電動(dòng)汽車充電諧波對(duì)并網(wǎng)型微電網(wǎng)的影響與抑制補(bǔ)償方法研究

引 言

電動(dòng)汽車（Electric Vehicle，EV）是中國(guó)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè) [1]。與傳統(tǒng)電動(dòng)汽車充電方式相比，未來(lái)的電動(dòng)汽車更多地處于微網(wǎng)環(huán)境中，尤其是在微電網(wǎng)的“光儲(chǔ)充一體化” 環(huán)境下充電 [2]。在微電網(wǎng)環(huán)境中為電動(dòng)車輛充電會(huì)產(chǎn)生影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的諧波。目前，關(guān)于微電網(wǎng)環(huán)境下的電動(dòng)汽車充電諧波的研究大部分在離網(wǎng)條件下進(jìn)行 [3]。由于微電網(wǎng)在并網(wǎng)模式下頻率 f 和電壓 V 會(huì)得到大電網(wǎng)的支持，因此相比離網(wǎng)，電網(wǎng)車輛在并網(wǎng)微電網(wǎng)下的運(yùn)行更為常見(jiàn) [4]。文獻(xiàn) [5] 研究了電動(dòng)汽車的充電過(guò)程，并提出電動(dòng)汽車充電電池充電過(guò)程中的輸出功率函數(shù)關(guān)系。文獻(xiàn) [6] 針對(duì)離網(wǎng)情況下電動(dòng)汽車充電產(chǎn)生的諧波提出了一種主要控制策略。文獻(xiàn) [7] 研究了電網(wǎng)連接模式下電動(dòng)汽車充電的諧波效應(yīng)。

針對(duì)上述不足，本文提出一種新的控制策略，在初級(jí)控制的基礎(chǔ)上增加諧波補(bǔ)償器，形成二次控制，將二次控制層測(cè)量并與參考值進(jìn)行比較得到的差值作為補(bǔ)償量反饋給初控制。

1 并網(wǎng)環(huán)境下電動(dòng)汽車充電諧波的分析

電動(dòng)車由充電器充電。充電器主要由三相橋式不可控整流電路和高頻開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換電路 [8] 組成。經(jīng)整流器整流后通過(guò)過(guò)濾裝置，DC 功率被供應(yīng)到功率改變部分，并且在輸出濾波之后，電池被充電。充電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。濾波電容器 C之后的電路部分可以由非線性電阻器 Rc 近似代替 [9]。

由于沒(méi)有控制整流電路，周期性變化的非正弦電流流過(guò)變壓器的次級(jí)側(cè)，并且電流中存在諧波分量。本文通過(guò)諧波總變差和 h 次諧波含量測(cè)量諧波的比例。h 次諧波電流含量（HRIh）和諧波電流含量 Ih 定義為 ：

根據(jù)上述公式，可以計(jì)算電流中的諧波含量。在實(shí)際系統(tǒng)中，非線性負(fù)載諧波特性的分析和評(píng)估一般只計(jì)算出 3 次，5 次，7 次諧波電流失真率和電流諧波總失真率。

2 并網(wǎng)環(huán)境下電動(dòng)汽車充電諧波的治理

根據(jù)上述諧波分析，需要處理電動(dòng)車輛在并網(wǎng)環(huán)境中充電時(shí)產(chǎn)生的諧波。在初級(jí)控制的基礎(chǔ)上增加第二控制鏈路，PI 控制器算法用于設(shè)計(jì)諧波補(bǔ)償鏈路，以抑制微電網(wǎng)中的 5 次和 7 次諧波而不影響基波電流。諧波補(bǔ)償器可以表示如下 ：

式中：HD5，HD7 分別為 5 次、7 次諧波檢測(cè)；HD5* 為 5 次諧波參考值；HD7* 為 7 次諧波參考值。二級(jí)控制諧波補(bǔ)償器如圖 2 所示。

微電網(wǎng)的諧波抑制二級(jí)控制流程如圖 3 所示。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果仿真

為了驗(yàn)證本文提出的微電網(wǎng)諧波抑制分層控制策略的有效性，利用 Matlab 搭建仿真模型，如圖 4 所示。

仿真結(jié)果如圖 5 所示?？梢钥闯?，在添加諧波補(bǔ)償器后，微電網(wǎng)的輸出電流得到顯著改善。由二次控制產(chǎn)生的電流輸出的正弦性得到保證，并且由非線性負(fù)載引起的微電網(wǎng)電流的總諧波失真率也顯著降低，滿足要求。電流諧波總畸變率如圖 6 所示。

根據(jù)以上分析，當(dāng)電動(dòng)車輛在并網(wǎng)環(huán)境中充電產(chǎn)生諧波時(shí)，添加基于主控制的二次控制可以降低輸出電流的總電流諧波失真率，進(jìn)而改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)電動(dòng)汽車在并網(wǎng)環(huán)境中充電產(chǎn)生大量諧波的問(wèn)題，提出一種抑制并網(wǎng)諧波補(bǔ)償?shù)姆謱涌刂撇呗?。根?jù)對(duì)仿真情況的分析，二級(jí)控制通過(guò)補(bǔ)償?shù)?5 和第 7 諧波來(lái)抑制由電動(dòng)車輛在并網(wǎng)環(huán)境中產(chǎn)生的諧波。仿真結(jié)果表明，當(dāng)電動(dòng)汽車在并網(wǎng)環(huán)境中充電時(shí)，控制策略可以抑制諧波對(duì)系統(tǒng)的影響，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。