电动汽车充电谐波对并网型微电网的影响与抑制补偿方法研究

引 言

电动汽车（Electric Vehicle，EV）是中国的战略性新兴产业 [1]。与传统电动汽车充电方式相比，未来的电动汽车更多地处于微网环境中，尤其是在微电网的“光储充一体化” 环境下充电 [2]。在微电网环境中为电动车辆充电会产生影响系统稳定性的谐波。目前，关于微电网环境下的电动汽车充电谐波的研究大部分在离网条件下进行 [3]。由于微电网在并网模式下频率 f 和电压 V 会得到大电网的支持，因此相比离网，电网车辆在并网微电网下的运行更为常见 [4]。文献 [5] 研究了电动汽车的充电过程，并提出电动汽车充电电池充电过程中的输出功率函数关系。文献 [6] 针对离网情况下电动汽车充电产生的谐波提出了一种主要控制策略。文献 [7] 研究了电网连接模式下电动汽车充电的谐波效应。

针对上述不足，本文提出一种新的控制策略，在初级控制的基础上增加谐波补偿器，形成二次控制，将二次控制层测量并与参考值进行比较得到的差值作为补偿量反馈给初控制。

1 并网环境下电动汽车充电谐波的分析

电动车由充电器充电。充电器主要由三相桥式不可控整流电路和高频开关转换电路 [8] 组成。经整流器整流后通过过滤装置，DC 功率被供应到功率改变部分，并且在输出滤波之后，电池被充电。充电机结构如图 1 所示。滤波电容器 C之后的电路部分可以由非线性电阻器 Rc 近似代替 [9]。

由于没有控制整流电路，周期性变化的非正弦电流流过变压器的次级侧，并且电流中存在谐波分量。本文通过谐波总变差和 h 次谐波含量测量谐波的比例。h 次谐波电流含量（HRIh）和谐波电流含量 Ih 定义为 ：

根据上述公式，可以计算电流中的谐波含量。在实际系统中，非线性负载谐波特性的分析和评估一般只计算出 3 次，5 次，7 次谐波电流失真率和电流谐波总失真率。

2 并网环境下电动汽车充电谐波的治理

根据上述谐波分析，需要处理电动车辆在并网环境中充电时产生的谐波。在初级控制的基础上增加第二控制链路，PI 控制器算法用于设计谐波补偿链路，以抑制微电网中的 5 次和 7 次谐波而不影响基波电流。谐波补偿器可以表示如下 ：

式中：HD5，HD7 分别为 5 次、7 次谐波检测；HD5* 为 5 次谐波参考值；HD7* 为 7 次谐波参考值。二级控制谐波补偿器如图 2 所示。

微电网的谐波抑制二级控制流程如图 3 所示。

3 实验结果仿真

为了验证本文提出的微电网谐波抑制分层控制策略的有效性，利用 Matlab 搭建仿真模型，如图 4 所示。

仿真结果如图 5 所示。可以看出，在添加谐波补偿器后，微电网的输出电流得到显著改善。由二次控制产生的电流输出的正弦性得到保证，并且由非线性负载引起的微电网电流的总谐波失真率也显著降低，满足要求。电流谐波总畸变率如图 6 所示。

根据以上分析，当电动车辆在并网环境中充电产生谐波时，添加基于主控制的二次控制可以降低输出电流的总电流谐波失真率，进而改善系统的稳定性。

4 结 语

本文针对电动汽车在并网环境中充电产生大量谐波的问题，提出一种抑制并网谐波补偿的分层控制策略。根据对仿真情况的分析，二级控制通过补偿第 5 和第 7 谐波来抑制由电动车辆在并网环境中产生的谐波。仿真结果表明，当电动汽车在并网环境中充电时，控制策略可以抑制谐波对系统的影响，从而提高系统的稳定性。