一種可檢測和濾除諧波的充電樁的監控方法與流程
2024-02-03 09:37:15 4
本發明涉一種可檢測和濾除諧波的充電樁的監控方法。
背景技術：
：隨著全球能源危機的不斷加深，石油資源的日趨枯竭以及大氣汙染、全球氣溫上升的危害加劇，節能和減排是未來汽車技術發展的主攻方向。日本豐田公司率先開發出混合動力汽車Prius，揭開了電動汽車的時代序幕。電動汽車作為新一代的交通工具，在節能減排、減少人類對傳統化石能源的依賴方面具備傳統汽車不可比擬的優勢。2009年以來，中國政府密集出臺了鼓勵電動汽車及相關行業發展的政策措施，企業對電動汽車的研發和產業化投入顯著增強。當電動汽車充電電池能源消耗到一定程度時，就需要使用能源供給裝置對該電池進行充電，以保證電動汽車重複使用，達到「以電代油」的目的，因此能源供給裝置對電動汽車的推廣使用具有不可替代的作用。能源供給裝置主要有兩種形式，一種是直流充電樁，該充電樁功率較大，100kW左右，充電時間短，體積比較大，因此一般安裝在固定的地點；另一種是交流充電樁，直接利用交流電網，輸出交流電能，通過電動汽車自帶的車載充電樁將交流電能轉換為直流電能為充電電池進行充電。該種充電形式功率較小，一般為10kW左右，充電時間長，體積小，因此可以充分利用城市的各個角落為電動汽車進行充電。由於充電樁採用的充電樁和所帶的負載是非線性設備，因此在運行時會給電網的電能質量帶來不好的影響，主要體現在電網功率因數下降和給電網帶來諧波汙染等方面。其中諧波汙染對電網造成的危害主要有以下幾個方面：諧波電流造成的電壓和發熱情況會導致功率因數補償電容器的使用壽命縮短；由於機械振動會受到基波頻率磁場和諧波電流的影響，當機械諧振頻率和電氣勵磁頻率相等時，會發生共振從而產生更大的機械應力，破壞設備；諧波會導致系統對電壓過零和電壓為零的點判斷失誤；諧波電流會造成變壓器鐵損和銅損的增加；對電子設備和繼電保護產生幹擾；諧波電流會導致設備誤動作，可能會中斷生產和運行。技術實現要素：為解決上述問題，本發明提供一種可檢測和濾除諧波的充電樁的監控方法，通過該方法，解決了目前電動汽車充電樁網側諧波含量比較大的問題，且能夠濾除負載電流中的基波無功電流、負序電流、零序電流和諧波電流，只留下基波正序有功分量，避免了零序洩露誤差的影響，此外，該系統在實時補償充電樁系統的總無功功率需求的同時，可以兼顧配電網及充電樁的當前最大允許有功功率，極大提升了充電的效率和安全性。為了實現上述目的，本發明提供一種可檢測和濾除諧波的充電樁系統的監控方法，該方法包括如下步驟：S1.實時檢測充電樁系統的系統無功和諧波電流大小；S2.根據檢測到的系統無功和諧波電流大小，實時進行無功動態補償和諧波濾除；S3.用於根據當前電池組充電狀態以及配電網運行參數，控制模塊制定適當的充電策略，實現充電樁系統內的充電負荷的整體優化控制。在S1中，諧波電流的檢測具體步驟為：S11.將負載電流ia、ib、ic分解成基波ia1、ib1、ic1與諧波iak、ibk、ick之和；S12.考慮到三相不平衡，將電流基波電流ia1、ib1、ic1分為正序、零序和負序分量，則諧波電流iak、ibk、ick也可以分解為正序、零序和負序分量；S13.三相瞬時功率將上述步驟得到的分解結果代入該式，可得：中I1+、I1-是分別為基波正序和負序分量，Ik+、Ik-分別為k次諧波正序和負序分量，θ1-是基波負序的初始相位，θk+、θk-分別是k次諧波正序和負序的初始相位。上式諧波頻率最低可達100Hz，經過低通濾波器(LFP)，則三相瞬時功率中的諧波分量就能完全濾去，只剩下穩態值從而可以得到濾除了負載電流中的基波無功電流、負序電流、零序電流和諧波電流，只留下基波正序有功分量，避免了零序洩露誤差的影響。優選的，若考慮到三相不平衡的情況，則可以將負載側基波電流分解為正序、負序和零序分量ia1、ib1、ic1，則諧波電流也可以分解為正序、負序和零序分量iak、ibk、ick，其中三相瞬時功率p為將上述分解的分量分別代入該式，可得；pk=eaiak+ebibk+ecick=32E`mIk+cos((k-1)ωt+θk+)-32EmIk-cos((k+1)ωt+θk-)]]>其中I1+、I1-、I10是分別為基波正序和負序分量，Ik+、Ik-、Ik0分別為k次諧波正序和負序分量，θ1-是基波負序的初始相位，θk+、θk-分別是k次諧波正序和負序的初始相位，是功率因數角。優選的，在步驟S2中，具體採用如下無功動態補償方法實現無功動態補償和諧波濾除：S21.通過諧波檢測模塊檢測到系統無功和諧波電流大小，作為指令信號，與PWM變流器的輸出電流進行比較，誤差大小與滯環比較器的環寬相比較得到一組PWM波；S22.PWM波發送給功率器件的控制端控制功率器件的開關，跟隨無功和諧波電流；S23.PWM變流器將與無功和諧波電流大小相等，方向相反的電流注入到配電網側，與配電網側中包含的無功和諧波電流相互抵消，從而達到消除配電網側無功和諧波電流的目的。在步驟S3中，具體包括如下步驟：S31.把充電時段範圍T劃分為J個階段；S32.在每個階段，確定所有電動汽車總充電負荷為：Pall=Σj=1JΣi=1MPEVi(j)=Σj=1JΣi=1Mφ-Pbase(j)Σj=1J(φ-Pbase(j))×Ci=Σi=1MΣj=1J(φ-Pbase(j))Σj=1J(φ-Pbase(j))×Ci=Σi=1MCi,]]>其中為區域配電網常規負荷與電動汽車充電負荷均值期望，Pbase為區域配電網常規負荷曲線，PEVi(j)為第i輛車在第j個階段的充電功率，Ci為第i輛車的充電需求，M為電動汽車總數；S33.根據所有電動汽車總充電負荷確定每輛電動汽車的充電平均功率，根據平均充電功率確定任意車輛充電概率常數，產生均勻分布隨機數，以二者的大小關係確定任意單位充電時間內的電動汽車充電功率。本發明具有如下優點：(1)充電樁以恆定功率輸出，通過充電樁的啟停進而控制單位時間內電動汽車充電數量，且使充電設備始終工作在能量轉化高效率區，提高電動汽車充電的整體能量利用率；(2)通過該系統，解決了目前電動汽車充電樁網側諧波含量比較大的問題，且能夠濾除負載電流中的基波無功電流、負序電流、零序電流和諧波電流，只留下基波正序有功分量，避免了零序洩露誤差的影響。附圖說明圖1示出了本發明的一種可檢測和濾除諧波的充電樁系統的框圖；圖2示出了一種可檢測和濾除諧波的充電樁的監控方法的流程圖。具體實施方式圖1示出了一種可檢測和濾除諧波的充電樁系統10的框圖，該系統10包括：諧波檢測模塊11，用於實時檢測充電樁系統的武功和諧波電流大小；多個充電樁12，用於對多個電動汽車的電池組進行充電，所述多個充電樁均包括AC/DC轉換模塊；有源電力濾波器13，用於實時對充電樁系統10進行諧波濾除，提高充電樁系統10運行的功率因素；控制模塊14，用於控制充電樁系統的10運行，包括控制上述每個充電樁對電池組的充電功率，控制有源電力濾波器對充電樁系統的進行諧波濾除。所述有源電力濾波器13包括：電感一L1、電感二L2、非線性負載W、PWM變流器S、電容C，配電網分別與電感一L1、電感二L2，電感一L1的另一端連接到非線性負載W，電感二L2的另一端連接PWM變流器S，PWM變流器S並聯有電容C，配電網的接入端和電容C通過電壓採樣A/D模塊1分別連接到指令電流運算器輸入端和PWM發生器輸入端，電容C的兩端通過電壓採樣A/D模塊和PI調節器連接到指令電流運算器輸入端，電感一L1的輸入端連接電流採樣A/D模塊連接到指令電流運算器輸入端，PWM變流器S的輸入端通過電流採樣A/D模塊連接到指令電流運算器輸出端，指令電流運算器輸出端連接到PWM發生器輸入端。所述諧波檢測模塊11採用如下方式檢測充電樁系統10中的諧波分量：將負載電流ia、ib、ic分解成基波ia1、ib1、ic1與諧波iak、ibk、ick之和；考慮到三相不平衡，將電流基波電流ia1、ib1、ic1分為正序、零序和負序分量，則諧波電流iak、ibk、ick也可以分解為正序、零序和負序分量；三相瞬時功率將上述步驟得到的分解結果代入該式，可得：其中I1+、I1-是分別為基波正序和負序分量，Ik+、Ik-分別為k次諧波正序和負序分量，θ1-是基波負序的初始相位，θk+、θk-分別是k次諧波正序和負序的初始相位。上式諧波頻率最低可達100Hz，經過低通濾波器(LFP)，則三相瞬時功率中的諧波分量就能完全濾去，只剩下穩態值從而可以得到濾除了負載電流中的基波無功電流、負序電流、零序電流和諧波電流，只留下基波正序有功分量，避免了零序洩露誤差的影響。所述有源電力濾波器13採用如下方式消除諧波：通過諧波檢測模塊11檢測到系統無功和諧波電流大小，作為指令信號，與PWM變流器的輸出電流進行比較，誤差大小與滯環比較器的環寬相比較得到一組PWM波；PWM波發送給功率器件的控制端控制功率器件的開關，跟隨無功和諧波電流；PWM變流器將與無功和諧波電流大小相等，方向相反的電流注入到配電網側，與配電網側中包含的無功和諧波電流相互抵消，從而達到消除配電網側無功和諧波電流的目的。所述控制模塊14包括控制器和與每個充電汽車電池組對應的充電樁相連的均衡器，所述控制器根據各電池組的充電信息對各均衡器發出指令，各均衡器根據指令來控制與各充電樁對各充電汽車電池組的充電功率。優選的，所述控制器包括：時間段劃分單元、電動汽車總充電負荷確定單元、車輛充電概率常數確定單元、隨機數生成單元和充電控制單元，其中：時間段劃分單元把充電時段範圍T劃分為J個階段；電動汽車總充電負荷確定單元確定所有電動汽車總充電負荷為：Pall=Σj=1JΣi=1MPEVi(j)=Σj=1JΣi=1Mφ-Pbase(j)Σj=1J(φ-Pbase(j))×Ci=Σi=1MΣj=1J(φ-Pbase(j))Σj=1J(φ-Pbase(j))×Ci=Σi=1MCi,]]>其中為配電網常規負荷與電動汽車充電負荷均值期望，Pbase為區域配電網常規負荷曲線，PEVi(j)為第i輛車在第j個階段的充電功率，Ci為第i輛車的充電需求，M為電動汽車總數；車輛充電概率常數根據所有電動汽車總充電負荷確定每輛電動汽車的充電平均功率，根據平均充電功率確定任意車輛充電概率常數；隨機數生成單元產生均勻分布隨機數，充電控制單元以任意車輛充電概率常數與隨機數生成單元的大小關係確定任意單位充電時間內的電動汽車充電功率。圖2示出了一種可檢測和濾除諧波的充電樁系統的監控方法的流程圖。該監控方法包括如下步驟：S1.實時檢測充電樁系統的系統無功和諧波電流大小；S2.根據檢測到的系統無功和諧波電流大小，實時進行無功動態補償和諧波濾除；S3.用於根據當前電池組充電狀態以及配電網運行參數，控制模塊制定適當的充電策略，實現充電樁系統內的充電負荷的整體優化控制。在S1中，諧波電流的檢測具體步驟為：S11.將負載電流ia、ib、ic分解成基波ia1、ib1、ic1與諧波iak、ibk、ick之和；S12.考慮到三相不平衡，將電流基波電流ia1、ib1、ic1分為正序、零序和負序分量，則諧波電流iak、ibk、ick也可以分解為正序、零序和負序分量；S13.三相瞬時功率將上述步驟得到的分解結果代入該式，可得：中I1+、I1-是分別為基波正序和負序分量，Ik+、Ik-分別為k次諧波正序和負序分量，θ1-是基波負序的初始相位，θk+、θk-分別是k次諧波正序和負序的初始相位。上式諧波頻率最低可達100Hz，經過低通濾波器(LFP)，則三相瞬時功率中的諧波分量就能完全濾去，只剩下穩態值從而可以得到濾除了負載電流中的基波無功電流、負序電流、零序電流和諧波電流，只留下基波正序有功分量，避免了零序洩露誤差的影響。優選的，若考慮到三相不平衡的情況，則可以將負載側基波電流分解為正序、負序和零序分量ia1、ib1、ic1，則諧波電流也可以分解為正序、負序和零序分量iak、ibk、ick，其中三相瞬時功率p為將上述分解的分量分別代入該式，可得；pk=eaiak+ebibk+ecick=32E`mIk+cos((k-1)ωt+θk+)-32EmIk-cos((k+1)ωt+θk-)]]>其中I1+、I1-、I10是分別為基波正序和負序分量，Ik+、Ik-、Ik0分別為k次諧波正序和負序分量，θ1-是基波負序的初始相位，θk+、θk-分別是k次諧波正序和負序的初始相位，是功率因數角。優選的，在步驟S2中，具體採用如下無功動態補償方法實現無功動態補償和諧波濾除：S21.通過諧波檢測模塊檢測到系統無功和諧波電流大小，作為指令信號，與PWM變流器的輸出電流進行比較，誤差大小與滯環比較器的環寬相比較得到一組PWM波；S22.PWM波發送給功率器件的控制端控制功率器件的開關，跟隨無功和諧波電流；S23.PWM變流器將與無功和諧波電流大小相等，方向相反的電流注入到配電網側，與配電網側中包含的無功和諧波電流相互抵消，從而達到消除配電網側無功和諧波電流的目的。在步驟S3中，具體包括如下步驟：S31.把充電時段範圍T劃分為J個階段；S32.在每個階段，確定所有電動汽車總充電負荷為：Pall=Σj=1JΣi=1MPEVi(j)=Σj=1JΣi=1Mφ-Pbase(j)Σj=1J(φ-Pbase(j))×Ci=Σi=1MΣj=1J(φ-Pbase(j))Σj=1J(φ-Pbase(j))×Ci=Σi=1MCi,]]>其中為區域配電網常規負荷與電動汽車充電負荷均值期望，Pbase為區域配電網常規負荷曲線，PEVi(j)為第i輛車在第j個階段的充電功率，Ci為第i輛車的充電需求，M為電動汽車總數；S33.根據所有電動汽車總充電負荷確定每輛電動汽車的充電平均功率，根據平均充電功率確定任意車輛充電概率常數，產生均勻分布隨機數，以二者的大小關係確定任意單位充電時間內的電動汽車充電功率。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應當視為屬於本發明的保護範圍。當前第1頁1 2 3