一种有源三次谐波注入的V2G变换器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及V2G技术领域，提供一种有源三次谐波注入的V2G变换器及其控制方法，所述变换器包括：交流侧三相桥式整流电路、中间准三次谐波注入电路和直流侧双向全桥变换电路。所述交流侧三相桥式整流电路与中间准三次谐波注入电路的交流端和直流端分别并接，并接后的交流端为交流输入端，直流端接入直流侧双向全桥变换电路的一次端，直流侧双向全桥变换电路的二次端为直流输出端。本发明专利技术提供的有源三次谐波注入的V2G变换器及其控制方法，由于交流侧三相桥式整流电路仅按工频频率换相，本质上为单级变换，在保证能量双向流通能力和宽范围交流输入功率因数角的同时，能有效提高转换效率，避免传统两级变换带来的高导通损耗和高开关损耗问题。

V2G converter with active three harmonic injection and control method thereof

The present invention relates to the technical field of V2G, providing an active three harmonic injection V2G converter and its control method, the converter comprises: AC three-phase bridge rectifier circuit, the middle three harmonic injection circuit and DC bidirectional full bridge converter circuit. The AC side of the three-phase bridge rectifier circuit with quasi three harmonic AC side and DC side circuit is connected respectively, and then the AC side for the AC input terminal, a terminal of the DC terminal DC bidirectional full bridge converter circuit, DC bidirectional full bridge converter circuit two end DC output. Active injection provided by the invention three harmonic V2G converter and its control method for three-phase bridge rectifier circuit of AC side only according to the frequency of commutation, is essentially a single stage transformation, guarantee the energy bidirectional flow capacity and wide range AC input power factor angle at the same time, can effectively improve the conversion efficiency, avoid high conductivity through loss and high switching loss problems of traditional two stage transformation.

【技术实现步骤摘要】
一种有源三次谐波注入的V2G变换器及其控制方法
本专利技术涉及V2G
，更具体地，涉及一种有源三次谐波注入的V2G变换器及其控制方法。
技术介绍
电动汽车清洁、环保而且节能，其发展已成为解决全球能源紧缺和环境污染加重问题的有效途径。但在实现节能减排的同时，电动汽车的普及势必给电网带来一些负面效应，如负荷剧烈波动以及稳定性相关的问题。近年来，电动汽车与电网的交互作用(Vehicle-to-Grid,V2G)成为电动汽车领域的研究热点。在V2G系统中，具备能量双向流动功能的充电器起到了关键作用。一方面，电网电能通过充电器给车载电池充电；另一方面，电池存储的能量通过充电器返回到电网，起到负荷调峰和提高电网系统稳定性的作用。目前大多数充电器采用的是二极管不可控整流拓扑，它只具备能量单向流动能力，同时还会产生大量的谐波，污染电网。为了满足V2G应用的需求，充电器所用的变换器应当具备以下特征：可控的网侧功率因数、正弦的网侧电流、快速的动态响应以应对能量流向的频繁变化、高转换效率、高可靠性以及高功率密度以适应受限的空间。随着电力电子技术的发展，许多学者开始研究基于双向变换器拓扑的充电器。电压型脉冲宽度调制(PulseWidthModulation,PWM)整流器具有输入电流正弦和能量双向流动的能力，因而成为应用较多的一种充电器拓扑。然而，由于电压型PWM整流器本质上为升压变换器，为了匹配较低的车载电池电压，需要额外增加一级直流-直流(DirectCurrenttoDirectCurrent,DC/DC)变换器。这不仅增加了系统的重量以及成本，而且降低了变换器的效率。此外，直流环节的储能电容和交流侧电抗器限制了充电器功率密度的提升，同时降低了系统的可靠性。作为一种间接矩阵变换器的衍生拓扑，交流-直流(AlternatingCurrenttoDirectCurrent,AC/DC)矩阵变换器继承了常规间接矩阵变换器输入电流正弦、输入功率因数可控、能量双向流动及无需直流储能元件等优点。此外，由于AC/DC矩阵变换器本质上为降压(buck)变换器，只需一级变换就能匹配电池电压，因此比较适合V2G的应用场合。AC/DC矩阵变换器的不足之处在于采用繁琐的换流策略，同时会带来输出波形畸变问题。在很多情况下，出于安全考虑，变换器的输入输出必须隔离，因此需要在AC/DC矩阵变换器的输出侧增加一级隔离的DC/DC变换。这种拓扑结构的主要缺点是两级变换会导致较高的导通损耗和开关损耗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种有源三次谐波注入的V2G变换器及其控制方法，以解决采用传统两级变换矩阵变换器带来的输出波形畸变以及会导致较高的导通损耗和开关损耗的问题。为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本专利技术提供一种有源三次谐波注入的V2G变换器及其控制方法。一方面，本专利技术提供一种有源三次谐波注入的V2G变换器，包括：交流侧三相桥式整流电路、中间准三次谐波注入电路和直流侧双向全桥变换电路。所述交流侧三相桥式整流电路的交流端与所述中间准三次谐波注入电路的交流端并接后作为所述变换器的交流输入端，所述交流侧三相桥式整流电路的直流端与所述中间准三次谐波注入电路的直流端并接后接入所述直流侧双向全桥变换电路的一次端，所述直流侧双向全桥变换电路的二次端作为所述变换器的直流输出端。所述交流侧三相桥式整流电路用于将所述交流端输入的交流电整流成直流电，或者用于将所述直流端输入的直流电逆变成三相交流电；所述中间准三次谐波注入电路用于注入三次谐波补偿电流；所述直流侧双向全桥变换电路用于对所述一次端的输入或者所述二次端的输入进行电压等级变换。其中，所述中间准三次谐波注入电路包括：三个双向开关、两个IGBT开关管以及一个三次谐波注入电感。所述三个双向开关的同一端分别接入三相输入电源的各相，所述三个双向开关的另一端连接所述三次谐波注入电感的一端；所述两个IGBT开关管串接后并入中间直流母线的两极之间，所述两个IGBT开关管串接的中点连接所述三次谐波注入电感的另一端。其中，所述直流侧双向全桥变换电路包括：一次端全桥、二次端全桥、高频变压器和内电感。所述一次端全桥的直流端连接所述交流侧三相桥式整流电路的直流端，所述内电感与所述高频变压器的一次边串接后接入所述一次端全桥的交流端，所述高频变压器的二次边连接所述二次端全桥的交流端，所述二次端全桥的直流端作为所述直流输出端。其中，所述一次端全桥包括四个一次桥臂开关，所述四个一次桥臂开关两两串联后并联接入中间直流母线的两极之间；所述内电感串联接入所述高频变压器一次边的串联电路两端分别连接所述四个一次桥臂开关两两串联的两个串联电路的中点；所述二次端全桥包括四个二次桥臂开关，所述四个二次桥臂开关两两串联后再并联连接，所述并联连接电路的两端作为所述变换器的所述直流输出端；所述四个二次桥臂开关两两串联的两个串联电路中点分别连接所述高频变压器二次边的两端。进一步的，所述变换器还包括：交流侧滤波电路和/或直流侧滤波电路。所述交流侧滤波电路包括三个交流滤波电感和三个交流滤波电容，所述三个交流滤波电感的同一端分别与所述三个交流滤波电容的同一端并接后，再分别连接所述交流侧三相桥式整流电路的交流端，所述三个交流滤波电感的另一端作为变换器的交流输入端，所述三个交流滤波电容的另一端并接在一起。所述直流侧滤波电路包括直流滤波电容和直流滤波电感，所述直流滤波电容与所述直流侧双向全桥变换电路的二次端并接后，再串接所述直流滤波电感。另一方面，本专利技术提供一种有源三次谐波注入的V2G变换器的控制方法，包括：获取开关通断控制规则，根据所述开关通断控制规则，控制调节整流逆变输出；获取期望三次谐波注入电流，以所述期望三次谐波注入电流为目标，控制调节三次谐波注入电流；获取电池充放电控制模式、电池恒压恒流控制模式和电池充放电电压电流参考值，根据所述电池充放电控制模式、所述电池恒压恒流控制模式、所述电池充放电电压电流参考值和实际电池电压电流，控制调节所述变换器的载波信号移相角，以调节所述变换器的基波传输功率。其中，所述获取开关通断控制规则，根据所述开关通断控制规则，控制调节整流逆变输出具体包括：判断获取所述变换器所处扇区；根据所述所处扇区及扇区与开关通断控制规则对应关系确定开关通断控制规则；根据所述开关通断控制规则，通过控制交流侧三相桥式整流电路中整流开关和中间准三次谐波注入电路中双向开关的通断组合，调节整流逆变输出。其中，所述获取期望三次谐波注入电流，以所述期望三次谐波注入电流为目标，控制调节三次谐波注入电流具体包括：根据电网的无功功率需求、所述变换器输入侧的实际无功功率和给定调节模型，获取所述变换器输入侧无功电流参考幅值；根据所述无功电流参考幅值、所述变换器输入侧的电压幅值和所述变换器输入侧的实际有功功率，计算获取所述期望三次谐波注入电流；根据所述期望三次谐波注入电流，通过控制所述中间准三次谐波注入电路中两个IGBT开关管，调节三次谐波注入电流，以跟随所述期望三次谐波注入电流。其中，所述获取电池充放电控制模式、电池恒压恒流控制模式和电池充放电电压电流参考值，根据所述电池充放电控制模式、所述电池恒压恒流控制模式、所述电池充放电电压电流参考值和实际电池电压电流，控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有源三次谐波注入的V2G变换器，其特征在于，包括：交流侧三相桥式整流电路、中间准三次谐波注入电路和直流侧双向全桥变换电路；所述交流侧三相桥式整流电路的交流端与所述中间准三次谐波注入电路的交流端并接后作为所述变换器的交流输入端，所述交流侧三相桥式整流电路的直流端与所述中间准三次谐波注入电路的直流端并接后接入所述直流侧双向全桥变换电路的一次端，所述直流侧双向全桥变换电路的二次端作为所述变换器的直流输出端；所述交流侧三相桥式整流电路用于将所述交流端输入的交流电整流成直流电，或者用于将所述直流端输入的直流电逆变成三相交流电；所述中间准三次谐波注入电路用于注入三次谐波补偿电流；所述直流侧双向全桥变换电路用于对所述一次端的输入或者所述二次端的输入进行电压等级变换。

【技术特征摘要】
1.一种有源三次谐波注入的V2G变换器，其特征在于，包括：交流侧三相桥式整流电路、中间准三次谐波注入电路和直流侧双向全桥变换电路；所述交流侧三相桥式整流电路的交流端与所述中间准三次谐波注入电路的交流端并接后作为所述变换器的交流输入端，所述交流侧三相桥式整流电路的直流端与所述中间准三次谐波注入电路的直流端并接后接入所述直流侧双向全桥变换电路的一次端，所述直流侧双向全桥变换电路的二次端作为所述变换器的直流输出端；所述交流侧三相桥式整流电路用于将所述交流端输入的交流电整流成直流电，或者用于将所述直流端输入的直流电逆变成三相交流电；所述中间准三次谐波注入电路用于注入三次谐波补偿电流；所述直流侧双向全桥变换电路用于对所述一次端的输入或者所述二次端的输入进行电压等级变换。2.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述中间准三次谐波注入电路包括：三个双向开关、两个IGBT开关管以及一个三次谐波注入电感；所述三个双向开关的同一端分别接入三相输入电源的各相，所述三个双向开关的另一端连接所述三次谐波注入电感的一端；所述两个IGBT开关管串接后并入中间直流母线的两极之间，所述两个IGBT开关管串接的中点连接所述三次谐波注入电感的另一端。3.根据权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述直流侧双向全桥变换电路包括：一次端全桥、二次端全桥、高频变压器和内电感；所述一次端全桥的直流端连接所述交流侧三相桥式整流电路的直流端，所述内电感与所述高频变压器的一次边串接后接入所述一次端全桥的交流端，所述高频变压器的二次边连接所述二次端全桥的交流端，所述二次端全桥的直流端作为所述直流输出端。4.根据权利要求3所述的变换器，其特征在于：所述一次端全桥包括四个一次桥臂开关，所述四个一次桥臂开关两两串联后并联接入中间直流母线的两极之间；所述内电感串联接入所述高频变压器一次边的串联电路两端分别连接所述四个一次桥臂开关两两串联的两个串联电路的中点；所述二次端全桥包括四个二次桥臂开关，所述四个二次桥臂开关两两串联后再并联连接，所述并联连接电路的两端作为所述变换器的所述直流输出端；所述四个二次桥臂开关两两串联的两个串联电路中点分别连接所述高频变压器二次边的两端。5.根据权利要求1至4中任一所述的变换器，其特征在于，所述变换器还包括：交流侧滤波电路和/或直流侧滤波电路；所述交流侧滤波电路包括三个交流滤波电感和三个交流滤波电容，所述三个交流滤波电感的同一端分别与所述三个交流滤波电容的同一端并接后，再分别连接所述交流侧三相桥式整流电路的交流端，所述三个交流滤波电感的另一端作为变换器的交流输入端，所述三个交流滤波电容的另一端并接在一起；所述直流侧滤波电路包括直流滤波电容和直流滤波电感，所述直流滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，粟梅，孙尧，刘福临，赵梓亦，韩华，杨建，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43