本發(fā)明涉一種可檢測和濾除諧波的充電樁的監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
：隨著全球能源危機(jī)的不斷加深，石油資源的日趨枯竭以及大氣污染、全球氣溫上升的危害加劇，節(jié)能和減排是未來汽車技術(shù)發(fā)展的主攻方向。日本豐田公司率先開發(fā)出混合動力汽車Prius，揭開了電動汽車的時代序幕。電動汽車作為新一代的交通工具，在節(jié)能減排、減少人類對傳統(tǒng)化石能源的依賴方面具備傳統(tǒng)汽車不可比擬的優(yōu)勢。2009年以來，中國政府密集出臺了鼓勵電動汽車及相關(guān)行業(yè)發(fā)展的政策措施，企業(yè)對電動汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化投入顯著增強(qiáng)。當(dāng)電動汽車充電電池能源消耗到一定程度時，就需要使用能源供給裝置對該電池進(jìn)行充電，以保證電動汽車重復(fù)使用，達(dá)到“以電代油”的目的，因此能源供給裝置對電動汽車的推廣使用具有不可替代的作用。能源供給裝置主要有兩種形式，一種是直流充電樁，該充電樁功率較大，100kW左右，充電時間短，體積比較大，因此一般安裝在固定的地點(diǎn)；另一種是交流充電樁，直接利用交流電網(wǎng)，輸出交流電能，通過電動汽車自帶的車載充電樁將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能為充電電池進(jìn)行充電。該種充電形式功率較小，一般為10kW左右，充電時間長，體積小，因此可以充分利用城市的各個角落為電動汽車進(jìn)行充電。由于充電樁采用的充電樁和所帶的負(fù)載是非線性設(shè)備，因此在運(yùn)行時會給電網(wǎng)的電能質(zhì)量帶來不好的影響，主要體現(xiàn)在電網(wǎng)功率因數(shù)下降和給電網(wǎng)帶來諧波污染等方面。其中諧波污染對電網(wǎng)造成的危害主要有以下幾個方面：諧波電流造成的電壓和發(fā)熱情況會導(dǎo)致功率因數(shù)補(bǔ)償電容器的使用壽命縮短；由于機(jī)械振動會受到基波頻率磁場和諧波電流的影響，當(dāng)機(jī)械諧振頻率和電氣勵磁頻率相等時，會發(fā)生共振從而產(chǎn)生更大的機(jī)械應(yīng)力，破壞設(shè)備；諧波會導(dǎo)致系統(tǒng)對電壓過零和電壓為零的點(diǎn)判斷失誤；諧波電流會造成變壓器鐵損和銅損的增加；對電子設(shè)備和繼電保護(hù)產(chǎn)生干擾；諧波電流會導(dǎo)致設(shè)備誤動作，可能會中斷生產(chǎn)和運(yùn)行。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決上述問題，本發(fā)明提供一種可檢測和濾除諧波的充電樁的監(jiān)控方法，通過該方法，解決了目前電動汽車充電樁網(wǎng)側(cè)諧波含量比較大的問題，且能夠?yàn)V除負(fù)載電流中的基波無功電流、負(fù)序電流、零序電流和諧波電流，只留下基波正序有功分量，避免了零序泄露誤差的影響，此外，該系統(tǒng)在實(shí)時補(bǔ)償充電樁系統(tǒng)的總無功功率需求的同時，可以兼顧配電網(wǎng)及充電樁的當(dāng)前最大允許有功功率，極大提升了充電的效率和安全性。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種可檢測和濾除諧波的充電樁系統(tǒng)的監(jiān)控方法，該方法包括如下步驟：S1.實(shí)時檢測充電樁系統(tǒng)的系統(tǒng)無功和諧波電流大?。籗2.根據(jù)檢測到的系統(tǒng)無功和諧波電流大小，實(shí)時進(jìn)行無功動態(tài)補(bǔ)償和諧波濾除；S3.用于根據(jù)當(dāng)前電池組充電狀態(tài)以及配電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，控制模塊制定適當(dāng)?shù)某潆姴呗裕瑢?shí)現(xiàn)充電樁系統(tǒng)內(nèi)的充電負(fù)荷的整體優(yōu)化控制。在S1中，諧波電流的檢測具體步驟為：S11.將負(fù)載電流ia、ib、ic分解成基波ia1、ib1、ic1與諧波iak、ibk、ick之和；S12.考慮到三相不平衡，將電流基波電流ia1、ib1、ic1分為正序、零序和負(fù)序分量，則諧波電流iak、ibk、ick也可以分解為正序、零序和負(fù)序分量；S13.三相瞬時功率將上述步驟得到的分解結(jié)果代入該式，可得：中I1+、I1-是分別為基波正序和負(fù)序分量，Ik+、Ik-分別為k次諧波正序和負(fù)序分量，θ1-是基波負(fù)序的初始相位，θk+、θk-分別是k次諧波正序和負(fù)序的初始相位。上式諧波頻率最低可達(dá)100Hz，經(jīng)過低通濾波器(LFP)，則三相瞬時功率中的諧波分量就能完全濾去，只剩下穩(wěn)態(tài)值從而可以得到濾除了負(fù)載電流中的基波無功電流、負(fù)序電流、零序電流和諧波電流，只留下基波正序有功分量，避免了零序泄露誤差的影響。優(yōu)選的，若考慮到三相不平衡的情況，則可以將負(fù)載側(cè)基波電流分解為正序、負(fù)序和零序分量ia1、ib1、ic1，則諧波電流也可以分解為正序、負(fù)序和零序分量iak、ibk、ick，其中三相瞬時功率p為將上述分解的分量分別代入該式，可得；pk=eaiak+ebibk+ecick=32E`mIk+cos((k-1)ωt+θk+)-32EmIk-cos((k+1)ωt+θk-)]]>其中I1+、I1-、I10是分別為基波正序和負(fù)序分量，Ik+、Ik-、Ik0分別為k次諧波正序和負(fù)序分量，θ1-是基波負(fù)序的初始相位，θk+、θk-分別是k次諧波正序和負(fù)序的初始相位，是功率因數(shù)角。優(yōu)選的，在步驟S2中，具體采用如下無功動態(tài)補(bǔ)償方法實(shí)現(xiàn)無功動態(tài)補(bǔ)償和諧波濾除：S21.通過諧波檢測模塊檢測到系統(tǒng)無功和諧波電流大小，作為指令信號，與PWM變流器的輸出電流進(jìn)行比較，誤差大小與滯環(huán)比較器的環(huán)寬相比較得到一組PWM波；S22.PWM波發(fā)送給功率器件的控制端控制功率器件的開關(guān)，跟隨無功和諧波電流；S23.PWM變流器將與無功和諧波電流大小相等，方向相反的電流注入到配電網(wǎng)側(cè)，與配電網(wǎng)側(cè)中包含的無功和諧波電流相互抵消，從而達(dá)到消除配電網(wǎng)側(cè)無功和諧波電流的目的。在步驟S3中，具體包括如下步驟：S31.把充電時段范圍T劃分為J個階段；S32.在每個階段，確定所有電動汽車總充電負(fù)荷為：Pall=Σj=1JΣi=1MPEVi(j)=Σj=1JΣi=1Mφ-Pbase(j)Σj=1J(φ-Pbase(j))×Ci=Σi=1MΣj=1J(φ-Pbase(j))Σj=1J(φ-Pbase(j))×Ci=Σi=1MCi,]]>其中為區(qū)域配電網(wǎng)常規(guī)負(fù)荷與電動汽車充電負(fù)荷均值期望，Pbase為區(qū)域配電網(wǎng)常規(guī)負(fù)荷曲線，PEVi(j)為第i輛車在第j個階段的充電功率，Ci為第i輛車的充電需求，M為電動汽車總數(shù)；S33.根據(jù)所有電動汽車總充電負(fù)荷確定每輛電動汽車的充電平均功率，根據(jù)平均充電功率確定任意車輛充電概率常數(shù)，產(chǎn)生均勻分布隨機(jī)數(shù)，以二者的大小關(guān)系確定任意單位充電時間內(nèi)的電動汽車充電功率。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)充電樁以恒定功率輸出，通過充電樁的啟停進(jìn)而控制單位時間內(nèi)電動汽車充電數(shù)量，且使充電設(shè)備始終工作在能量轉(zhuǎn)化高效率區(qū)，提高電動汽車充電的整體能量利用率；(2)通過該系統(tǒng)，解決了目前電動汽車充電樁網(wǎng)側(cè)諧波含量比較大的問題，且能夠?yàn)V除負(fù)載電流中的基波無功電流、負(fù)序電流、零序電流和諧波電流，只留下基波正序有功分量，避免了零序泄露誤差的影響。附圖說明圖1示出了本發(fā)明的一種可檢測和濾除諧波的充電樁系統(tǒng)的框圖；圖2示出了一種可檢測和濾除諧波的充電樁的監(jiān)控方法的流程圖。具體實(shí)施方式圖1示出了一種可檢測和濾除諧波的充電樁系統(tǒng)10的框圖，該系統(tǒng)10包括：諧波檢測模塊11，用于實(shí)時檢測充電樁系統(tǒng)的武功和諧波電流大??；多個充電樁12，用于對多個電動汽車的電池組進(jìn)行充電，所述多個充電樁均包括AC/DC轉(zhuǎn)換模塊；有源電力濾波器13，用于實(shí)時對充電樁系統(tǒng)10進(jìn)行諧波濾除，提高充電樁系統(tǒng)10運(yùn)行的功率因素；控制模塊14，用于控制充電樁系統(tǒng)的10運(yùn)行，包括控制上述每個充電樁對電池組的充電功率，控制有源電力濾波器對充電樁系統(tǒng)的進(jìn)行諧波濾除。所述有源電力濾波器13包括：電感一L1、電感二L2、非線性負(fù)載W、PWM變流器S、電容C，配電網(wǎng)分別與電感一L1、電感二L2，電感一L1的另一端連接到非線性負(fù)載W，電感二L2的另一端連接PWM變流器S，PWM變流器S并聯(lián)有電容C，配電網(wǎng)的接入端和電容C通過電壓采樣A/D模塊1分別連接到指令電流運(yùn)算器輸入端和PWM發(fā)生器輸入端，電容C的兩端通過電壓采樣A/D模塊和PI調(diào)節(jié)器連接到指令電流運(yùn)算器輸入端，電感一L1的輸入端連接電流采樣A/D模塊連接到指令電流運(yùn)算器輸入端，PWM變流器S的輸入端通過電流采樣A/D模塊連接到指令電流運(yùn)算器輸出端，指令電流運(yùn)算器輸出端連接到PWM發(fā)生器輸入端。所述諧波檢測模塊11采用如下方式檢測充電樁系統(tǒng)10中的諧波分量：將負(fù)載電流ia、ib、ic分解成基波ia1、ib1、ic1與諧波iak、ibk、ick之和；考慮到三相不平衡，將電流基波電流ia1、ib1、ic1分為正序、零序和負(fù)序分量，則諧波電流iak、ibk、ick也可以分解為正序、零序和負(fù)序分量；三相瞬時功率將上述步驟得到的分解結(jié)果代入該式，可得：其中I1+、I1-是分別為基波正序和負(fù)序分量，Ik+、Ik-分別為k次諧波正序和負(fù)序分量，θ1-是基波負(fù)序的初始相位，θk+、θk-分別是k次諧波正序和負(fù)序的初始相位。上式諧波頻率最低可達(dá)100Hz，經(jīng)過低通濾波器(LFP)，則三相瞬時功率中的諧波分量就能完全濾去，只剩下穩(wěn)態(tài)值從而可以得到濾除了負(fù)載電流中的基波無功電流、負(fù)序電流、零序電流和諧波電流，只留下基波正序有功分量，避免了零序泄露誤差的影響。所述有源電力濾波器13采用如下方式消除諧波：通過諧波檢測模塊11檢測到系統(tǒng)無功和諧波電流大小，作為指令信號，與PWM變流器的輸出電流進(jìn)行比較，誤差大小與滯環(huán)比較器的環(huán)寬相比較得到一組PWM波；PWM波發(fā)送給功率器件的控制端控制功率器件的開關(guān)，跟隨無功和諧波電流；PWM變流器將與無功和諧波電流大小相等，方向相反的電流注入到配電網(wǎng)側(cè)，與配電網(wǎng)側(cè)中包含的無功和諧波電流相互抵消，從而達(dá)到消除配電網(wǎng)側(cè)無功和諧波電流的目的。所述控制模塊14包括控制器和與每個充電汽車電池組對應(yīng)的充電樁相連的均衡器，所述控制器根據(jù)各電池組的充電信息對各均衡器發(fā)出指令，各均衡器根據(jù)指令來控制與各充電樁對各充電汽車電池組的充電功率。優(yōu)選的，所述控制器包括：時間段劃分單元、電動汽車總充電負(fù)荷確定單元、車輛充電概率常數(shù)確定單元、隨機(jī)數(shù)生成單元和充電控制單元，其中：時間段劃分單元把充電時段范圍T劃分為J個階段；電動汽車總充電負(fù)荷確定單元確定所有電動汽車總充電負(fù)荷為：Pall=Σj=1JΣi=1MPEVi(j)=Σj=1JΣi=1Mφ-Pbase(j)Σj=1J(φ-Pbase(j))×Ci=Σi=1MΣj=1J(φ-Pbase(j))Σj=1J(φ-Pbase(j))×Ci=Σi=1MCi,]]>其中為配電網(wǎng)常規(guī)負(fù)荷與電動汽車充電負(fù)荷均值期望，Pbase為區(qū)域配電網(wǎng)常規(guī)負(fù)荷曲線，PEVi(j)為第i輛車在第j個階段的充電功率，Ci為第i輛車的充電需求，M為電動汽車總數(shù)；車輛充電概率常數(shù)根據(jù)所有電動汽車總充電負(fù)荷確定每輛電動汽車的充電平均功率，根據(jù)平均充電功率確定任意車輛充電概率常數(shù)；隨機(jī)數(shù)生成單元產(chǎn)生均勻分布隨機(jī)數(shù)，充電控制單元以任意車輛充電概率常數(shù)與隨機(jī)數(shù)生成單元的大小關(guān)系確定任意單位充電時間內(nèi)的電動汽車充電功率。圖2示出了一種可檢測和濾除諧波的充電樁系統(tǒng)的監(jiān)控方法的流程圖。該監(jiān)控方法包括如下步驟：S1.實(shí)時檢測充電樁系統(tǒng)的系統(tǒng)無功和諧波電流大??；S2.根據(jù)檢測到的系統(tǒng)無功和諧波電流大小，實(shí)時進(jìn)行無功動態(tài)補(bǔ)償和諧波濾除；S3.用于根據(jù)當(dāng)前電池組充電狀態(tài)以及配電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，控制模塊制定適當(dāng)?shù)某潆姴呗?，?shí)現(xiàn)充電樁系統(tǒng)內(nèi)的充電負(fù)荷的整體優(yōu)化控制。在S1中，諧波電流的檢測具體步驟為：S11.將負(fù)載電流ia、ib、ic分解成基波ia1、ib1、ic1與諧波iak、ibk、ick之和；S12.考慮到三相不平衡，將電流基波電流ia1、ib1、ic1分為正序、零序和負(fù)序分量，則諧波電流iak、ibk、ick也可以分解為正序、零序和負(fù)序分量；S13.三相瞬時功率將上述步驟得到的分解結(jié)果代入該式，可得：中I1+、I1-是分別為基波正序和負(fù)序分量，Ik+、Ik-分別為k次諧波正序和負(fù)序分量，θ1-是基波負(fù)序的初始相位，θk+、θk-分別是k次諧波正序和負(fù)序的初始相位。上式諧波頻率最低可達(dá)100Hz，經(jīng)過低通濾波器(LFP)，則三相瞬時功率中的諧波分量就能完全濾去，只剩下穩(wěn)態(tài)值從而可以得到濾除了負(fù)載電流中的基波無功電流、負(fù)序電流、零序電流和諧波電流，只留下基波正序有功分量，避免了零序泄露誤差的影響。優(yōu)選的，若考慮到三相不平衡的情況，則可以將負(fù)載側(cè)基波電流分解為正序、負(fù)序和零序分量ia1、ib1、ic1，則諧波電流也可以分解為正序、負(fù)序和零序分量iak、ibk、ick，其中三相瞬時功率p為將上述分解的分量分別代入該式，可得；pk=eaiak+ebibk+ecick=32E`mIk+cos((k-1)ωt+θk+)-32EmIk-cos((k+1)ωt+θk-)]]>其中I1+、I1-、I10是分別為基波正序和負(fù)序分量，Ik+、Ik-、Ik0分別為k次諧波正序和負(fù)序分量，θ1-是基波負(fù)序的初始相位，θk+、θk-分別是k次諧波正序和負(fù)序的初始相位，是功率因數(shù)角。優(yōu)選的，在步驟S2中，具體采用如下無功動態(tài)補(bǔ)償方法實(shí)現(xiàn)無功動態(tài)補(bǔ)償和諧波濾除：S21.通過諧波檢測模塊檢測到系統(tǒng)無功和諧波電流大小，作為指令信號，與PWM變流器的輸出電流進(jìn)行比較，誤差大小與滯環(huán)比較器的環(huán)寬相比較得到一組PWM波；S22.PWM波發(fā)送給功率器件的控制端控制功率器件的開關(guān)，跟隨無功和諧波電流；S23.PWM變流器將與無功和諧波電流大小相等，方向相反的電流注入到配電網(wǎng)側(cè)，與配電網(wǎng)側(cè)中包含的無功和諧波電流相互抵消，從而達(dá)到消除配電網(wǎng)側(cè)無功和諧波電流的目的。在步驟S3中，具體包括如下步驟：S31.把充電時段范圍T劃分為J個階段；S32.在每個階段，確定所有電動汽車總充電負(fù)荷為：Pall=Σj=1JΣi=1MPEVi(j)=Σj=1JΣi=1Mφ-Pbase(j)Σj=1J(φ-Pbase(j))×Ci=Σi=1MΣj=1J(φ-Pbase(j))Σj=1J(φ-Pbase(j))×Ci=Σi=1MCi,]]>其中為區(qū)域配電網(wǎng)常規(guī)負(fù)荷與電動汽車充電負(fù)荷均值期望，Pbase為區(qū)域配電網(wǎng)常規(guī)負(fù)荷曲線，PEVi(j)為第i輛車在第j個階段的充電功率，Ci為第i輛車的充電需求，M為電動汽車總數(shù)；S33.根據(jù)所有電動汽車總充電負(fù)荷確定每輛電動汽車的充電平均功率，根據(jù)平均充電功率確定任意車輛充電概率常數(shù)，產(chǎn)生均勻分布隨機(jī)數(shù)，以二者的大小關(guān)系確定任意單位充電時間內(nèi)的電動汽車充電功率。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3