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摘要：具有源滤波功能新型电动汽车交流充电桩，具有较强的实用性和安全可靠性。本文首先简要介绍了新型电动汽车充电桩的有源滤波功能，随后提出了新型电动汽车充电桩有源滤波系统的建构方案，希望这些观点能够有效满足电动汽车用户的自助充电需求，促进电动汽车产业的智能网络化发展
关键词：有源滤波功能；电动汽车交流充电桩；谐波跟踪
引言：随着我国交通网络的不断完善和节能减排理念的深入人心，电动汽车逐渐走入人们的视野，与之相匹配的电动汽车交流充电桩也成为了社会广泛讨论的焦点。充分利用有源滤波功能，打造新型的电动汽车交流充电桩，是节约社会资源，打造智能网络化生活的要求和选择。
1新型电动汽车充电桩的有源滤波功能
有滤波器（Active Power Filter，简称APF）是一种基于高速数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）器件新型电力谐波治理专用设备常应用于动态抑制谐波、补偿无功，能够控制通过控制全控开关管，主动产生一个与谐波和无功电流大小相等、方向相反的电流，达到同时滤除多次及高次谐波以及补偿无功源的目的[1]。APF系统一般分为串联型和并联型，能够分别解决谐波电压和谐波电流问题，并联型是应用最为广泛的。它由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成，其工作原理大致为：指令电流运算电路能够实时监视线路中的电流，充分利用DSP器件将谐波与基波分离，以脉冲宽带调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）的波形形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，以有效驱动绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT）或智能功率模块（Intelligent Power Module，简称IPM），从而弥补无源滤波功能的缺陷，实现对谐波电流和无功源的补偿或抵消（表1）。
表 一 有源滤波器与无源滤波器
2新型电动汽车充电桩有源滤波系统的建构
2.1电路拓扑以及模型建构
具备APF功能的单向交流充电路结构是将APF电路并联在交流充电桩输出电流源线的末端，当充电桩控制系统检测到电动汽车的正常接入之后，电路会自动投切到APF系统，计量系统、通信系统和控制系统的电源取自APF电路支路的前级，能够有效过滤掉谐波的干扰，其电路结构主要由全桥电路、交流测电感L和直流些电容C构成，与PWM变换器相一致（图1）。
图 1 APF功能单向交流充电桩电路结构
2.2有滤波的控制系统
通过具有滞后性的控制策略和电压外环电流内环的控制方式，能够有效实现电动汽车交流充电桩的电感电流可控，在这种模式下，变换器受控制对象需要经过PI控制器（proportional integral controller）后的闭环函数波德图（Bode）分析（图2），如果采用增大PI控制器的偏差比例和积分来拓宽系统的带宽，将会造成受控对象离散域趋于稳定，甚至破坏系统的温蒂你，而从相频特新型的角度进行分析，在系统的中频阶段，产生严重的系统位移，从而导致系统更重高次谐波的能力丧失。另外，值得注意的是，交流充电桩的负载特性属于非线性，其中包含了大量的谐波电流，因而其电流指令是由工频和倍频叠加而成的，当系统的相频特性随着频率增高而衰减时，将会影响到谐波补偿的大小和相位准确性，因而需要设计人员采用更有效的措施弥补传统PI控制器的缺陷，以满足APF的实际应用标准。
图 2 闭环函数波德图（Bode）
图 3 基于重复控制器的电流复合控制图
2.3复合控制系统设计
APF交流充电桩的复合控制系统是基于重复控制（Inoue）原理的，重复控制是基于内模原理（Internal Model Principle）的一种控制方法，即在一个闭环调节系统内的反馈回路中设置一个内部模型，使该内部模型能够很好地描述系统外部信号特性。其基本思想是在系统稳定的条件下，通过满足开环传递函数的数学模型并构成闭环控制系统，使系统获得理想的指令跟踪特性，以获得卓越的扰动抑制能力。基于此，其复合控制器的设计应在原有PI控制器的基础上，采用比例P控制器，而忽略积分I控制系统，通过并联重复控制器构成复合控制器，以有效控制传统PI控制器产生的谐波补偿跟踪误差，提高其谐波电流跟踪的精确度（图3）。此外，将比例控制器作用于系统中的电流闭环传递函数，将能够有效提升系统的误差相应速度，进而产生调节作用，促进系统稳定误差的消除。复合控制系统的建构，能够有效缓解中频段内的相宜和增益的衰减，以满足APF跟踪车载充电器谐波的应用需要[2]。
结论：综上所述，在电动汽车交流充电桩内，增加有源滤波功能，可以有效提高通信系统及配电系统的稳定性，延长通信设备及电力设备的使用寿命，并且使配电系统更符合谐波环境的设计规范。
参考文献：
[1]冯景峰.电动汽车交流充电桩谐波分析及谐波抑制探究[J].时代汽车，2018（05）：61-62.
[2]龙海珊，孟焕平.电动汽车充电设施设计关键问题研究[J].建筑电气，2018，37（02）：3-8.
论文作者:何刘荣
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/10/1
标签：谐波论文; 电流论文; 系统论文; 电动汽车论文; 控制器论文; 电路论文; 控制系统论文; 《基层建设》2018年第24期论文;