電動汽車充電站諧波解析模型及放大效應(yīng)研究.pdf

1、本論文受國家自然科學(xué)基金（51277184）項目資助。
　　電動汽車以其環(huán)保節(jié)能的優(yōu)點，成為目前緩解環(huán)境污染和能源危機的有效途徑之一。然而，隨著電動汽車的推廣應(yīng)用，非線性大功率充電機接入電網(wǎng)規(guī)模逐漸增加，將對電網(wǎng)產(chǎn)生不容忽視的諧波影響，尤其以早前投運充電站中三相不控整流充電機最為嚴(yán)重。充電機交流側(cè)電流諧波分量經(jīng)系統(tǒng)阻抗傳遞后，會引起電網(wǎng)電壓波動和電能損耗，影響變壓器使用壽命，并對其他計量和監(jiān)測設(shè)備產(chǎn)生危害。為補償充電機的電流諧波，

2、電動汽車充電站通常會配置有源濾波器（ActivePowerFilter，APF）。并聯(lián)APF通過在線檢測充電站諧波電流分量并注入反向電流，以抑制充電站公共連接點注入電網(wǎng)的電流諧波，但可能會使流過集電母線的充電電流諧波出現(xiàn)放大效應(yīng)，導(dǎo)致并聯(lián)APF過載或諧波不能完全補償?shù)葐栴}。因此，深入研究電動汽車充電機的諧波解析計算方法，以及充電站放大效應(yīng)具有重要意義。論文主要內(nèi)容如下：
　　①針對采用無源功率因數(shù)校正的三相不控整流充電機，分析其在

3、充電電流連續(xù)和斷續(xù)模式的工作原理，根據(jù)充電過程中電壓和電流平衡方程，推導(dǎo)充電機的頻域諧波耦合導(dǎo)納矩陣，并由充電等效電路得到不同模式下的諧波導(dǎo)納矩陣參數(shù)，由此建立電動汽車充電機頻域諧波解析模型。該模型將充電機時域非線性特征變換成頻域線性導(dǎo)納矩陣，以表征其各次諧波電流與機端各次諧波電壓的耦合關(guān)系。最后，通過仿真和實驗分析驗證了該模型的正確性。
　　②根據(jù)不同工況下電動汽車三相充電機導(dǎo)通過程的電路約束，通過交流側(cè)電壓電流實測波形記錄和特

4、征數(shù)據(jù)提取，推導(dǎo)充電機等效電路濾波電感、電容和電阻參數(shù)的解析式，提出基于實測的三相不控整流充電機參數(shù)估算方法；將相同型號機組等值，結(jié)合充電機頻域諧波模型推導(dǎo)，建立電動汽車三相不控整流充電站諧波解析模型。利用仿真、實驗和現(xiàn)場測試對充電機參數(shù)估計方法和充電站諧波解析模型進(jìn)行驗證，并分析充電機諧波電流特性的參數(shù)靈敏度。
　　③考慮充電機交流側(cè)電壓與電流各次諧波分量之間的耦合關(guān)系，定義電動汽車充電站總諧波電流放大系數(shù)，提出一種充電站集電母

5、線電流諧波放大程度的量化方法，該方法實現(xiàn)了電流諧波放大效應(yīng)的解析計算且具有較高精度。在此基礎(chǔ)上，利用仿真和計算分析諧波放大系數(shù)隨充電機臺數(shù)、有源濾波補償率及相位差等因素的變化規(guī)律，為有源濾波器容量配置與控制設(shè)計提供依據(jù)。
　　④基于電動汽車充電站諧波放大效應(yīng)的研究，結(jié)合三相不控整流充電機諧波解析模型，通過交流電壓電流實際運行波形的測試記錄，推導(dǎo)并聯(lián)APF過載系數(shù)解析式用于修正APF容量。利用某電動客車充換電站測試結(jié)果驗證了所提方法