一種抑制電動汽車充電機內部環流的方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明關于電動汽車技術領域，特別是關于電動汽車的充電技術，具體的講是一 種抑制電動汽車充電機內部環流的方法及系統。
【背景技術】
[0002] 隨著能源危機、石油資源短缺、大氣污染以及氣溫上升等問題的出現，各國政府越 來越重視電動汽車的發展。我國在電動汽車的發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電動汽車充電站和充電粧的建設。
[0003] 電動汽車充電是通過充電機來實現的。充電機就是將電網電能通過一系列轉換后 變成滿足電動汽車充電要求的裝置，其工作原理是電網交流電經過整流后變成直流電，經 過濾波電路后為DC/DC功率變換單元提供直流輸入，功率變換單元的輸出經過濾波后為電 動汽車電池進行充電。充電過程中整流電路會產生諧波，諧波注入電網會造成電能質量下 降甚至影響電網運行，如增加輸電線路電能損耗、影響功率因數、降低繼電保護的可靠性、 干擾控制系統穩定性等。
[0004] 現有技術中為了減少諧波，在整流環節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汽車充電機的原理結構如圖1所示，其中整流電路結構 如圖2所示。各個設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形成 階梯波以逼近正弦波，而每個相單元投入的總模塊數恒定不變，維持直流電壓的穩定。
[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，減少交流側電流諧 波，使之無需經過濾波器而滿足并網要求。
[0007] (3)電容：用來儲存電能。
[0008] (4) IGBT :在單個子模塊內，通過控制兩個IGBT將該子模塊從主電路中投入或切 除。
[0009] (5)快速旁路開關：某個子模塊發生故障時，快速旁路開關可以將該故障子模塊 從主電路中切除。
[0010] (6)晶閘管：在直流兩極發生短路時快速導通，承受來自交流側的大部分沖擊電 流，使得與IGBT并聯的二極管得以被保護。
[0011] (7)二極管：與IGBT配合構成電流從交流側到直流側的通路。
[0012] (8)門控接口電路板：接受上層控制發出的觸發信號，譯碼后驅動相應的IGBT，同 時上傳電容電壓值、IGBT工作狀況等運行狀態信號。
[0013] (9) DC/DC變換：將高壓直流電變為滿足電動汽車電池充電時電壓要求的低壓直 流電。
[0014] 雖然這種方式可有效降低交流側電壓、電流的諧波含量，但是該電動汽車充電機 所需的子模塊較多，需要采用統一的控制策略對電動汽車充電機中整流環節的所有子模塊 進行集中控制。當子模塊達到一定數量時，交流側電壓、電流中幾乎不存在諧波，無需裝設 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 平換流器內部存在一定的環流。環流一方面會增加電動汽車充電機的損耗，使電動汽車充 電機的發熱量增加，另一方面環流使得橋臂電流的畸變程度增加，從而提高對開關器件額 定電流的要求，同時，環流使得線電壓、線電流的諧波總畸變率增大，降低配電網的電能質 量。
[0015] 因此，如何研究和開發出一種方案來抑制模塊化多電平換流器型電動汽車充電機 的內部環流，以減少電動汽車充電機的損耗是本領域亟待解決的技術難題。
【發明內容】
[0016] 為了克服現有技術存在的上述技術問題，本發明提供了一種抑制電動汽車充電機 內部環流的方法及系統，由門控接口電路板采集電動汽車充電機各個橋臂的子模塊電容電 壓，由DSP確定出上橋臂應投入的子模塊數Nu、下橋臂應投入的子模塊數&，最終由門控接 口電路板根據橋臂電流方向信號以及上橋臂應投入的子模塊數Nu、下橋臂應投入的子模塊 數&進行充放電操作，以提升或降低電容電壓，使各個子模塊電容電壓保持均衡。
[0017] 本發明的目的之一是，提供了一種抑制電動汽車充電機內部環流的系統，所述的 系統包括DSP、門控接口電路板以及電動汽車充電機，
[0018] 所述的門控接口電路板，用于采集并發送電動汽車充電機的直流母線間電壓、環 流在橋臂等效電阻和電抗器上的電壓、環流電流、交流系統參考相電壓峰值、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；
[0019] 所述的DSP，用于接收電動汽車充電機的直流母線間電壓、環流在橋臂等效電阻 和電抗器上的電壓、環流電流、交流系統參考相電壓峰值、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，獲取傳統最近電平逼近調制 策略中子模塊電容電壓參考值，確定出上橋臂應投入的子模塊數、下橋臂應投入的子模塊 數；
[0020] 所述的門控接口電路板，還用于接收所述的上橋臂應投入的子模塊數、下橋臂應 投入的子模塊數，采集電動汽車充電機的橋臂電流方向信號，當所述的橋臂電流方向信號 顯示電流流向子模塊時，根據上橋臂應投入的子模塊數、下橋臂應投入的子模塊數進行充 電操作以提升電容電壓被；當所述的橋臂電流方向信號顯示電流流出子模塊時，根據上橋 臂應投入的子模塊數、下橋臂應投入的子模塊數進行放電操作以降低電容電壓。
[0021] 在本發明的優選實施方式中，所述的DSP包括：
[0022] 接收模塊，用于接收電動汽車充電機的直流母線間電壓、環流在橋臂等效電阻和 電抗器上的電壓、環流電流、交流系統參考相電壓峰值、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；
[0023] 獲取模塊，用于獲取傳統最近電平逼近調制策略中子模塊電容電壓參考值；
[0024] 瞬時功率確定模塊，用于根據所述電動汽車充電機的直流母線間電壓、交流系統 參考相電壓峰值、環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功 率、下橋臂電容器組的瞬時功率；
[0025] 電流確定模塊，用于根據上橋臂電容器組的瞬時功率、下橋臂電容器組的瞬時功 率以及換流器交直流側功率平衡關系確定環流直流分量；
[0026] 電容電壓參考值確定模塊，用于根據環流直流分量、子模塊電容值、傳統最近電平 逼近調制策略中子模塊電容電壓參考值、橋臂子模塊數、上橋臂電容器組的瞬時功率、下橋 臂電容器組的瞬時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] 子模塊數確定模塊，用于根據最近電平逼近調制策略、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投入的子模塊數、下橋臂應投入的子模塊數。
[0028] 在本發明的優選實施方式中，所述的瞬時功率確定模塊包括：
[0029] 電壓調制比確定單元，用于根據所述的電動汽車充電機的直流母線間電壓以及交 流系統參考相電壓峰值確定電壓調制比；
[0030] 電壓電流確定單元，用于根據所述的電動汽車充電機的直流母線間電壓、環流在 橋臂等效電阻和電抗器上的電壓、電壓調制比結合基爾霍夫電壓、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 ] 瞬時功率確定單元，用于根據上述上橋臂電壓、上橋臂電流、下橋臂電壓、下橋臂 電流、環流電流、確定上橋臂電容器組的瞬時功率、下橋臂電容器組的瞬時功率。
[0032] 在本發明的優選實施方式中，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，用于根據子模塊電容值、傳統最近電平逼近調制策略 中子模塊電容電壓參考值以及橋臂子模塊數確定傳統最近電平逼近調制策略中的上橋臂 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，用于根據環流直流分量、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，用于根據環流直流分量、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功率確定下橋臂電容器組的能量參考值；
[0036] 整個橋壁等效電容確定單元，用于根據電動汽車充電機的子模塊電容值以及橋臂 子模塊數確定整個橋壁等效電容；
[0037] 電容電壓參考值確定單元，用于根據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、整個橋壁等效電容以及橋臂子模塊數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] 本發明的目的之一是，提供一種抑制電動汽車充電機內部環流的方法，所述方法 包括：
[0039] 門控接口電路板采集并發送電動汽車充電機的直流母線間電壓、環流在橋臂等效 電阻和電抗器上的電壓、環流電流、交流系統參考相電壓峰值、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；
[0040] DSP接收電動汽車充電機的直流母線間電壓、環流在橋臂等效電阻和電抗器上的 電壓、環流電流、交流系統參考相電壓峰值、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；
[0041] 所述的DSP獲取傳統最近電平逼近調制策略中子模塊電容電壓參考值；
[0042] 所述的DSP確定出上橋臂應投入的子模塊數、下橋臂應投入的子模塊數；
[0043] 所述的DSP發送確定出的上橋臂應投入的子模塊數、下橋臂應投入的子模塊數；
[0044] 所述的門控接口電路板接收所述的上橋臂應投入的子模塊數、下橋臂應投入的子 模塊數；
[0045] 所述的門控接口電路板采集電動汽車充電機的橋臂電流方向信號，當所述的橋臂 電流方向信號顯示電流流向子模塊時，根據上橋臂應投入的子模塊數、下橋臂應投入的子 模塊數進行充電操作以提升電容電壓被；當所述的橋臂電流方向信號顯示電流流出子模塊 時，根據上