[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种交流智能充电装置，尤其涉及一种带无功补偿的三电平充电装置及无功功率检测补偿方法。

背景技术

能源问题与环境污染问题已经成为人类不可回避的重要难题，采用清洁能源的交通工具应运而生，随着可插电交通工具(Plug-in Electric Vehicle PEV)技术的不断进步，对于充电桩的质量和数量要求也在不断提高，充电桩本身不仅仅扮演着传统的电能消费者的角色，更是一种与电网互动，参与削峰填谷的有效手段，也就是熟知的V2G技术。

但充电桩本身是电力电子装置，属于非线性负载，庞大数量的充电桩对于电网的无功和谐波影响是不容忽视的，传统装置的无功补偿方法，譬如静止无功发生器，不仅增加了充电装置的成本，而且动态响应较慢，已有的成熟的充电桩方案，很少有针对无功补偿和谐波治理进行系统层面设计的，有研究针对基于单相整流器的并网装置进行无功补偿，但无功补偿方法仅适用于单相结构，且难以扩展。并且，如果把电动汽车作为具备向电网馈能能力的装置，实际应用价值不高。

目前，主流的中大功率充电装置均采用两电平变换装置，很少有多电平的整流电路，相对于两电平变换器，二极管钳位三电平变换器的功率器件具有2倍的正向阻断电压能力，输出电压接近正弦波且谐波含量少，能够有效降低开关频率以及开关应力，而且能够有效提高装置效率。

因此，需要一种新的结合二极管钳位三电平变换器的技术方案。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种充电效率高、系统损耗低、工作性能完善的带无功补偿的三电平充电装置及无功功率检测补偿方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种带无功补偿的三电平智能充电装置，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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，所述负载为电动汽车。

优选地，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。

优选地，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，使得电网电压跌落或需要“填谷”的情形得以解决。

优选地，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，达到充电装置无功功率补偿的目的。

优选地，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。

本发明还提出了一种无功功率检测补偿的方法，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，坐标变换如式(1)所示：

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，坐标变换如式(2)所示，其中，角度θ是电网电压矢量的相位：

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，坐标变换如式(3)所示：