[发明专利]基于电机绕组漏感的电感储能型有源滤波器及方法

说明书

本发明公开了一种基于电机绕组漏感的电感储能型有源滤波器及方法，该有源滤波器应用于电动汽车一体化充电系统，达到抑制直流侧母线的二次脉动电压，拓扑结构包括：三个共直流母线的H桥、以及带中心抽头的三相双层绕组电机；两个H桥输入并联，输出并联，并以三相双层电机绕组中的L_A、L_A’和L_B、L_B’的漏感作为滤波电感，使得两个H桥共同工作在单相PWM整流模式下；第三个H桥以及电机绕组中的L_C和L_C’的漏感构成了以电感作为储能元件的有源滤波器，从而抑制二次纹波电压。方法包括：给出三相异步电机定子绕组的结构及连接方式，获取带中心抽头绕组工作在不同模式下的电流流通路径和所产生的磁动势；用具有能量可双向流动的直流变换器实现对二次脉动能量的吸收和释放；通过电感电流补偿控制有效的减小二次纹波电压。

技术领域

本发明涉及电力电子技术的拓扑及控制技术领域，尤其涉及一种基于电机绕组漏感的电感储能型有源滤波器及方法。

背景技术

能源是全球经济发展和人类日常生活的基础，但随着经济的高速增长和社会的快速发展，对能源的需求和消耗越来越大。与此同时，世界人均汽车拥有量在不断增加。目前的汽车仍然以化石燃料为主要的能量来源，而过度地使用化石能源带来的环境问题也愈加严重。新能源汽车以可再生能源为动力源，可实现清洁无污染运行，被认为是有效缓解能源危机和环境污染的新型交通运输方式之一。随着科技的发展，电动汽车充电系统趋于高度的智能化和一体化。其中一体化充电技术越来越受到人们的关注。在电动汽车一体化充电系统中，主要的充电方式分为三相快速充电和单相慢速充电。对于大多数家庭用电动汽车，多采用单相慢速充电，这样能有效保护电池，延长电池使用寿命。

为给高压动力电池提供可控的电压、电流进行充电，且保证输入电流功率因数可控，以及能量可实现双向流动，目前多采用单相PWM(脉冲宽度调制)整流技术。然而正弦交变的电流和电网电压共同作用产生了两倍频于电网电压频率的脉动无功功率，且其峰值与电网提供的有功功率峰值相等。对于电动汽车充电系统而言，二次脉动电流对于车用高压电池以及低压蓄电池充电来说是极其不利的，它会造成电池充电过度发热和温升提高，从而缩短了电池的使用寿命。一般情况下，蓄电池电流的电流纹波需要小于其额定电流的10％。因此在一体化充电系统中，减小单相PWM整流充电系统直流侧二次纹波电压具有重要的研究意义

目前减小直流纹波电压纹波的方法主要有两种：无源滤波和有源滤波。

无源滤波是在直流母线侧并联容值较大的电容或者LC谐振电路来抑制二次纹波电压。前一种方法简单有效，但限制了功率变换器的整体功率密度。后者在一定程度上提高了功率密度，但是对参数偏移比较敏感，选择不适当的参数会导致系统的谐振，以及在直流侧支撑电容和LC谐振电路之间产生较大的二次谐波电流。

在抑制二次电压纹波的同时，为了尽可能使单相PWM整流系统获得更高的功率密度，许多学者提出了有源滤波器(AF)的方法。有源滤波器的种类很多，从连接方式上可分为交流侧AF和直流侧AF；从能量存储单元上又可分为电容储能型AF和电感储能型AF。对于直流侧AF，一般是在单相PWM整流器的直流侧并联带能量储存单元的双向直流变换器。与无源滤波中在直流侧并联LC谐振电路所不同的是，直流侧AF方法一般是通过双向直流变换器与直流母线相连，即使直流变换器的电容电压或电感电流大范围脉动也不会对直流母线造成影响。当采用无源器件作为储能单元时，电容相比于电感储能密度较高；但电感铁芯的磁导率比电容的介电常数大，因此在储存能量时比较容易实现。

但上述方法都需要外加双向直流变换器及相应的储能元件，集成度不高。因此为了节约成本和实现高度集成化，需要提出一种基于车载一体化单相整流充电系统的二次纹波电压抑制方法，使其适用于新能源电动汽车。

发明内容