[01371503]电动汽车直流充电桩中三相PFC关键技术的研究与应用

1 研究目的与意义 随着电动汽车的普及,作为其配套设施的电动汽车充电站也在大量的建设,大量电动汽车充电站接入电网,对电网的功率,电压、电流带来较大的影响,也给电网带来了很大的谐波污染,在这些电能变换装置中,整流器占了大部分。因此,研究高功率因数、谐波含量低的整流装置及其控制策略十分重要。在众多整流器拓扑中,VIENNA整流器因开关管数量少、功率因数高和电流谐波含量低、桥臂开关管无死区电压、控制电路简单等优点成为国内外研究的重点。VIENNA整流器是一种优秀的三电平拓扑结构,是提高功率因数的重要技术手段,对VIENNA整流器控制策略的研究具有重要的理论意义和工程价值,在电力系统有源电力滤波器、无功补偿、不间断电源、交直流传动系统、通信电源、新能源领域中的风力发电、混合动力车充电站、工业变频器等领域将得到更好的应用。 本研究对所提出的控制方法进行了实验研究,通过改变三相输入电压的值来实现调制比M的改变,实验结果表明,直流侧输出电压稳定,输入电流正弦化且畸变小,两电容中点电压在±2V内变化,证明了所提出的虚拟空间矢量调制算法适合于VIENNA整流器。 2主要研究成果与创新 （1）获取VIENNA整流器中点电压不平衡机理及相应控制方法 通过研究可得,中点电位不平衡的根本原因是有电流注入或流出中点,中、小矢量会使中点电位可能产生偏移,中矢量产生的影响是无法消除,但正、负小矢量对中点电位的影响恰好是相反,通过改变它们的作用时间可削除对中点电位的影响。 （2）基于虚拟空间矢量的VIENNA整流器空间矢量脉宽调制方法消除中矢量对中点电位的影响 虚拟零矢量、大矢量对中点电位不产生影响。通过对虚拟小矢量、中矢量各矢量作用时间的控制,可以对中点电位进行平衡控制。在VIENNA整流器PWM调制算法方面,传统SVPWM调制算法在VIENNA整流器控制中存在3倍基波频率的低频振荡的问题,而且当调制度M比较大并且功率因数较低时,由中矢量引起的中点电压不能完全进行平衡控制。针对传统SVPWM调制算法的不足,提出了VIENNA整流器采用虚拟空间矢量调制策略,该算法可以在全调制度和负载功率因数范围内对电容电压进行平衡控制。本研究对所提出的控制方法进行了实验研究,通过改变三相输入电压的值来实现调制比M的改变,实验结果表明,直流侧输出电压稳定,输入电流正弦化且畸变小,两电容中点电压在±2V内变化,证明了所提出的虚拟空间矢量调制算法适合于VIENNA整流器。 （3）利用两种算相结合的方法解决了VIENNA整流器中点电位平衡控制问题 由于不确定的因素导致VIENNA整流器直流侧输出上下电容电压不平衡时,需要对VIENNA整流器中点电位进行平衡校正。准确补偿控制和滞环控制是常用的两种平衡校正算法,当中点电位偏差过大,准确补偿控制方法无法实现中点电位的平衡控制。而对于滞环控制算法,当VIENNA整流器处于低功率因数运行状态时,中点电位平衡效果不理想,还会存在控制盲区。本研究将准确补偿控制与滞环控制进行相结合的优化算法,取长补短,对校正中点电压不平衡起到了很好的作用。 3社会经济效益,存在的问题 （1）、由于本项目为基础研究,取得的成果应用于实际,还得进一步研究论证,产业化还未形成。 （2）、成果推广应用前景方面。本项目研究成果主要用于电动汽车直流充电桩中三相PFC控制,而发展电动汽车是落实国家能源战略、大气污染防治计划和节能减排政策的重大战略举措,是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。中国政府高度重视电动汽车及充电设施产业发展,将充电基础设施纳入城市新型基础设施,出台了一系列支持政策,推动电动汽车发展与充电基础设施建设。 充电基础设施是新型的城市基础设施。目前我国的充电基础设施建设归纳起来存在四大问题：一是认识不统一;二是配套政策不完善;三是协调推进难度大;四是标准规范不健全。大力推进充电基础设施建设,有利于解决电动汽车充电难题,是发展新能源汽车产业的重要保障。充电桩面临的发展瓶颈,也是电动汽车发展亟待解决的难题。