一种抑制电动汽车充电机内部环流的方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明关于电动汽车技术领域，特别是关于电动汽车的充电技术，具体的讲是一 种抑制电动汽车充电机内部环流的方法及系统。
【背景技术】
[0002] 随着能源危机、石油资源短缺、大气污染以及气温上升等问题的出现，各国政府越 来越重视电动汽车的发展。我国在电动汽车的发展上也提供了很多政策和资金支持，各省 电力公司都在大力推动电动汽车充电站和充电粧的建设。
[0003] 电动汽车充电是通过充电机来实现的。充电机就是将电网电能通过一系列转换后 变成满足电动汽车充电要求的装置，其工作原理是电网交流电经过整流后变成直流电，经 过滤波电路后为DC/DC功率变换单元提供直流输入，功率变换单元的输出经过滤波后为电 动汽车电池进行充电。充电过程中整流电路会产生谐波，谐波注入电网会造成电能质量下 降甚至影响电网运行，如增加输电线路电能损耗、影响功率因数、降低继电保护的可靠性、 干扰控制系统稳定性等。
[0004] 现有技术中为了减少谐波，在整流环节采用模块化多电平换流器以阶梯波逼近正 弦波。模块化多电平换流器型电动汽车充电机的原理结构如图1所示，其中整流电路结构 如图2所示。各个设备或器件的功能如下：
[0005] (1)子模块：整流电路上、下桥臂子模块的选择性投入或切除可以在交流侧形成 阶梯波以逼近正弦波，而每个相单元投入的总模块数恒定不变，维持直流电压的稳定。
[0006] (2)电抗器：桥臂电抗器可以减小整流电路电流的变化梯度，减少交流侧电流谐 波，使之无需经过滤波器而满足并网要求。
[0007] (3)电容：用来储存电能。
[0008] (4) IGBT :在单个子模块内，通过控制两个IGBT将该子模块从主电路中投入或切 除。
[0009] (5)快速旁路开关：某个子模块发生故障时，快速旁路开关可以将该故障子模块 从主电路中切除。
[0010] (6)晶闸管：在直流两极发生短路时快速导通，承受来自交流侧的大部分冲击电 流，使得与IGBT并联的二极管得以被保护。
[0011] (7)二极管：与IGBT配合构成电流从交流侧到直流侧的通路。
[0012] (8)门控接口电路板：接受上层控制发出的触发信号，译码后驱动相应的IGBT，同 时上传电容电压值、IGBT工作状况等运行状态信号。
[0013] (9) DC/DC变换：将高压直流电变为满足电动汽车电池充电时电压要求的低压直 流电。
[0014] 虽然这种方式可有效降低交流侧电压、电流的谐波含量，但是该电动汽车充电机 所需的子模块较多，需要采用统一的控制策略对电动汽车充电机中整流环节的所有子模块 进行集中控制。当子模块达到一定数量时，交流侧电压、电流中几乎不存在谐波，无需装设 交流滤波器。而且，由于各子模块电容器的分布式布置及其能量分配的不均衡，模块化多电 平换流器内部存在一定的环流。环流一方面会增加电动汽车充电机的损耗，使电动汽车充 电机的发热量增加，另一方面环流使得桥臂电流的畸变程度增加，从而提高对开关器件额 定电流的要求，同时，环流使得线电压、线电流的谐波总畸变率增大，降低配电网的电能质 量。
[0015] 因此，如何研究和开发出一种方案来抑制模块化多电平换流器型电动汽车充电机 的内部环流，以减少电动汽车充电机的损耗是本领域亟待解决的技术难题。
【发明内容】
[0016] 为了克服现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种抑制电动汽车充电机 内部环流的方法及系统，由门控接口电路板采集电动汽车充电机各个桥臂的子模块电容电 压，由DSP确定出上桥臂应投入的子模块数Nu、下桥臂应投入的子模块数&，最终由门控接 口电路板根据桥臂电流方向信号以及上桥臂应投入的子模块数Nu、下桥臂应投入的子模块 数&进行充放电操作，以提升或降低电容电压，使各个子模块电容电压保持均衡。
[0017] 本发明的目的之一是，提供了一种抑制电动汽车充电机内部环流的系统，所述的 系统包括DSP、门控接口电路板以及电动汽车充电机，
[0018] 所述的门控接口电路板，用于采集并发送电动汽车充电机的直流母线间电压、环 流在桥臂等效电阻和电抗器上的电压、环流电流、交流系统参考相电压峰值、子模块电容 值、上桥臂电容器组两端的电压、下桥臂电容器组两端的电压以及桥臂子模块数；
[0019] 所述的DSP，用于接收电动汽车充电机的直流母线间电压、环流在桥臂等效电阻 和电抗器上的电压、环流电流、交流系统参考相电压峰值、子模块电容值、上桥臂电容器组 两端的电压、下桥臂电容器组两端的电压以及桥臂子模块数，获取传统最近电平逼近调制 策略中子模块电容电压参考值，确定出上桥臂应投入的子模块数、下桥臂应投入的子模块 数；
[0020] 所述的门控接口电路板，还用于接收所述的上桥臂应投入的子模块数、下桥臂应 投入的子模块数，采集电动汽车充电机的桥臂电流方向信号，当所述的桥臂电流方向信号 显示电流流向子模块时，根据上桥臂应投入的子模块数、下桥臂应投入的子模块数进行充 电操作以提升电容电压被；当所述的桥臂电流方向信号显示电流流出子模块时，根据上桥 臂应投入的子模块数、下桥臂应投入的子模块数进行放电操作以降低电容电压。
[0021] 在本发明的优选实施方式中，所述的DSP包括：
[0022] 接收模块，用于接收电动汽车充电机的直流母线间电压、环流在桥臂等效电阻和 电抗器上的电压、环流电流、交流系统参考相电压峰值、子模块电容值、上桥臂电容器组两 端的电压、下桥臂电容器组两端的电压以及桥臂子模块数；
[0023] 获取模块，用于获取传统最近电平逼近调制策略中子模块电容电压参考值；
[0024] 瞬时功率确定模块，用于根据所述电动汽车充电机的直流母线间电压、交流系统 参考相电压峰值、环流在桥臂等效电阻和电抗器上的电压确定上桥臂电容器组的瞬时功 率、下桥臂电容器组的瞬时功率；
[0025] 电流确定模块，用于根据上桥臂电容器组的瞬时功率、下桥臂电容器组的瞬时功 率以及换流器交直流侧功率平衡关系确定环流直流分量；
[0026] 电容电压参考值确定模块，用于根据环流直流分量、子模块电容值、传统最近电平 逼近调制策略中子模块电容电压参考值、桥臂子模块数、上桥臂电容器组的瞬时功率、下桥 臂电容器组的瞬时功率确定上桥臂子模块电容电压的参考值、下桥臂子模块电容电压的参 考值；
[0027] 子模块数确定模块，用于根据最近电平逼近调制策略、上桥臂子模块电容电压的 参考值、下桥臂子模块电容电压的参考值、上桥臂电容器组两端的电压以及下桥臂电容器 组两端的电压确定上桥臂应投入的子模块数、下桥臂应投入的子模块数。
[0028] 在本发明的优选实施方式中，所述的瞬时功率确定模块包括：
[0029] 电压调制比确定单元，用于根据所述的电动汽车充电机的直流母线间电压以及交 流系统参考相电压峰值确定电压调制比；
[0030] 电压电流确定单元，用于根据所述的电动汽车充电机的直流母线间电压、环流在 桥臂等效电阻和电抗器上的电压、电压调制比结合基尔霍夫电压、电流定律确定上桥臂电 压、上桥臂电流、下桥臂电压、下桥臂电流；
[0031 ] 瞬时功率确定单元，用于根据上述上桥臂电压、上桥臂电流、下桥臂电压、下桥臂 电流、环流电流、确定上桥臂电容器组的瞬时功率、下桥臂电容器组的瞬时功率。
[0032] 在本发明的优选实施方式中，所述的电容电压参考值确定模块包括：
[0033] 第一能量参考值确定单元，用于根据子模块电容值、传统最近电平逼近调制策略 中子模块电容电压参考值以及桥臂子模块数确定传统最近电平逼近调制策略中的上桥臂 所有电容器组的能量参考值、下桥臂所有电容器组的能量参考值；
[0034] 第二能量参考值确定单元，用于根据环流直流分量、上桥臂所有电容器组的能量 参考值、上桥臂电容器组的瞬时功率、确定上桥臂电容器组的能量参考值；
[0035] 第三能量参考值确定单元，用于根据环流直流分量、下桥臂所有电容器组的能量 参考值、下桥臂电容器组的瞬时功率确定下桥臂电容器组的能量参考值；
[0036] 整个桥壁等效电容确定单元，用于根据电动汽车充电机的子模块电容值以及桥臂 子模块数确定整个桥壁等效电容；
[0037] 电容电压参考值确定单元，用于根据上桥臂电容器组的能量参考值、下桥臂电容 器组的能量参考值、整个桥壁等效电容以及桥臂子模块数确定上桥臂子模块电容电压的参 考值、下桥臂子模块电容电压的参考值。
[0038] 本发明的目的之一是，提供一种抑制电动汽车充电机内部环流的方法，所述方法 包括：
[0039] 门控接口电路板采集并发送电动汽车充电机的直流母线间电压、环流在桥臂等效 电阻和电抗器上的电压、环流电流、交流系统参考相电压峰值、子模块电容值、上桥臂电容 器组两端的电压、下桥臂电容器组两端的电压以及桥臂子模块数；
[0040] DSP接收电动汽车充电机的直流母线间电压、环流在桥臂等效电阻和电抗器上的 电压、环流电流、交流系统参考相电压峰值、子模块电容值、上桥臂电容器组两端的电压、下 桥臂电容器组两端的电压以及桥臂子模块数；
[0041] 所述的DSP获取传统最近电平逼近调制策略中子模块电容电压参考值；
[0042] 所述的DSP确定出上桥臂应投入的子模块数、下桥臂应投入的子模块数；
[0043] 所述的DSP发送确定出的上桥臂应投入的子模块数、下桥臂应投入的子模块数；
[0044] 所述的门控接口电路板接收所述的上桥臂应投入的子模块数、下桥臂应投入的子 模块数；
[0045] 所述的门控接口电路板采集电动汽车充电机的桥臂电流方向信号，当所述的桥臂 电流方向信号显示电流流向子模块时，根据上桥臂应投入的子模块数、下桥臂应投入的子 模块数进行充电操作以提升电容电压被；当所述的桥臂电流方向信号显示电流流出子模块 时，根据上