[发明专利]一种电动汽车充电机谐波抑制方法

说明书

本发明涉及一种充电机谐波抑制控制方法。一种电动汽车充电机谐波抑制方法，包括步骤1)构建前置LCL型滤波器单相PWM整流方式的充电机拓扑结构形式；2)建立单相PWM整流充电机数学模型；3)分析电动汽车充电机模型中谐波特性；4)分析了基于PI电流调节器的谐波抑制方法，建立了充电机系统PI控制结构；5)采用RC加PI的电流复合控制方法，建立PWM整流充电机PIRC复合重复控制器，优化PWM的占空比抑制低次谐波的产生，应用到充电机网侧电流谐波抑制中。本发明可以很好的抑制PWM整流充电机电网侧电流中的奇次谐波，增大电动汽车充电机控制系统的开环增益，提高充电机系统稳态和动态性能，实现充电机网侧电流的无静差跟踪，对电动汽车的普及应用有一定的推动作用。

技术领域

本发明涉及电力电子技术、控制科学和技术的交叉研究，属于智能控制领域新技术的基础研究和应用探索。尤其是涉及一种充电机谐波抑制控制方法。

背景技术

随着能源危机和环境污染的加剧，如何高效、清洁地利用能源并达到环保的目的，关系着国家的国计民生和可持续发展。电动汽车作为新能源汽车是汽车工业发展的重要方向之一，并得到我国政府的大力支持和重视。当前PWM整流器+DC/DC变换器的结构形式因主动抑制谐波是纯电动汽车充电机结构形式的主要发展趋势，而PWM整流器的开关器件开关频率约为2～ 20kHz，工作时会也产生开关频率整数倍的谐波，该谐波进入电网后会影响电网上对电磁干扰敏感的负载，也会产生附加损耗。为了减小充电站中充电机的网侧电流总谐波含量(Total Harmonic Distortion，THD)，降低充电机在充电过程中谐波电流对智能电网的污染，充电机谐波抑制方法被越来越多的学者关注和研究。

充电机网侧电流的谐波主要集中在低频段和高频段。低频谐波主要有两种：一种是电流谐波，它是由整流器脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)技术的死区产生的电压谐波，经过低通滤波器的滤波电感产生的；另一种是电网的背景谐波，这种谐波主要是由于接入电网的非线性负载造成。而高频谐波主要集中在开关频率处，由于超出控制器带宽，因此多采用L 型或LCL型低通滤波器消除。针对充电机网侧电流的低频谐波，比例积分(Proportional Integral，PI)控制、比例谐振(Proportional Resonance，PR)控制和重复(Repetitive Control，RC)控制是PWM整流器网侧电流常见的控制方法。PI控制因理论成熟、设计方法简单，但该方法不能实现交流量的无差跟踪，比如有学者采用PI控制，抑制PWM整流器起动瞬间交流侧电流的冲击，并提出一种通过施加恒定扰动来抑制起动瞬间网侧电流冲击的方法，并通过简单的计算，利用q轴电流给定不为零的方法来校正整流器的功率因数，但网侧电流跟踪能力较差；另有学者提出采用PWM整流模式电流内环准PR控制，该控制策略简化了控制系统，克服了PI控制的缺点，但单个PR控制器仅能针对某一次谐波进行抑制，而无法对其他次谐波起作用。

对于电压型PWM整流器很多学者采用矢量控制，或者在原有的矢量控制基础上增加了阻尼作用来消除高次谐波，或者采用基于矢量控制的无阻尼控制策略。有文献中应用于电动汽车充电机中PWM整流器采用了电流内环准比例谐振(PR)控制策略，仿真结果表明能很好地控制 PWM整流器网侧电流，且具有很好的稳态和动态特性。孙蔚博士和刘鑫龙硕士将内模控制应用于LCL滤波的PWM整流器中，使控制系统具有很高的鲁棒性，但难点是难以选取系统的理想滑模切换相平面，并且数字实现时，系统有限的采样频率会使控制效果受到限制。为了减小 LCL滤波器引入的一对谐振极点破坏系统的稳定性带来的危害，常常采取的措施有无源阻尼和有源阻尼法。为提高PWM整流器的性能，PWM整流器直接功率控制(DPC)也被国内外学者广泛采用，针对直接功率控制每次只输出一个非零电压矢量，容易导致功率脉动的问题，有学者提出了在一个开关周期内具有双非零电压矢量输出的三电平PWM整流器DPC算法，也有学者采用三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法，结合比例积分谐振控制器有效解决了三电平充电机拓扑结构系统中5、7次谐波，控制效果良好。