OPAL-RT 和 NI方案促进加拿大电动汽车直流快速充电系统工程化
为解决这一难题,多伦多大学应用电力电子中心 (CAPE)与储能公司 eCAMION 合作参与了加拿大最具前景的电动汽车基础设施项目之一:为横贯加拿大公路上的电动汽车充电站构建直流快速充电系统 (DCFCS),该公路是世界上最长的高速公路之一,全长7,821公里。
虽然这看起来解决了电能吞吐量的问题,但是工程方面的挑战依然存在。
挑战的首要和决定性内容:CAPE 团队需要为其直流快速充电系统 (DCFCS) 以及一个本地大容量电池存储系统开发控制算法。他们决定在NI的嵌入式控制器(EC)上部署控制算法从而实现对真实控制器的实时仿真。在电池存储系统方面,他们与总部位于多伦多的 eCAMION 公司合作,该公司在为电动汽车融入现有电网设施研发解决方案方面积累了大量专业知识。
他们还需要仿真快速充电器的电力电子模型,从而配置电力电子换流器,优化控制器设计,并完成60kW原型的开发。
由于需要实现两个快速充电序列(一个从电池到汽车,另一个从电网到电池),CAPE 团队必须通过串联两个充电器并在NI硬件平台上实现本地控制器(LC)来达到更高的充电电压。
同时,他们还需要在该硬件平台上开发并利用硬件在环仿真实时测试结网换流器的本地控制器。最后,他们需要开发协调各充电站本地控制器的调度控制算法。
每个新站的设计都包括一个储能系统,该系统使用大型锂离子电池和多个输出接口,以便可以同时为多辆汽车充电。这些充电站将配备使用480伏电压等级的 3 级充电器,可在大约 30 分钟内为电动汽车充满电。而家庭中和目前停车场中常见的2级充电器使用240伏系统,需8至10小时才能为车辆充满电。
确定理论上的系统配置和参数后,CAPE 团队开始进行离线仿真,以最终确定配置、优化参数并设计控制器。
然后,他们利用 OPAL-RT 基于 FPGA 的电力电子解法器 (eHS)对控制器进行硬件在环仿真。eHS是一种强大的基于 FPGA 的硬件在环测试仿真工具,可与 NI 的 VeriStand 集成。
在此阶段,团队将一台真实的NI控制器引入hil测试中,并对其进行了仿真。然后,对该控制器进行了快速控制原型设计 (RCP),以确保其能够按要求运行。该阶段在不同仿真类型之间进行了大量迭代和交替,从而把测试中发现的问题以及经验教训不断集成到之后的测试中。
- 一个隔离的DC-AC-DC换流器,能够在EV端启用串行/并行配置。
- 10 kHz 的开关频率,减小了输出滤波器和磁性元件的大小
- 具备软开关条件的移相脉冲策略
- 单向潮流来自前端 H 桥到EV 端二极管整流器
- 加速了开发进程;
- 降低了开发成本;
- 减少了在高电压、高电流情况下开发系统的安全隐患
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