一種適用于電動汽車不同充電階段諧波治理的apf控制電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及本實用新型公開了一種適用于電動汽車不同充電階段諧波治理的APF控制電路，包括一諧波電流指令檢測單元、一直流電容電壓控制單元、一總指令電流控制單元、并網(wǎng)控制單元以及一PWM信號調(diào)制單元；所述諧波電流指令檢測單元的輸出端與所述直流電容電壓控制單元的輸出端均分別經(jīng)第一加法器、第二加法器以及第三加法器與所述總指令電流控制單元的輸入端相連，所述總指令電流控制單元的輸出端經(jīng)所述并網(wǎng)控制單元與所述PWM信號調(diào)制單元的輸入端相連。本實用新型可實現(xiàn)APF在電動汽車不同充電階段穩(wěn)定的諧波補償精度，具有控制簡單、諧波濾除率高及動態(tài)響應(yīng)能力好等優(yōu)勢。
【專利說明】
一種適用于電動汽車不同充電階段諧波治理的APF控制電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及電網(wǎng)電能質(zhì)量優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于電動汽車不同 充電階段諧波治理的APF控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 電動汽車因其極好的環(huán)保性能和節(jié)約燃料的特點，已經(jīng)成為未來汽車行業(yè)的發(fā)展 趨勢。為滿足電動汽車電池充電或更換的需要必須建立電動車充電站，由充電站內(nèi)的充電 機對電池進(jìn)行充電，而充電站的充電機是一個非線性負(fù)載，它的投入使用會給電網(wǎng)帶來很 大的諧波。如果能夠在充電站投入使用前解決充電站的諧波問題，對于電動汽車的推廣有 重要意義。
[0003] 充電機的諧波主要來自充電機的整流裝置部分，目前使用最多的是由三相不控整 流橋構(gòu)成的充電機。充電機輸出功率的過程一般可分為2個階段，充電第I階段輸出功率保 持平穩(wěn)不變，一定時間后(例如第150分鐘)進(jìn)入充電第II階段，輸出功率開始下降，最后(例 如第270分鐘)充電結(jié)束。實際運行中，電動汽車充電過程具有充電機輸出電流階梯下降、各 次諧波含有率增大的特點，APF在此過程中的諧波補償精度會變得不穩(wěn)定。
[0004] 目前國內(nèi)外尚未有已發(fā)表文獻(xiàn)及專利，解決充電機對電動汽車充電的不同階段輸 出電流大幅變化使得APF補償精度下降的問題。根據(jù)福建省某大型充電站充電實驗研究發(fā) 現(xiàn)，APF補償精度下降的原因是隨著充電機輸出電流的大幅變化，對包括APF裝置在內(nèi)的系 統(tǒng)電路參數(shù)產(chǎn)生了影響，進(jìn)而使原先基于電路參數(shù)恒定前提設(shè)計的控制算法失靈。
[0005] 因此，對APF控制器的設(shè)計必須考慮充電機輸出電流大幅變化造成系統(tǒng)電路參數(shù) 攝動的影響?，F(xiàn)有APF控制算法多采用基于PI控制器的指令電流跟蹤控制，其設(shè)計多基于系 統(tǒng)電路參數(shù)恒定不變假設(shè)，雖然思路清晰，便于實現(xiàn)，但存在當(dāng)系統(tǒng)工作狀態(tài)或電路參數(shù)變 化時，控制參數(shù)適應(yīng)性差的問題，同時對PI參數(shù)的整定也比較困難。在20世紀(jì)60年代以來發(fā) 展起來的線性最優(yōu)控制理論中，雖然通過精確的建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型能夠完整的刻畫系統(tǒng) 所有動態(tài)，通過最優(yōu)控制理論來使系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)，但是當(dāng)系統(tǒng)中存在不確定性 (如系統(tǒng)電路參數(shù)發(fā)生攝動)時其控制性能無法保證最優(yōu)。20世紀(jì)80年代以來，以Hm魯棒控 制為代表的魯棒控制理論逐漸發(fā)展起來，其在系統(tǒng)建模中已經(jīng)考慮了參數(shù)攝動這一不確定 性的影響，設(shè)計出的控制器能夠在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的同時將不確定性對控制性能的影響抑制 到最小。
[0006] 本專利設(shè)計了一種適用于電動汽車不同充電階段的Η橋式APF He-魯棒控制實現(xiàn) 方案，可廣泛應(yīng)用于電動汽車充電站的諧波治理，具有穩(wěn)態(tài)精度高、動態(tài)性能好等優(yōu)點。所 提出的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型直接在ABC三相靜止坐標(biāo)系下建立，其優(yōu)點是無需鎖相環(huán)節(jié)，可靠、易 實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本實用新型的目的是提供一種適用于電動汽車不同充電階段諧波治理 的APF控制電路，針對充電機對電動汽車充電的不同階段輸出電流大幅變化使得APF補償精 度下降的問題，采用該電路，可提高穩(wěn)態(tài)補償精度、具備良好的動態(tài)響應(yīng)能力。
[0008]本實用新型采用以下方案實現(xiàn)：一種適用于電動汽車不同充電階段諧波治理的 APF控制電路，電動汽車接入到充電站400V低壓母線A、B、C三相上進(jìn)行充電，三相Η橋式APF 接入到充電站400V低壓母線A、Β、C三相上進(jìn)行諧波補償，所述的APF控制電路包括一諧波電 流指令檢測單元、一直流電容電壓控制單元、一總指令電流控制單元、一并網(wǎng)控制單元以及 一 PWM信號調(diào)制單元;所述諧波電流指令檢測單元的輸出端與所述直流電容電壓控制單元 的輸出端均分別經(jīng)第一加法器、第二加法器以及第三加法器與所述總指令電流控制單元的 輸入端相連，所述總指令電流控制單元的輸出端經(jīng)所述并網(wǎng)控制單元與所述PWM信號調(diào)制 單元的輸入端相連。
[0009] 進(jìn)一步地，所述諧波電流指令檢測單元包括一用以對所述充電站三相400V低壓母 線A、B、C各相電流分別進(jìn)行檢測得到各相的諧波補償電流指令的瞬時PQ運算器，所述充電 站400V低壓母線A、B、C三相與電網(wǎng)系統(tǒng)的三相均與所述瞬時PQ運算器的輸入端相連，所述 瞬時PQ運算器包括A相電流輸出端、B相電流輸出端以及C相電流輸出端，所述A相電流輸出 端與所述第一加法器的一輸入端相連，所述B相電流輸出端與所述第二加法器的一輸入端 相連，所述C相電流輸出端與所述第三加法器的一輸入端相連。
[0010] 進(jìn)一步地，所述直流電容電壓控制單元包括一 A相PI控制器、一 A相乘法器、一 B相 PI控制器、一 B相乘法器、一 C相PI控制器以及一 C相乘法器;所述A相PI控制器的輸出端與所 述A相乘法器的輸入端相連，所述B相PI控制器的輸出端與所述B相乘法器的輸入端相連，所 述C相PI控制器的輸出端與所述C相乘法器的輸入端相連;所述A相乘法器的輸出端與第一 加法器的另一輸入端相連，所述B相乘法器的輸出端與第二加法器的另一輸入端相連，所述 C相乘法器的輸出端與第三加法器的另一輸入端相連。
[0011 ]進(jìn)一步地，所述總指令電流控制單元包括一 A相Η~魯棒控制器、一 B相Η~魯棒控制 器以及一 C相Η~魯棒控制器;所述一 Α相Η~魯棒控制器的輸入端與第一加法器的輸出端相 連，所述Β相魯棒控制器的輸入端與第二加法器的輸出端相連，所述C相魯棒控制器的 輸入端與第三加法器的輸出端相連。
[0012] 進(jìn)一步地，所述并網(wǎng)控制單元包括一 Α相加法器、一 Β相加法器以及一 C相加法器， 所述A相加法器的輸入端與A相ft?魯棒控制器的輸出端相連，所述B相加法器的輸入端與B相 魯棒控制器的輸出端相連，所述C相加法器的輸入端與C相Ε?魯棒控制器的輸出端相連。
[0013] 進(jìn)一步地，所述PWM單元調(diào)制單元包括一 A相比較器、一 B相比較器、一 C相比較器以 及一三角載波電路;所述A相比較器的一輸入端與A相加法器的輸出端相連，所述A相比較器 的另一輸入端與所述三角載波電路的輸出端相連;所述B相比較器的一輸入端與B相加法器 的輸出端相連，所述B相比較器的另一輸入端與所述三角載波電路的輸出端相連;所述C相 比較器的一輸入端與A相加法器的輸出端相連，所述C相比較器的另一輸入端與所述三角載 波電路的輸出端相連;所述A相比較器的輸出端、B相比較器的輸出端以及C相比較器的輸出 端均連接至APF裝置。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點：a)能夠有效抑制因充電機輸出電流 大幅變化造成APF補償精度下降的問題。b)具有控制簡單、諧波濾除率高、動態(tài)響應(yīng)能力好 等優(yōu)勢，有利于工程應(yīng)用。
【附圖說明】
[0015]圖1是60kW充電機輸出功率隨充電過程變化特性；
[0016]圖2是本實用新型APF、充電機負(fù)載與充電站低壓400V系統(tǒng)連接圖；
[0017] 圖3是本實用新型單相等效諧波電路圖；
[0018] 圖4是本實用新型APF總控制結(jié)構(gòu)框圖；
[0019] 圖5是本實用新型PQ運算方法諧波電流檢測圖；
[0020] 圖6是本實用新型圖6中A相電路的直流電容電壓PI控制框圖；
[0021 ]圖7是本實用新型并網(wǎng)指令電壓控制圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型做進(jìn)一步說明。
[0023]本實施提供一種適用于電動汽車不同充電階段諧波治理的APF控制電路，電動汽 車接入到充電站400V低壓母線A、B、C三相上進(jìn)行充電，三相Η橋式APF接入到充電站400V低 壓母線A、B、C三相上進(jìn)行諧波補償，如圖4所示，所述的APF控制電路包括一諧波電流指令檢 測單元、一直流電容電壓控制單元、一總指令電流控制單元、一并網(wǎng)控制單元以及一 PWM信 號調(diào)制單元;所述諧波電流指令檢測單元的輸出端與所述直流電容電壓控制單元的輸出端 均分別經(jīng)第一加法器、第二加法器以及第三加法器與所述總指令電流控制單元的輸入端相 連，所述總指令電流控制單元的輸出端經(jīng)所述并網(wǎng)控制單元與所述PWM信號調(diào)制單元的輸 入端相連。
[0024]在本實施例中，所述諧波電流指令檢測單元包括一用以對所述充電站三相400V低 壓母線A、B、C各相電流分別進(jìn)行檢測得到各相的諧波補償電流指令的瞬時PQ運算器，所述 充電站400V低壓母線A、B、C三相與電網(wǎng)系統(tǒng)的三相均與所述瞬時PQ運算器的輸入端相連， 所述瞬時PQ運算器包括A相電流輸出端、B相電流輸出端以及C相電流輸出端，所述A相電流 輸出端與所述第一加法器的一輸入端相連，所述B相電流輸出端與所述第二加法器的一輸 入端相連，所述C相電流輸出端與所述第三加法器的一輸入端相連。
[0025] 在本實施例中，所述直流電容電壓控制單元包括一A相PI控制器、一A相乘法器、一 B相PI控制器、一 B相乘法器、一 C相PI控制器以及一 C相乘法器;所述A相PI控制器的輸出端 與所述A相乘法器的輸入端相連，所述B相PI控制器的輸出端與所述B相乘法器的輸入端相 連，所述C相PI控制器的輸出端與所述C相乘法器的輸入端相連;所述A相乘法器的輸出端與 第一加法器的另一輸入端相連，所述B相乘法器的輸出端與第二加法器的另一輸入端相連， 所述C相乘法器的輸出端與第三加法器的另一輸入端相連。
[0026] 在本實施例中，所述總指令電流控制單元包括一A相ft?魯棒控制器、一B相ft?魯棒 控制器以及一 C相Η~魯棒控制器;所述一 A相Η~魯棒控制器的輸入端與第一加法器的輸出端 相連，所述Β相魯棒控制器的輸入端與第二加法器的輸出端相連，所述C相魯棒控制器 的輸入端與第三加法器的輸出端相連。
[0027] 在本實施例中，所述并網(wǎng)控制單元包括一Α相加法器、一Β相加法器以及一C相加法 器，所述A相加法器的輸入端與A相ft?魯棒控制器的輸出端相連，所述B相加法器的輸入端與 B相Η~魯棒控制器的輸出端相連，所述C相加法器的輸入端與C相Η~魯棒控制器的輸出端相 連。
[0028] 在本實施例中，所述PWM單元調(diào)制單元包括一A相比較器、一B相比較器、一C相比較 器以及一三角載波電路;所述A相比較器的一輸入端與A相加法器的輸出端相連，所述A相比 較器的另一輸入端與所述三角載波電路的輸出端相連;所述B相比較器的一輸入端與B相加 法器的輸出端相連，所述B相比較器的另一輸入端與所述三角載波電路的輸出端相連;所述 C相比較器的一輸入端與A相加法器的輸出端相連，所述C相比較器的另一輸入端與所述三 角載波電路的輸出端相連;所述A相比較器的輸出端、B相比較器的輸出端以及C相比較器的 輸出端均連接至APF裝置。
[0029]在本實施例中，圖1給出了充電機60kW充電機輸出功率隨充電過程變化特性，可以 看出某電動汽車充電過程可分為2個階段，充電第I階段輸出功率保持平穩(wěn)不變，150分鐘后 進(jìn)入充電第II階段，輸出功率開始緩慢下降，到270分鐘為止充電結(jié)束。圖2給出了電動汽車 充電站400V系統(tǒng)與APF、電動汽車充電負(fù)載的系統(tǒng)連接圖，圖3是對圖2所示的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué) 建模，給出了系統(tǒng)的單相等效諧波電路。圖4中APF控制電路包括以下5個部分，其功能分別 為：
[0030] 1.諧波電流檢測單元：用于諧波電流的檢測，包括瞬時PQ運算器，所述瞬時PQ運算 器的運算過程如圖5所示，將相電壓e a、eb、ec；和電網(wǎng)系統(tǒng)的三相電流ia、ib、i c分別輸入變換 矩陣C32分別得到中間結(jié)果^、郎山士并將中間結(jié)果分別輸入變換矩陣'乂^仏及得到 各相電流補償電流指令ifa、ifb、if。。采用PQ運算法對所述充電站三相400V低壓母線A、B、C各 相電流分別進(jìn)行檢測，得到各相的諧波補償電流指令；
[0031] 2.直流電容電壓PI控制單元：用于APF直流電容電壓PI控制，包括A、B、C相的PI控 制器和乘法器，如圖6所示，直流電壓給定值％分別和各相的直流母線電壓iw f、ubref、Ucref 比較后輸入PI控制器，PI控制器的輸出信號和電網(wǎng)系統(tǒng)的相電壓ea、eb、e4俞入乘法器，由 乘法器輸出iuaref、iubref、iucref分別為控制系統(tǒng)中A、B、C相電壓外環(huán)控制之后的電流輸出量；
[0032] 3.總指令電流Η~魯棒控制單元：用于總控制指令電流的輸出，將得到的各相諧波 電流檢測單元和直流電容電壓ΡΙ控制單元輸出信號之和輸入魯棒控制器中，就可得到各 相的總控制指令；
[0033] 4.并網(wǎng)控制單元：用于APF裝置并網(wǎng)控制，如圖7所示，對充電站低壓400V系統(tǒng)各相 的相電壓進(jìn)行采樣，先計算得到基于各相相電壓的線電壓，將相電壓、線電壓以及并網(wǎng)控制 參數(shù)輸入到并網(wǎng)控制單元得到并網(wǎng)控制指令信號Va、Vb、V。；
[0034] 5. pmi信號調(diào)制單元：用于信號的HVM調(diào)制，將總指令電流Η~魯棒控制單元輸出的 A、B、C各相總控制指令分別與并網(wǎng)控制單元輸出的A、B、C各相并網(wǎng)控制指令信號相疊加，分 別輸入到PWM信號調(diào)制單元的A、B、C各相比較器，與三角載波信號進(jìn)行比較，比較器輸出控 制三相APF的調(diào)制指令，最終將調(diào)制指令輸入給APF裝置。
[0035] 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型申請專利范圍所做的均 等變化與修飾，皆應(yīng)屬本實用新型的涵蓋范圍。
【主權(quán)項】
1.一種適用于電動汽車不同充電階段諧波治理的APF控制電路，電動汽車接入到充電 站400V低壓母線A、B、C三相上進(jìn)行充電，三相Η橋式APF接入到充電站400V低壓母線A、B、C三 相上進(jìn)行諧波補償，其特征在于:所述的APF控制電路包括一諧波電流指令檢測單元、一直 流電容電壓控制單元、一總指令電流控制單元、一并網(wǎng)控制單元以及一 PWM信號調(diào)制單元； 所述諧波電流指令檢測單元的輸出端與所述直流電容電壓控制單元的輸出端均分別經(jīng)第 一加法器、第二加法器以及第三加法器與所述總指令電流控制單元的輸入端相連，所述總 指令電流控制單元的輸出端經(jīng)所述并網(wǎng)控制單元與所述PWM信號調(diào)制單元的輸入端相連； 所述諧波電流指令檢測單元包括一用以對所述充電站三相400V低壓母線A、B、C各相電 流分別進(jìn)行檢測得到各相的諧波補償電流指令的瞬時PQ運算器，所述充電站400V低壓母線 A、B、C三相與電網(wǎng)系統(tǒng)的三相均與所述瞬時PQ運算器的輸入端相連，所述瞬時PQ運算器包 括A相電流輸出端、B相電流輸出端以及C相電流輸出端，所述A相電流輸出端與所述第一加 法器的一輸入端相連，所述B相電流輸出端與所述第二加法器的一輸入端相連，所述C相電 流輸出端與所述第三加法器的一輸入端相連； 所述直流電容電壓控制單元包括一 A相PI控制器、一 A相乘法器、一 B相PI控制器、一 B相 乘法器、一 C相PI控制器以及一 C相乘法器;所述A相PI控制器的輸出端與所述A相乘法器的 輸入端相連，所述B相PI控制器的輸出端與所述B相乘法器的輸入端相連，所述C相PI控制 器的輸出端與所述C相乘法器的輸入端相連;所述A相乘法器的輸出端與第一加法器的另一 輸入端相連，所述B相乘法器的輸出端與第二加法器的另一輸入端相連，所述C相乘法器的 輸出端與第三加法器的另一輸入端相連； 所述總指令電流控制單元包括一 A相魯棒控制器、一 B相魯棒控制器以及一 C相ft? 魯棒控制器;所述一 A相Η~魯棒控制器的輸入端與第一加法器的輸出端相連，所述B相Η~魯 棒控制器的輸入端與第二加法器的輸出端相連，所述C相魯棒控制器的輸入端與第三加 法器的輸出端相連； 所述并網(wǎng)控制單元包括一 Α相加法器、一 Β相加法器以及一 C相加法器，所述Α相加法器 的輸入端與A相Η~魯棒控制器的輸出端相連，所述B相加法器的輸入端與B相Η~魯棒控制器 的輸出端相連，所述C相加法器的輸入端與C相Η~魯棒控制器的輸出端相連； 所述PWM單元調(diào)制單元包括一 Α相比較器、一 Β相比較器、一 C相比較器以及一三角載波 電路;所述A相比較器的一輸入端與A相加法器的輸出端相連，所述A相比較器的另一輸入端 與所述三角載波電路的輸出端相連;所述B相比較器的一輸入端與B相加法器的輸出端相 連，所述B相比較器的另一輸入端與所述三角載波電路的輸出端相連;所述C相比較器的一 輸入端與A相加法器的輸出端相連，所述C相比較器的另一輸入端與所述三角載波電路的輸 出端相連;所述A相比較器的輸出端、B相比較器的輸出端以及C相比較器的輸出端均連接 至APF裝置。
【文檔編號】H02J3/01GK205646821SQ201620144328
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年2月26日
【發(fā)明人】柯圣舟, 鄭歡, 雷勇, 楊曉東, 林章歲, 蔣朋博, 吳宇忻, 嚴(yán)通煜
【申請人】國網(wǎng)福建省電力有限公司, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)福建省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院