流側電壓電流檢測調理模塊的輸出端；所述dsp控制模塊ii的eva引腳輸出svpwm2信號，將其輸入到所述ipm信號驅動模塊ii的輸入端。
所述dsp控制模塊i發出6路pwm脈沖驅動信號先進行電平轉換，再經過光耦隔離后輸入ipm功率模塊i，ipm功率模塊i中igbt的基極驅動信號低電平有效，與控制電路經過光電隔離器件隔離，光耦模塊將dsp輸出的0～3.3v的pwm信號轉換成0～15v的驅動信號；所述dsp控制模塊ii發出6路pwm脈沖驅動信號先進行電平轉換，再經過光耦隔離后輸入ipm功率模塊ii，ipm功率模塊ii中igbt的基極驅動信號低電平有效，與控制電路經過光電隔離器件隔離，光耦模塊將dsp輸出的0～3.3v的pwm信號轉換成0～15v的驅動信號。
所述ipm驅動模塊i和ipm驅動模塊ii采用pm150cla120模塊。
所述直流側電壓電流檢測調理模塊和交流側電壓電流檢測調理模塊是使用lem公司的交直流通用型電壓霍爾傳感器lv25-p和電流霍爾傳感器la25-p，通過對變流器的交流側和直流側電流量和電壓量進行檢測，以便在dsp內進行計算和控制。
一種基于自抗擾技術的電動汽車雙向充放電方法，其特征在于它包括以下步驟：
b.建立充電系統數學模型，忽略變換器自身損耗的情況下，在dq0坐標系下的數學模型為：
其中，vdc為直流側電壓，id，ed，sd和iq，eq，sq為d軸、q軸變流器輸出電流，交流電網電壓，開關函數，ω為交流電網角頻率。
b.分別有由交流側電壓電流檢測調理模塊和直流側電壓電流調理模塊檢測并采集三相電源側與直流側的電壓與電流信號，經過坐標變換變成dq0坐標系的輸入量，變換之后存在變量之間耦合，需要進行解耦控制(如圖3)；
c.將步驟b采集的三相電源側的電壓信號母線電壓作為dsp控制模塊的a/d模數轉換器的輸入信號，對a/d初始化的時候將其設置其為同步采樣工作模式；
d.將步驟b的信號在dsp控制模塊i進行處理，根據自抗擾控制原理，構建交流側自抗擾控制器，由跟蹤微分器td和擴張狀態觀測器eso構成，自抗擾控制器通過安排過渡過程來解決超調與快速性的矛盾，跟蹤微分器用來解決典型微分器帶來的噪聲污染，擴張狀態觀測器用來估計補償誤差；
(1)跟蹤微分器形式：
其中，r0，α0，δ0為待定可調參數。
(2)擴張狀態觀測器eso形式：
其中，β1，β2，α1，δ1為可調參數。
(3)非線性狀態誤差反饋形式為：
其中，以誤差e1作為輸入，選擇非線性函數，
e.構建ac/dc整流器電流內環自抗擾控制器模型，實現雙向變流作用，構造出微分跟蹤器td，給擴張交流側狀態觀測器eso和nlsef設置初值，調整eso的參數，使其盡可能快速而準確地估計參考輸入；最后交流側自抗擾控制器輸出控制量經過dsp控制模塊i輸出pwm信號，再經過通過ipm驅動模塊1控制三相電壓型pwm變流器模塊的輸出實現功率雙向流動的(見圖2)；
f.由直流側電壓電流檢測調理模塊檢測并采集的電壓與電流信號；
g.將步驟f的信號在dsp控制模塊ii進行處理，根據自抗擾控制原理，構建直流側dc/dc整流器自抗擾控制器，由跟蹤微分器td、非線性狀態誤差反饋nlsef和擴張狀態觀測器eso構成(構造形式如同上述ac/dc的步驟)；
h.構造直流側微分跟蹤器td，給直流側擴張狀態觀測器eso和nlsef設置初值，調整eso的參數，使其盡可能快速而準確地估計參考輸入；最后直流側自抗擾控制器輸出控制量經過dsp控制模塊2 輸出pwm信號，再經過通過ipm驅動模塊2控制dc/dc變流器模塊的功率雙向流動，最終到達電動汽車雙向充放電的目的。