電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)是汽車(chē)行業(yè)的未來(lái),，電池和快速充電系統(tǒng)的不斷快速發(fā)展,。在不犧牲充電時(shí)間的情況下，研發(fā)工作正在進(jìn)行中,，以確保電池的尺寸更小，并且在充電時(shí)間內(nèi)的功耗最小,。

太陽(yáng)能光伏,、風(fēng)力渦輪機(jī)和儲(chǔ)能系統(tǒng)具有三相逆變器，用作主動(dòng)配電網(wǎng)絡(luò)和分布式能源 (DER) 之間的接口,。如今,，帶有更緊湊固態(tài)變壓器 (SST) 的傳統(tǒng)笨重變壓器也需要三相逆變器來(lái)為負(fù)載供電。DER和SST給不平衡負(fù)載供電時(shí),，通常需要三相四線逆變器,，為負(fù)載的零序電流提供額外的通路。

與傳統(tǒng)電動(dòng)汽車(chē)充電器相比,，碳化硅半導(dǎo)體器件的技術(shù)由于具有各種優(yōu)勢(shì)而具有優(yōu)勢(shì),。傳統(tǒng)上,，50千瓦的電動(dòng)汽車(chē)充電器有一個(gè)重1000公斤的配電變壓器和一個(gè)重200至600公斤的單獨(dú)充電單元。此外,，該重量(變壓器和充電系統(tǒng))需要安裝在混凝土板上,。每個(gè)模塊由一個(gè)三級(jí)升壓PFC級(jí)和1600v到400v的隔離直流/DC級(jí)組成。這些模塊被設(shè)計(jì)為是可堆疊的,，并支持高達(dá)450 kW和未來(lái)的800 V的電動(dòng)汽車(chē),。

與傳統(tǒng)充電器相比，使用碳化硅,，50千瓦充電器重量只有100公斤,，可以安裝在墻上，使用相同的系統(tǒng)占用提供約4×的電力,，降低了安裝成本,。

控制設(shè)計(jì)

顯示了三相四線制逆變器的控制策略。第一部分顯示了建議的中性點(diǎn)支腿,，第二部分顯示了三相四線制逆變器的閉環(huán)控制,。

提出的中性腿只需要兩個(gè)額外的控制器：功率解耦控制器GR2(s)，用于解耦二階母線的波紋,，以及諧波補(bǔ)償器(HC),，用于補(bǔ)償負(fù)載電流中的諧波。下一節(jié)解釋了基于sic的中性腿的控制,。

控制建議的中性支腿

中性腿控制中存在中性電流控制器和功率解耦控制器,。

中性電流控制器

該控制器的工作原理與傳統(tǒng)中性支路的控制器類似。因此,，對(duì)于傳統(tǒng)的中性支路,，所提出的中性支路可以直接采用相同的控制器。這里,，假設(shè)中性線電流僅包含基波分量,，則應(yīng)用一個(gè)與諧振控制器并聯(lián)的簡(jiǎn)單 PI 控制器。這里,，采用低通濾波器 (LPF) 來(lái)獲取 C –的平均電壓并提取 V –的直流分量,。

這里，ωc是LPF的截止頻率,。100 Hz及以上的諧波分量應(yīng)該被濾掉,，所以ωc被設(shè)置為50 rad/s。一個(gè)PI控制器可以調(diào)節(jié)V-到Vdc/2的平均值,。由上式可知,，kp為比例增益，ki為積分增益ki,。

為了確保中性電流通過(guò)中性電感器Ln而不是電容器C-提供,，采用諧振控制器GR1(s)：

這里,，ω為基角頻率，ξ1為諧振控制器的截止頻率,，KR1為控制器的諧振增益,。所有地方的增益GR1(s)幾乎為零，但諧振頻率ω不是零,。V-將被測(cè)量為GR1(s)的反饋,，以調(diào)節(jié)其基本成分為零。

功率解耦控制器

在功率解耦控制器中應(yīng)用了另一個(gè)諧振控制器GR2(s),。

由上式可知,，ξ2定義了截止頻率，KR2是控制器的諧振增益,，GR2(s)的諧振峰為100 Hz,。直流總線電流為，GR2(s)的反饋,，二階分量控制為零,。

該中性腿可以提供中性電流，并能同時(shí)減少直流母線波紋,，中性電流控制器和功率解耦控制器同時(shí)并聯(lián),。

三相逆變器的控制

三相四線逆變器獨(dú)立工作，為不平衡負(fù)載提供平衡的三相電壓,。因此，交流電壓閉環(huán)控制采用內(nèi)環(huán)控制,。三相由比例諧振電流和電壓控制器獨(dú)立控制,。

由上式可知，K p_v 為電壓比例增益,，K p_i 為電流控制器;K R_v 為電壓諧振增益,，K R_i為電流控制器;并且ξ v 和ξ i 是截止頻率的系數(shù)。另外,，由于功率解耦控制器G R2 (s)引起的中性點(diǎn)電壓變化,，二次諧波需要電流控制器進(jìn)行補(bǔ)償。因此,，如上圖,，HC與G P R_i (s)并聯(lián)，用于補(bǔ)償100Hz處的諧波：

直流母線電壓要求

由上式可知,，Vdc_avg,，con為平均直流總線電壓，Vdc_max,，con為與常規(guī)中性腿不平衡二級(jí)功率紋波引起的最大直流總線電壓,，Ceq為等效直流總線電容,。直流電容

對(duì)于提供230 Vrms交流電壓的三相逆變器，選擇1200v半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(Si IGBTs或碳化硅MOSFETs),。因此,，直流母線電壓不應(yīng)超過(guò)1,200 V。直流母線電容必須設(shè)計(jì)為直流母線電壓不超過(guò)750 V,。

如圖第一個(gè)所示,，Cdc是放置在開(kāi)關(guān)附近的小薄膜電容器的總和，減少了電壓超調(diào)和開(kāi)關(guān)諧波,。由于Cdc的值可以忽略不計(jì)(10μF),，總線電容的主要部分是中性腿的電容。然而,，由于電容器的串聯(lián)連接,，等效的直流母線電容降低了。

· 由上式可知,，Ctotal,、pro和Ctotal分別為建議腿和常規(guī)腿所需的總電容。結(jié)論

· 與傳統(tǒng)的中性腿相比,，基于sic的中性腿提供了中性電流,，并減少了二階直流母線的波紋。利用基于SiC的中性支腿可以實(shí)現(xiàn)以下參數(shù)：

· 輸出功率：50 kW

· 輸入電壓：2400VAC

· 輸出電壓：200～500VDC

· 峰值效率：97.6%

· 功率因數(shù)：≥98

· 輸入電流THD：≤5%

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