[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

摘要

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。

主权项

1.一种用于电动汽车充电机的多旋转坐标锁相环，所述多旋转坐标锁相环包括：三相电网电压通过输入端I‑1与电力变换模块(100)相连接，电力变换模块(100)的输出端U_dc+、U_dc‑通过输出端O‑1、O‑2与电动汽车动力电池组(110)的输入端I‑2、I‑3相连接，电动汽车动力电池组(110)通过CAN与DSP主控模块(130)相连接，A/D采集模块(120)采集三相电网电压值与电流值，并将采集值送入DSP主控模块(130)，DSP主控模块输出值e_α、e_β通过输出端O‑3、O‑4与多坐标变换锁相环的多坐标变换滤波模块组(140)的输入端I‑4、I‑5相连接，多坐标变换滤波模块组(140)的输出值e_αn、e_βn通过输出端O‑5、O‑6与角频率/相位信息计算模块(150)的输入端I‑6、I‑7相连接，角频率/相位信息计算模块(150)的输出值ω、通过输出端O‑7、O‑8、O‑9与DSP主控模块(130)的输入端I‑8、I‑9、I‑10相连接，其特征在于：采用基于旋转坐标系滤波的多坐标变换滤波模块组(140)，该模块组由多个结构相同但参数不同的滤波模块串联而成，其n次滤波模块是：前一个滤波模块的输出e_αx和e_βx送入n次滤波模块的旋转坐标系运算模块n，n倍基波角频率周期定时器的输出送入旋转坐标系运算模块n和静止坐标系运算模块n；旋转坐标系运算模块n的输出e_dn和e_qn分别送入乘法器n‑A和乘法器n‑C；滤波常数n‑1的输出同时送入乘法器n‑A和乘法器n‑C，滤波常数n‑2的输出同时送入乘法器n‑B和乘法器n‑D；数据存储模块n‑1的输出y0同时送入乘法器n‑B和减法器n‑C的‑号端，数据存储模块n‑2的输出y0同时送入乘法器n‑D和减法器n‑D的‑号端；乘法器n‑A的输出送入减法器n‑A的+号端，乘法器n‑B的输出送入减法器n‑A的‑号端，乘法器n‑C的输出送入减法器n‑B的+号端，乘法器n‑D的输出送入减法器n‑B的‑号端；减法器n‑A的输出同时送入数据存储模块n‑1的y1端和减法器n‑C的+号端，减法器n‑B的输出同时送入数据存储模块n‑2的y1端和减法器n‑D的+号端；减法器n‑C的输出v_dn同时送入乘法器n‑E的一端和加法器n‑E的+号端；校正常数n同时送入乘法器n‑E的另一端和乘法器n‑F的一端，减法器n‑D的输出v_qn同时送入乘法器n‑F的另一端和减法器n‑F的+号端；乘法器n‑E的输出送入减法器n‑F的‑号端，乘法器n‑F的输出送入加法器n‑E的另外一个+号端，加法器n‑E的输出送入静止坐标系运算模块n的一端，减法器n‑F的输出送入静止坐标系运算模块n的另一端，静止坐标系运算模块n输出滤除n次谐波后的电网电压分量e_αn和e_βn；当含有n次谐波的eαx和eβx分量送入旋转坐标系运算模块n后，在n倍基波角频率周期定时器的运算角速度坐标系下，n次谐波被转换成了直流分量，通过乘法器n‑A、乘法器n‑B、乘法器n‑C、乘法器n‑D、滤波常数n‑1、滤波常数n‑2、减法器n‑A、减法器n‑B、减法器n‑C、减法器n‑D、数据存储模块n‑1和数据存储模块n‑2组合成高通滤波器，滤除以直流分量形式存在的n次谐波分量，再由乘法器n‑E、乘法器n‑F、加法器n‑E、减法器n‑F和校正常数n组成相位校正环节，校正高通滤波器引起的电网电压正序基波分量的相位偏移，最后通过静止坐标系运算模块n将旋转坐标系下的电网电压信号还原回静止坐标系下的信号，方便后级运算，其中，n次滤波模块的常数选择公式如下：滤波常数n‑1＝2/(2+k*Ts*ω)；滤波常数n‑2＝(k*Ts*ω‑2)/(2+k*Ts*ω)；校正常数n＝k/(1‑n)；其中，k代表高通滤波系数，k越大，高通滤波抑制直流分量的程度越强，一般取值0.1～0.2；Ts代表DSP主控模块(130)的离散时间；ω代表三相电网电压基波角频率，一般为314rad/s；n代表谐波次数；由于整个滤波部分没有采用延时环节且高通滤波器对直流分量的衰减极大，所以这种基于旋转坐标系的滤波模块滤波速度更快且谐波抑制效果更彻底；所述eα、eβ表示静止坐标系下的电网电压分量信号；所述eαn、eβn表示滤除n次谐波后的电网电压分量信号；所述eαx和eβx表示静止坐标系下的含有n次谐波的电网电压分量信号；所述edn和eqn表示不含干扰信号的电网电压正序基波分量。