[發明專利]一種電動汽車充電機諧波抑制方法

在審

• 申請號: 202210181988.0
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114301069A
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 梁芬;趙強松;郭亞男;張新英;周艷麗
• 申請（專利權）人: 河南工業貿易職業學院
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02J7/02;H02M1/12;H02M7/217
• 代理公司: 深圳貝谷知識產權代理事務所(普通合伙) 44635
• 代理人: 段海洋

本發明涉及一種充電機諧波抑制控制方法。一種電動汽車充電機諧波抑制方法，包括步驟1)構建前置LCL型濾波器單相PWM整流方式的充電機拓撲結構形式；2)建立單相PWM整流充電機數學模型；3)分析電動汽車充電機模型中諧波特性；4)分析了基于PI電流調節器的諧波抑制方法，建立了充電機系統PI控制結構；5)采用RC加PI的電流復合控制方法，建立PWM整流充電機PIRC復合重復控制器，優化PWM的占空比抑制低次諧波的產生，應用到充電機網側電流諧波抑制中。本發明可以很好的抑制PWM整流充電機電網側電流中的奇次諧波，增大電動汽車充電機控制系統的開環增益，提高充電機系統穩態和動態性能，實現充電機網側電流的無靜差跟蹤，對電動汽車的普及應用有一定的推動作用。

技術領域

本發明涉及電力電子技術、控制科學和技術的交叉研究，屬于智能控制領域新技術的基礎研究和應用探索。尤其是涉及一種充電機諧波抑制控制方法。

背景技術

隨著能源危機和環境污染的加劇，如何高效、清潔地利用能源并達到環保的目的，關系著國家的國計民生和可持續發展。電動汽車作為新能源汽車是汽車工業發展的重要方向之一，并得到我國政府的大力支持和重視。當前PWM整流器+DC/DC變換器的結構形式因主動抑制諧波是純電動汽車充電機結構形式的主要發展趨勢，而PWM整流器的開關器件開關頻率約為2～ 20kHz，工作時會也產生開關頻率整數倍的諧波，該諧波進入電網后會影響電網上對電磁干擾敏感的負載，也會產生附加損耗。為了減小充電站中充電機的網側電流總諧波含量(Total Harmonic Distortion，THD)，降低充電機在充電過程中諧波電流對智能電網的污染，充電機諧波抑制方法被越來越多的學者關注和研究。

充電機網側電流的諧波主要集中在低頻段和高頻段。低頻諧波主要有兩種：一種是電流諧波，它是由整流器脈寬調制(Pulse Width Modulation，PWM)技術的死區產生的電壓諧波，經過低通濾波器的濾波電感產生的；另一種是電網的背景諧波，這種諧波主要是由于接入電網的非線性負載造成。而高頻諧波主要集中在開關頻率處，由于超出控制器帶寬，因此多采用L 型或LCL型低通濾波器消除。針對充電機網側電流的低頻諧波，比例積分(Proportional Integral，PI)控制、比例諧振(Proportional Resonance，PR)控制和重復(Repetitive Control，RC)控制是PWM整流器網側電流常見的控制方法。PI控制因理論成熟、設計方法簡單，但該方法不能實現交流量的無差跟蹤，比如有學者采用PI控制，抑制PWM整流器起動瞬間交流側電流的沖擊，并提出一種通過施加恒定擾動來抑制起動瞬間網側電流沖擊的方法，并通過簡單的計算，利用q軸電流給定不為零的方法來校正整流器的功率因數，但網側電流跟蹤能力較差；另有學者提出采用PWM整流模式電流內環準PR控制，該控制策略簡化了控制系統，克服了PI控制的缺點，但單個PR控制器僅能針對某一次諧波進行抑制，而無法對其他次諧波起作用。

對于電壓型PWM整流器很多學者采用矢量控制，或者在原有的矢量控制基礎上增加了阻尼作用來消除高次諧波，或者采用基于矢量控制的無阻尼控制策略。有文獻中應用于電動汽車充電機中PWM整流器采用了電流內環準比例諧振(PR)控制策略，仿真結果表明能很好地控制 PWM整流器網側電流，且具有很好的穩態和動態特性。孫蔚博士和劉鑫龍碩士將內模控制應用于LCL濾波的PWM整流器中，使控制系統具有很高的魯棒性，但難點是難以選取系統的理想滑模切換相平面，并且數字實現時，系統有限的采樣頻率會使控制效果受到限制。為了減小 LCL濾波器引入的一對諧振極點破壞系統的穩定性帶來的危害，常常采取的措施有無源阻尼和有源阻尼法。為提高PWM整流器的性能，PWM整流器直接功率控制(DPC)也被國內外學者廣泛采用，針對直接功率控制每次只輸出一個非零電壓矢量，容易導致功率脈動的問題，有學者提出了在一個開關周期內具有雙非零電壓矢量輸出的三電平PWM整流器DPC算法，也有學者采用三電平空間矢量脈寬調制(SVPWM)算法，結合比例積分諧振控制器有效解決了三電平充電機拓撲結構系統中5、7次諧波，控制效果良好。