一種抑制電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)內(nèi)部環(huán)流的方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)的充電技術(shù)，具體的講是一 種抑制電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)內(nèi)部環(huán)流的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源危機(jī)、石油資源短缺、大氣污染以及氣溫上升等問(wèn)題的出現(xiàn)，各國(guó)政府越 來(lái)越重視電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。我國(guó)在電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展上也提供了很多政策和資金支持，各省 電力公司都在大力推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)充電站和充電粧的建設(shè)。
[0003] 電動(dòng)汽車(chē)充電是通過(guò)充電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。充電機(jī)就是將電網(wǎng)電能通過(guò)一系列轉(zhuǎn)換后 變成滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)充電要求的裝置，其工作原理是電網(wǎng)交流電經(jīng)過(guò)整流后變成直流電，經(jīng) 過(guò)濾波電路后為DC/DC功率變換單元提供直流輸入，功率變換單元的輸出經(jīng)過(guò)濾波后為電 動(dòng)汽車(chē)電池進(jìn)行充電。充電過(guò)程中整流電路會(huì)產(chǎn)生諧波，諧波注入電網(wǎng)會(huì)造成電能質(zhì)量下 降甚至影響電網(wǎng)運(yùn)行，如增加輸電線(xiàn)路電能損耗、影響功率因數(shù)、降低繼電保護(hù)的可靠性、 干擾控制系統(tǒng)穩(wěn)定性等。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中為了減少諧波，在整流環(huán)節(jié)采用模塊化多電平換流器以階梯波逼近正 弦波。模塊化多電平換流器型電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的原理結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中整流電路結(jié)構(gòu) 如圖2所示。各個(gè)設(shè)備或器件的功能如下：
[0005] (1)子模塊：整流電路上、下橋臂子模塊的選擇性投入或切除可以在交流側(cè)形成 階梯波以逼近正弦波，而每個(gè)相單元投入的總模塊數(shù)恒定不變，維持直流電壓的穩(wěn)定。
[0006] (2)電抗器：橋臂電抗器可以減小整流電路電流的變化梯度，減少交流側(cè)電流諧 波，使之無(wú)需經(jīng)過(guò)濾波器而滿(mǎn)足并網(wǎng)要求。
[0007] (3)電容：用來(lái)儲(chǔ)存電能。
[0008] (4) IGBT :在單個(gè)子模塊內(nèi)，通過(guò)控制兩個(gè)IGBT將該子模塊從主電路中投入或切 除。
[0009] (5)快速旁路開(kāi)關(guān)：某個(gè)子模塊發(fā)生故障時(shí)，快速旁路開(kāi)關(guān)可以將該故障子模塊 從主電路中切除。
[0010] (6)晶閘管：在直流兩極發(fā)生短路時(shí)快速導(dǎo)通，承受來(lái)自交流側(cè)的大部分沖擊電 流，使得與IGBT并聯(lián)的二極管得以被保護(hù)。
[0011] (7)二極管：與IGBT配合構(gòu)成電流從交流側(cè)到直流側(cè)的通路。
[0012] (8)門(mén)控接口電路板：接受上層控制發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)，譯碼后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的IGBT，同 時(shí)上傳電容電壓值、IGBT工作狀況等運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)。
[0013] (9) DC/DC變換：將高壓直流電變?yōu)闈M(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)電池充電時(shí)電壓要求的低壓直 流電。
[0014] 雖然這種方式可有效降低交流側(cè)電壓、電流的諧波含量，但是該電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī) 所需的子模塊較多，需要采用統(tǒng)一的控制策略對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)中整流環(huán)節(jié)的所有子模塊 進(jìn)行集中控制。當(dāng)子模塊達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，交流側(cè)電壓、電流中幾乎不存在諧波，無(wú)需裝設(shè) 交流濾波器。而且，由于各子模塊電容器的分布式布置及其能量分配的不均衡，模塊化多電 平換流器內(nèi)部存在一定的環(huán)流。環(huán)流一方面會(huì)增加電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的損耗，使電動(dòng)汽車(chē)充 電機(jī)的發(fā)熱量增加，另一方面環(huán)流使得橋臂電流的畸變程度增加，從而提高對(duì)開(kāi)關(guān)器件額 定電流的要求，同時(shí)，環(huán)流使得線(xiàn)電壓、線(xiàn)電流的諧波總畸變率增大，降低配電網(wǎng)的電能質(zhì) 量。
[0015] 因此，如何研究和開(kāi)發(fā)出一種方案來(lái)抑制模塊化多電平換流器型電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī) 的內(nèi)部環(huán)流，以減少電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的損耗是本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種抑制電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī) 內(nèi)部環(huán)流的方法及系統(tǒng)，由門(mén)控接口電路板采集電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)各個(gè)橋臂的子模塊電容電 壓，由DSP確定出上橋臂應(yīng)投入的子模塊數(shù)Nu、下橋臂應(yīng)投入的子模塊數(shù)&，最終由門(mén)控接 口電路板根據(jù)橋臂電流方向信號(hào)以及上橋臂應(yīng)投入的子模塊數(shù)Nu、下橋臂應(yīng)投入的子模塊 數(shù)&進(jìn)行充放電操作，以提升或降低電容電壓，使各個(gè)子模塊電容電壓保持均衡。
[0017] 本發(fā)明的目的之一是，提供了一種抑制電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)內(nèi)部環(huán)流的系統(tǒng)，所述的 系統(tǒng)包括DSP、門(mén)控接口電路板以及電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)，
[0018] 所述的門(mén)控接口電路板，用于采集并發(fā)送電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的直流母線(xiàn)間電壓、環(huán) 流在橋臂等效電阻和電抗器上的電壓、環(huán)流電流、交流系統(tǒng)參考相電壓峰值、子模塊電容 值、上橋臂電容器組兩端的電壓、下橋臂電容器組兩端的電壓以及橋臂子模塊數(shù)；
[0019] 所述的DSP，用于接收電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的直流母線(xiàn)間電壓、環(huán)流在橋臂等效電阻 和電抗器上的電壓、環(huán)流電流、交流系統(tǒng)參考相電壓峰值、子模塊電容值、上橋臂電容器組 兩端的電壓、下橋臂電容器組兩端的電壓以及橋臂子模塊數(shù)，獲取傳統(tǒng)最近電平逼近調(diào)制 策略中子模塊電容電壓參考值，確定出上橋臂應(yīng)投入的子模塊數(shù)、下橋臂應(yīng)投入的子模塊 數(shù)；
[0020] 所述的門(mén)控接口電路板，還用于接收所述的上橋臂應(yīng)投入的子模塊數(shù)、下橋臂應(yīng) 投入的子模塊數(shù)，采集電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的橋臂電流方向信號(hào)，當(dāng)所述的橋臂電流方向信號(hào) 顯示電流流向子模塊時(shí)，根據(jù)上橋臂應(yīng)投入的子模塊數(shù)、下橋臂應(yīng)投入的子模塊數(shù)進(jìn)行充 電操作以提升電容電壓被；當(dāng)所述的橋臂電流方向信號(hào)顯示電流流出子模塊時(shí)，根據(jù)上橋 臂應(yīng)投入的子模塊數(shù)、下橋臂應(yīng)投入的子模塊數(shù)進(jìn)行放電操作以降低電容電壓。
[0021] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的DSP包括：
[0022] 接收模塊，用于接收電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的直流母線(xiàn)間電壓、環(huán)流在橋臂等效電阻和 電抗器上的電壓、環(huán)流電流、交流系統(tǒng)參考相電壓峰值、子模塊電容值、上橋臂電容器組兩 端的電壓、下橋臂電容器組兩端的電壓以及橋臂子模塊數(shù)；
[0023] 獲取模塊，用于獲取傳統(tǒng)最近電平逼近調(diào)制策略中子模塊電容電壓參考值；
[0024] 瞬時(shí)功率確定模塊，用于根據(jù)所述電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的直流母線(xiàn)間電壓、交流系統(tǒng) 參考相電壓峰值、環(huán)流在橋臂等效電阻和電抗器上的電壓確定上橋臂電容器組的瞬時(shí)功 率、下橋臂電容器組的瞬時(shí)功率；
[0025] 電流確定模塊，用于根據(jù)上橋臂電容器組的瞬時(shí)功率、下橋臂電容器組的瞬時(shí)功 率以及換流器交直流側(cè)功率平衡關(guān)系確定環(huán)流直流分量；
[0026] 電容電壓參考值確定模塊，用于根據(jù)環(huán)流直流分量、子模塊電容值、傳統(tǒng)最近電平 逼近調(diào)制策略中子模塊電容電壓參考值、橋臂子模塊數(shù)、上橋臂電容器組的瞬時(shí)功率、下橋 臂電容器組的瞬時(shí)功率確定上橋臂子模塊電容電壓的參考值、下橋臂子模塊電容電壓的參 考值；
[0027] 子模塊數(shù)確定模塊，用于根據(jù)最近電平逼近調(diào)制策略、上橋臂子模塊電容電壓的 參考值、下橋臂子模塊電容電壓的參考值、上橋臂電容器組兩端的電壓以及下橋臂電容器 組兩端的電壓確定上橋臂應(yīng)投入的子模塊數(shù)、下橋臂應(yīng)投入的子模塊數(shù)。
[0028] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的瞬時(shí)功率確定模塊包括：
[0029] 電壓調(diào)制比確定單元，用于根據(jù)所述的電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的直流母線(xiàn)間電壓以及交 流系統(tǒng)參考相電壓峰值確定電壓調(diào)制比；
[0030] 電壓電流確定單元，用于根據(jù)所述的電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的直流母線(xiàn)間電壓、環(huán)流在 橋臂等效電阻和電抗器上的電壓、電壓調(diào)制比結(jié)合基爾霍夫電壓、電流定律確定上橋臂電 壓、上橋臂電流、下橋臂電壓、下橋臂電流；
[0031 ] 瞬時(shí)功率確定單元，用于根據(jù)上述上橋臂電壓、上橋臂電流、下橋臂電壓、下橋臂 電流、環(huán)流電流、確定上橋臂電容器組的瞬時(shí)功率、下橋臂電容器組的瞬時(shí)功率。
[0032] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的電容電壓參考值確定模塊包括：
[0033] 第一能量參考值確定單元，用于根據(jù)子模塊電容值、傳統(tǒng)最近電平逼近調(diào)制策略 中子模塊電容電壓參考值以及橋臂子模塊數(shù)確定傳統(tǒng)最近電平逼近調(diào)制策略中的上橋臂 所有電容器組的能量參考值、下橋臂所有電容器組的能量參考值；
[0034] 第二能量參考值確定單元，用于根據(jù)環(huán)流直流分量、上橋臂所有電容器組的能量 參考值、上橋臂電容器組的瞬時(shí)功率、確定上橋臂電容器組的能量參考值；
[0035] 第三能量參考值確定單元，用于根據(jù)環(huán)流直流分量、下橋臂所有電容器組的能量 參考值、下橋臂電容器組的瞬時(shí)功率確定下橋臂電容器組的能量參考值；
[0036] 整個(gè)橋壁等效電容確定單元，用于根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的子模塊電容值以及橋臂 子模塊數(shù)確定整個(gè)橋壁等效電容；
[0037] 電容電壓參考值確定單元，用于根據(jù)上橋臂電容器組的能量參考值、下橋臂電容 器組的能量參考值、整個(gè)橋壁等效電容以及橋臂子模塊數(shù)確定上橋臂子模塊電容電壓的參 考值、下橋臂子模塊電容電壓的參考值。
[0038] 本發(fā)明的目的之一是，提供一種抑制電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)內(nèi)部環(huán)流的方法，所述方法 包括：
[0039] 門(mén)控接口電路板采集并發(fā)送電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的直流母線(xiàn)間電壓、環(huán)流在橋臂等效 電阻和電抗器上的電壓、環(huán)流電流、交流系統(tǒng)參考相電壓峰值、子模塊電容值、上橋臂電容 器組兩端的電壓、下橋臂電容器組兩端的電壓以及橋臂子模塊數(shù)；
[0040] DSP接收電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的直流母線(xiàn)間電壓、環(huán)流在橋臂等效電阻和電抗器上的 電壓、環(huán)流電流、交流系統(tǒng)參考相電壓峰值、子模塊電容值、上橋臂電容器組兩端的電壓、下 橋臂電容器組兩端的電壓以及橋臂子模塊數(shù)；
[0041] 所述的DSP獲取傳統(tǒng)最近電平逼近調(diào)制策略中子模塊電容電壓參考值；
[0042] 所述的DSP確定出上橋臂應(yīng)投入的子模塊數(shù)、下橋臂應(yīng)投入的子模塊數(shù)；
[0043] 所述的DSP發(fā)送確定出的上橋臂應(yīng)投入的子模塊數(shù)、下橋臂應(yīng)投入的子模塊數(shù)；
[0044] 所述的門(mén)控接口電路板接收所述的上橋臂應(yīng)投入的子模塊數(shù)、下橋臂應(yīng)投入的子 模塊數(shù)；
[0045] 所述的門(mén)控接口電路板采集電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的橋臂電流方向信號(hào)，當(dāng)所述的橋臂 電流方向信號(hào)顯示電流流向子模塊時(shí)，根據(jù)上橋臂應(yīng)投入的子模塊數(shù)、下橋臂應(yīng)投入的子 模塊數(shù)進(jìn)行充電操作以提升電容電壓被；當(dāng)所述的橋臂電流方向信號(hào)顯示電流流出子模塊 時(shí)，根據(jù)上