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摘 要

：交流充电桩是电动汽车充电设备中的主要设施之一，国家电网现行标准中只规定了交流充电桩的功能，但没有考虑车载式充电器的谐波对电网的影响。鉴于目前交流充电桩不能有效抑制车载式充电器产生的谐波，提出了将有源电力滤波技术应用于交流充电桩的设计中，通过采用并联型有源滤波电路，运用比例积分控制与重复控制相结合的复合控制方法，有效地抑制了车载式充电器产生的谐波，这不仅提高了电网侧电能的质量，还减少了谐波对电能计量与计费系统的影响，维持充电通信系统的稳定性。

关键词：交流充电桩；并联型有源滤波电路；比例积分控制；重复控制；复合控制

Abstract: Electric vehicle AC charging spots are the most common charging infrastructures. To overcome the disadvantages that harmonics of on-board charger directly interferes with power grids, the active power filter was applied to the AC charge spots, by which can construct more perfect new AC charge spots. Complex control method that traditional PI control is combined with the repetitive control can effectively restrain the effects of harmonics of AC charge spots on the power grids and energy metering and billing system, and maintain the stability of the charging communication system.

Key words: active power filter; PI control; repetitive control; complex controller; AC charge spots

目 录

1引言 4

2交流充电桩简介 4

2.1 交流充电桩的结构 4

2.2 交流充电桩存在的问题 5

3谐波相关知识 6

3.1谐波的产生 6

3.2谐波的抑制 6

4有源滤波器在交流充电桩中的应用 8

4.1具有有源滤波器的交流冲充电桩的电路结构 8

4.2 具有有源滤波器的交流充电桩的工作原理 9

4.3具有有源滤波器的交流充电桩的控制系统 9

4.3.1控制系统的组成 9

4.3.2控制系统的原理 10

4.3.3复合控制器 12

5总结 15

参考文献 16

致谢 17

1 引言

近年来,能源紧缺、环境污染等问题越来越突出,绿色节能交通工具电动汽车的出现，为解决能源问题，推动人与自然和谐发展等方面提供了重要的机遇，它将成为推动交通发展模式转变的重要工具，将成为当今汽车发展的主流方向，将会是新世纪最具潜力的交通方式。

电动汽车的能源供给装置主要包括直流充电机和交流充电桩两种形式，对于电动汽车产业来说是不可缺少的基础设备。直流充电机的功率为100kW左右，比较大，但是充电时间不够长，而且占据的空间较大，一般安装在固定的电动汽车充电站内。而交流充电桩可以直接提供交流市电，利用车载式充电器将交流电转换为直流电，为电动汽车供能。交流充电桩为220V单相供电，功率为10kW左右，不够大，单台容量较小、体积不大、占地不多、充电时间较长，可以安装在小区的停车场，便于广泛地布置在城市的各个角落。

从交流充电桩现行的标准和实际的技术水平看，目前的充电桩大都具备较为完备的计量计费功能、强大的监控能力、良好的通信能力和基本的供电功能，但大部分都没有考虑到对车载充电器的谐波进行有效地治理。因此，本文提出在充电桩的设计中添加有源滤波技术，采用比例积分控制与重复控制相结合的复合控制，研制具有滤波功能的交流充电桩，对车载式充电器产生的谐波进行抑制。具有滤波功能的交流充电桩，不仅能够提高电网侧电能的质量，还可以降低谐波对电能计量及计费系统的干扰，保证充电系统的可靠性与安全性。

2交流充电桩简介

2.1交流充电桩的结构

图 1 交流充电桩主板框图

交流充电桩通过标准的充电接口，利用传导式充电方式为车载式充电器提供电源，其主电路结构主要包括微控制电路、VA信号调理电路、电源电路、外围人机交互接口电路以及用于与后台管理系统通信的CAN总线接口电路，如图1所示，系统可以实现基本功能有电能计量及计费、通信、控制等。

上述系统的基本原理为：电网的单相交流电压通过交流充电桩主板上电源电路，给控制芯片提供 3.3V的电压，同时该交流电压信号经过电压和电流信号调理电路，电网VA信号经过调整后，成为电能计量芯片相应引脚能够传输的信号，模拟的VA信号经过电能计量芯片的采集，再经过系统内部的22位模数转换器电压信号的数字化转换，内部专用电能计算系统与微控制器对数字化后的信号进行处理，最终实现电能精确计量及计费。读卡设备、触摸设备、微型打印设备等外设共同构成人机交互界面，实现用户与交流充电桩之间的友好信息交流。CAN总线用于后台管理系统与交流充电桩二者之间的通信，便于后台管理系统对充电桩上传的数据进行分析、处理、存储和管理。

2.2交流充电桩存在的问题

电动汽车在将来技术和社会背景下逐步得到普及，但是其充电运行时间过长，汽车电池运行寿命过短，另外，多次使用不可避免的将会引起电池的损耗，充电完成后的电动汽车，其行驶里程数会逐渐降低。所以，必须建立足够的电动汽车充电站，使得电动汽车电量补充的需要得到满足。

电动汽车直流充电机（包括车载式充电器）实际上是采用电力电子技术的开关电源，在日常使用过程中不可避免地产生无功电流和谐波，影响电网的电能质量。对电网来说，随着交流充电桩的逐渐增多，车载充电器将成为一个个谐波源，影响电力系统的稳定性和电能质量。除此之外，谐波的危害主要有 ：

1.在电能计量系统中，将谐波电流作为有功电流计入电量，使用户支付多余电费。

2.对计算机等电子设备，高谐波会使控制设备出现故障，导致运算中断或操作中止。

3.增大变压器的铜耗和杂散损耗，由谐波产生更多的铁耗，使变压器升温，其次谐波将会加大变压器噪音。

4.增加电力电缆上产生的线损。

5.导致继电保护装置误动，如断路器非正常断开。电网中存在谐波会使得电子保护式低压断路器的固态跳脱装置不正常跳闸。

6.对电机，系统中的谐波利用磁场影响使电机产生振动，如果电机的励磁频率与其振动频率相同则会产生共振现象，在电机内产生过高的机械力，对电机造成破坏。

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