[发明专利]一种带无功补偿的三电平智能充电装置及无功功率检测补偿方法

权利要求书

1.一种带无功补偿的三电平智能充电装置，其特征在于，包括依次连接的LCL滤波器、二极管钳位三电平变换器、移相全桥DC-DC变换器；所述LCL滤波器的前级连接电网，所述LCL滤波器的后级连接所述二极管钳位三电平变换器的前级，所述二极管钳位三电平变换器的后级经过直流母线与所述移相全桥DC-DC变换器的前级相连，所述移相全桥DC-DC变换器的后级连接负载进行充电，所述直流母线并联有Buck-boost储能变换器，所述智能充电装置还包括与电网相连的瞬时无功功率检测模块，用于给二极管钳位三电平变换器控制器触发信号。

2.如权利要求1所述的智能充电装置，其特征在于，所述二极管钳位三电平变换器采用IGBT功率开关，通过所述IGBT功率开关使得所述二极管钳位三电平变换器四象限运行。

3.如权利要求1所述的智能充电装置，其特征在于，正向充电时，电网的电能经过LCL滤波器、二极管钳位三电平变换器以及移相全桥DC-DC变换器向负载充电。

4.如权利要求3所述的智能充电装置，其特征在于，所述负载包括电动汽车。

5.如权利要求1所述的智能充电装置，其特征在于，所述Buck-boost储能变换器具有超级电容，正向充电时向所述超级电容中充电，完成充电和储能过程。

6.如权利要求5所述的智能充电装置，其特征在于，反向放电时，所述超级电容储存的电能则经过所述Buck-boost储能变换器、所述二极管钳位三电平变换器和所述LCL滤波器，向电网送电。

7.如权利要求1所述的智能充电装置，其特征在于，所述瞬时无功功率检测模块检测电网侧的电压和电流信号，根据电压和电流信号计算瞬时无功功率，通过无功功率给二极管钳位三电平变换器控制器触发信号。

8.如权利要求7所述的智能充电装置，其特征在于，所述二极管钳位三电平变换器控制器包括无差拍电流控制器。

9.一种无功功率检测补偿的方法，采用如权利要求1-8任意一项所述的带无功补偿的三电平智能充电装置，其特征在于，所述检测方法包括如下步骤：

S1，通过采样电网输出的三相电流i_sabc，并对采样得到的电流进行两相静止变换，可以得到i_sα和i_sβ，坐标变换如下式所示：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{s\mathrm{\α}}\\ i_{s\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{sa}\\ i_{sb}\\ i_{sc}\end{array}\right];$

S2，通过坐标变换，计算电流的有功分量i_sp和无功功率i_sq，坐标变换如下式所示，其中，角度θ是电网电压矢量的相位：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{sp}\\ i_{sq}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}sin\mathrm{\θ}& -cos\mathrm{\θ}\\ -cos\mathrm{\θ}& -\sin \mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{s\mathrm{\α}}\\ i_{s\mathrm{\β}}\end{array}\right];$

S3，将得到的电流的有功分量i_sp和无功功率i_sq通过低通滤波器，得到其基波分量

S4，将电流的有功分量的基波值通过坐标逆变换，转换到两相直角坐标系下的值i_spα和i_spβ，坐标变换如下式所示：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{sp\mathrm{\α}}\\ i_{sp\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}sin\mathrm{\θ}& -cos\mathrm{\θ}\\ -cos\mathrm{\θ}& -sin\mathrm{\θ}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{i_{sp}}\\ 0\end{array}\right];$

S5，用电网输出电流在两相静止坐标系下的分量值i_sα、i_sβ分别减去其有功分量基波值在对应相的分量值i_spα、i_spβ，就可以得到电网侧需要进行无功补偿的电流分量值i_sqα和i_sqβ。

10.如权利要求9所述的无功功率检测补偿的方法，其特征在于，所述补偿方法包括如下步骤：

S11，将检测到的电网电压信号作为锁相环的输入信号，获取电网电压矢量的相位角θ，相位角θ作为瞬时无功功率检测模块中需要的角度给定和作为从αβ两相静止坐标系向dq两相同步旋转坐标系变换的变换矩阵的角度给定；

S12，将从瞬时无功功率检测模块中得到的无功电流分量在α和β两个坐标轴上的值i_sqα和i_sqβ，根据从锁相环PLL得到的θ角进行坐标变换，得到i_sqd和i_sqq，即充电装置需要补偿的无功电流在两相同步旋转坐标轴上的分量，其中，坐标变换使用的变换矩阵同公式(2)中的变换矩阵，加上充电装置为了向直流侧进行有功功率传输所需要从电网侧吸收的电流分量值作为无差拍电流控制器的输入；

S13，无差拍电流控制器本质上是一种预测控制，使得下一周期的电流采样值i(k+1)和该时刻的指令电流i*(k)相等，控制器的输出为两相旋转坐标系的电压分量u_d和u_q，作为SVPWM调制模块的输入；

S14，SVPWM产生12路脉冲信号，直接触发二极管钳位三电平电路的IGBT开关器件。