[发明专利]用于电动汽车充电机的多旋转坐标锁相环及控制方法

说明书

本发明涉及一种用于电动汽车充电机的多旋转坐标锁相环及控制方法。它采用新型的滤波结构，这种滤波结构能够快速滤除电网电压中的任意次谐波分量，有效避免了电网电压非正序基波分量对数字锁相环输出角频率和相位信息的影响；在计算电网电压角频率和相位信息方面，它采用了全新的设计，可以近乎无延时地输出电网电压角频率和相位信息，极大地提高了整个数字锁相环的锁相速度与锁相精度。本发明用于电动汽车充电机的多旋转坐标锁相环及控制方法锁相速度快、精度高，适用于各种电网电压环境下的电动汽车直流充电机，适合在各种涉及PFC控制的电力电子领域使用。

技术领域

本专利属于一种应用于电动汽车充电机的多旋转坐标锁相环及控制方法。使用该新型数字锁相环技术的电动汽车直流充电机，其网侧电流谐波含量THD更低、网侧功率因数更高、系统的动态响应速度更快，且能够让直流电动汽车充电机适应多种复杂的电网环境。

背景技术

随着不可再生能源的不断减少，推动新能源的快速发展已经成为当务之急，在汽车工业中，电动汽车应运而生，它作为一种发展前景广阔的绿色交通工具，今后的普及速度会异常迅猛，未来的市场前景也是异常巨大的。而作为电动汽车的重要配套设施，电动汽车直流充电机越来越受到社会和国家的高度重视。

电动汽车充电装置总体可以分为车载充电装置和非车载充电装置。车载充电装置指安装在电动汽车上的采用地面交流电网和车载电源对电池组进行充电的装置，包括车载充电机、车载充电发电机组和运行能量回收充电装置，将一根带插头的交流动力电缆线直接插到电动汽车的充电插座中给蓄电池充电。车载充电装置通常使用结构简单、控制方便的接触式充电器，也可以是感应充电器。它完全按照车载蓄电池的种类进行设计，针对性较强。非车载充电装置，即地面充电装置，主要包括专用充电机、专用充电站、通用充电机、公共场所用充电站等，它可以满足各种电池的各种充电方式。非车载充电装置相当于汽车加油站，它给任何一辆需要充电的电动汽车提供充电服务。

对任何车载充电机和非车载充电机，从三相电网取电并进行PFC功率因数校正，提供稳定的直流电压源都是非常重要的环节，这一环节直接关系到网侧电能质量、功率因数、整机效率、发热量、安全和可靠性等。而数字锁相环计算出的三相电网电压的相位和频率信息对三相PFC部分的实际效果有最直接、最重要的影响。

目前市场上的电动汽车直流充电机的PFC部分往往都是采用最普遍的基于单同步旋转坐标系的三相软件锁相环(SRF-PLL)或者是最基本的过零锁相环来实现对三相电网电压相位和频率的捕获，这些锁相环难以抑制电网电压信号中的直流偏置、谐波等干扰的影响，造成输出的相位和频率精度不高，导致网侧电流谐波THD大、功率因数低、效率不高，最终影响直流电动汽车充电机PFC部分的实际性能。更重要的是，常用的软件锁相环比如基于单同步旋转坐标系的三相软件锁相环(SRF-PLL)或者是最基本的过零锁相环，在处于恶劣的电网电压环境中时，无法确保有效抑制电网谐波、直流偏置和负序基波分量的同时，保持快速的动态响应速度，这使得整个电动汽车直流充电机的网侧电流在电网电压受到污染时，不能既快速又高精度地输出三相电网电压正序基波分量的相位，从而降低了网侧电流质量，极大地提高了网侧电流的谐波含量THD，影响了电动汽车直流充电机的正常工作和使用范围。

应用于三相PFC部分的数字锁相环技术这些年已有了长足的发展，但随着新能源新设备的出现，仍有不少问题需进一步研究解决，特别是适合于电动汽车直流充电机的三相软件锁相环技术急需研究开发。

发明内容

本发明的目的是提供一种专门用于电动汽车充电机的多旋转坐标锁相环及控制方法。该新型三相数字锁相环技术基于多旋转坐标系滤波的多坐标变换滤波模块组，能够快速精确地输出电网电压的角频率和相位信息，运用这种基于新型滤波模块的三相数字锁相环可以使直流汽车充电机的网侧电流谐波含量THD更低、网侧功率因数更高、系统的暂态响应速度更快，且能够让直流电动汽车充电机适应多种复杂的电网环境。

为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案是：