直流快速充電器啟動方案

　　直流快速充電器可處理大量電力來為電動汽車充電。這意味著電動汽車的突然充電或放電可能會突然破壞電力系統(tǒng)。當連接多輛此類電動汽車時，情況尤其嚴重。在這種情況下，處理的功率相當大，這可能會導致閃爍。因此，為了順利應對電動汽車車隊的大功率，良好的啟動方案是必要的。

　　一種可能的解決方案是遵循電動汽車充電的坡道式啟動。斜坡式充電方式是指電動汽車的線性充電方式，與電動汽車的階梯式充電相比，它具有很多優(yōu)點。電池等儲能系統(tǒng)可以幫助緩解電能質量問題，實現平穩(wěn)發(fā)電。使用儲能系統(tǒng) 為控制器提供必要的帶寬，以實現電動汽車的斜坡式充電。電動汽車充電的電價還取決于配電系統(tǒng)運營商發(fā)出的命令。

　　鎖相環(huán)

　　稱為 PLL 塊的反饋控制系統(tǒng)負責自動調整本地生成的信號的相位以匹配輸入信號的相位。轉換器的阻抗會受到 PLL 的影響，主要是在頻率范圍較低時。當 PLL 在某些頻率下產生負電阻時，負阻尼可能會注入到電力系統(tǒng)中。負電阻還會導致電網中的諧波和間諧波增加。這是因為取決于負電阻的頻率阻尼減弱。如果不加以控制，這種情況可能會導致完全諧波不穩(wěn)定。

　　解決此現象的一個可能方法是檢查 PLL 的帶寬。建議將 PLL 的帶寬保持在幾 Hz 范圍內的低頻。因此，可以考慮 PLL 提供的負電阻。如果間諧波的頻率低于基頻的兩倍，則由于 PLL 問題，也可能會出現閃爍。因此，PLL 動態(tài)和頻率帶寬對于直流快速充電器非常重要。

　　直接電壓控制

　　DVC 環(huán)路接收直流電壓和參考直流電壓以生成參考電流信號。該信號構成了后續(xù)電流控制塊的基礎。DVC環(huán)路的帶寬也很窄，與PLL的帶寬類似。當電網條件較弱時，DVC環(huán)路的穩(wěn)定性會降低。DVC環(huán)路的穩(wěn)定性還取決于其他因素，例如電壓源轉換器的輸入功率。直流快速充電器是決定DVC環(huán)路穩(wěn)定性的另一個因素。

　　正如 PLL 所討論的，DVC 環(huán)路還為低頻范圍引入了負阻尼。因此，負阻尼會導致閃爍和諧波等問題。好的直流快速充電器應考慮 DVC 的設計，以減輕所產生的電能質量挑戰(zhàn)。DVC 環(huán)路應該能夠很好地響應較弱的電網條件，并且重要的是它可以與系統(tǒng)中的其他控制環(huán)路同步。

　　電流控制

　　CC 環(huán)路是控制器設計的，因為它輸入來自 DVC 和 PLL 環(huán)路的信號。與前兩種情況不同，CC 環(huán)路處理更高的頻率。如果PLL和CC環(huán)路之間的交互不同步，則會再次導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。通過檢查 PLL 的帶寬并將其保持在較低范圍內，可以進一步解決此問題。

　　諧振控制器也是使用 CC 環(huán)路運行的良好解決方案。當需要消除特定諧波時，諧振控制器可以實現相同的目的。電網陷入不穩(wěn)定的另一種方式是多個 CC 環(huán)路同時運行的影響。當多輛電動汽車在直流快速充電站一起充電時，多個此類變換器的并聯運行會導致電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

　　輸入濾波器

　　注入電網的紋波可以在輸入濾波器的幫助下衰減。此類紋波的開關頻率范圍為 2 kHz 至 150 kHz。輸入濾波器通常采用L型或LCL型濾波器的形式。當兩個濾波器中使用的電感相同時，可以觀察到 LCL 型濾波器的性能往往更好。但 LCL 型濾波器會產生額外的零點和極點，從系統(tǒng)穩(wěn)定性的角度來看，這成為一個令人擔憂的問題。但由于技術成熟，LCL型濾波器仍被認為是解決方案。

　　每種類型的電網的電網阻抗條件都是獨特的；因此，直流快速充電器的設計對于其所構建的特定電網來說也是獨特的。當直流快速充電器連接到具有不同電網阻抗的電網時，將會改變所采用的LC濾波器的諧振峰值。如果設計了CC環(huán)路，那么帶寬很高，仍然會因為電網阻抗的變化而導致系統(tǒng)穩(wěn)定?；环€(wěn)定風險的一種方法是采用主動阻尼方法。

　　調制器和 EMI 濾波器

　　調制器是直流快速充電器的重要組成部分，負責管理提供給電池的充電電流和電壓。這是通過調制從充電器發(fā)送到電池的信號來實現的。調制器通常會使用DC-DC轉換器來根據系統(tǒng)要求調整充電電流的電壓。此外，它可以使用脈寬調制 （PWM）或其他控制方法來調節(jié)充電電流。如果沒有正確考慮適當的 PWM 同步設計，可能會引起 2 至 150 kHz 范圍內的邊帶頻率振蕩。

　　EMI 濾波器通過阻礙或抑制充電器產生的高頻信號的傳輸來發(fā)揮其功能。這些信號通常是通過開關功率晶體管或開關用于升高或降低充電電流電壓的 DC-DC 轉換器來產生的。這兩個過程都用于升高或降低充電電流電壓。EMI 濾波器通常位于充電器的輸入端或輸出端，可以是無源濾波器，也可以是有源濾波器。

　　圖 2 總結并說明了不同的設計挑戰(zhàn)、其相關問題以及與設計挑戰(zhàn)相關的頻率范圍。

　　圖 2. 直流快速充電器設計中電能質量挑戰(zhàn)的總結。圖片由IEEE Open Journal of Power Electronics提供

　　直流快速充電器設計的要點

　　在為電動汽車充電時，直流快速充電器能夠處理大量電力。使用能量存儲系統(tǒng)為控制器提供了必要的帶寬來完成電動汽車的斜坡式充電。

　　另一個決定 DVC 環(huán)路穩(wěn)定性的因素是直流快速充電器。合適的直流快速充電器應考慮 DVC 設計，以幫助減少可能出現的電能質量問題。

　　在輸入濾波器的幫助下，泵入電網的紋波可以減小其體積。通常，輸入濾波器采用L型或LCL型濾波器的形狀。如果直流快速充電器連接到電網阻抗不同的電網，則所用 LC 濾波器的諧振峰值將會發(fā)生偏移。

　　充電器產生的高頻信號的傳輸會受到 EMI 濾波器的阻礙或抑制，從而使濾波器能夠實現其預期目的。充電器的輸入或輸出是 EMI 濾波器的典型位置，這些濾波器可以是無源的或有源的。