CN112428864A - 智能识别电网质量并自适应的控制方法及车载obc功率传输架构 - Google Patents

智能识别电网质量并自适应的控制方法及车载obc功率传输架构 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种智能识别电网质量并自适应的控制方法及车载OBC功率传输架构，所述智能识别电网质量并自适应的控制方法，包括：采样与电网连接的车载OBC功率传输架构中前级PFC电路的电气参数；根据所述电气参数计算电网的电压谐波畸变率THDU；根据所述电压谐波畸变率THDU调节所述车载OBC功率传输架构的输出。与现有技术相比，本发明可以实时监控电网的质量，通过判定电网的谐波含量，从而给电网质量进行量化，然后通过量化的值，自适应的调节车载OBC功率传输架构中后级LLC电路的输出，从而适应车载充电机OBC。

Description

智能识别电网质量并自适应的控制方法及车载OBC功率传输 架构
技术领域
本发明涉及车载充电机，特别是一种智能识别电网质量并自适应的控制方法及车载OBC功率传输架构。
背景技术
随着我国国民经济和现代工业的高速发展，区域电网中的设备和负荷也日益趋向复杂化和多样化，使得区域电网电能质量问题出现了新的特征，大规模可再生能源并网是区域电网必然面对的新形势，在环境、经济等方面带来诸多益处的同时，新能源发电广泛采用的电力电子并网装置也给系统造成了严重的谐波污染，其功率波动性和随机性造成的电压波动与闪变也恶化了系统电压质量。与此同时，区域电网中电气化铁路、大容量高电压冶金设备等大功率冲击性、非线性和波动性负荷的普遍应用，也造成了区域电网严重的谐波畸变、三相不平衡、电压偏低等电能质量问题。
从工作原理来分，区域电网谐波源主要包括：(1)铁磁饱和型。铁磁饱和型谐波源主要有变压器、电抗器等含有铁芯的电气设备。这些谐波源非饱和及稳定运行情况下产生的谐波电流含量相对较低；(2)电子开关型。主要为各种交直流换流装置，如整流器和逆变器等，广泛应用于冶金、化工、铁路等行业，典型的如电力机车、变频器、中频炉、直流输电和家用电器等。此类谐波源在目前区域电网分布最广且数量最多；(3) 电弧型。主要指各种炼钢用设备、金属熔化设备和电焊机等。值得注意的是，电弧炉是一种冲击性、不对称、时变和非线性负荷，不仅是系统中另一种主要的谐波源，还是引起三相不平衡及电压波动和闪变的来源。
对于低电压等级电气设备或小型低电压等级的非线性负载，参考国家标准GB/Z17625.1-1998（类似于 IEC 61000-3-2：1995），若设备符合该标准的适用范围且每相输入电流≤16A，谐波电流小于该标准规定的谐波电流限值，即可直接接入电网，可以省略评估该设备或负载产生的谐波对电网的影响，该条标准的执行一般由产品生产商负责把关。而且明确输入电流小于16A，如果电流大于16A，并不在此标准要求的范围内，这也就为部分大型的用电设备，非阻性，例如感性或者容性，容易造成谐波污染的设备，有一定机会搭载在电网上。
而再考虑到OBC是随着整车的行驶，有很大可能进入到电网质量较差的地区，或者运行使用电网中，局部时间产生了高次谐波，从而导致了局部时间，电网质量较差。
目前在较差的电网质量下，OBC的长期运行存在一定的失效风险，例如电压的尖峰电压过高，导致输入有源功率校正电路（APFC）出现局部器件过热，从而产生质量风险。因此，如何避免OBC在这样恶劣的环境中，可靠性得以保证，一般来讲有几种常规做法：
一、通过冗余设计来保证，例如使用耐压更高的器件，耐电流更大的器件等；
二、通过更加敏感的保护，一旦触发，便重新启动甚至关闭输出；
三、通过器件本身的耐受能力，去硬抗此异常电网。
可见，第一种方法，无疑会增加硬件设计的成本，导致物料成本上升，产品竞争力下降；第二种方法，产品的适用性下降，导致OBC在部分区域或时段，发生电网质量下降时，反复出现“打嗝”现象，虽然保护了OBC，但是却让用户没有享受到充电的服务，因而有可能导致客诉；第三种方法，假设电网质量一直得不到有效改善，器件将可能受损直至损坏，同样带来了损失。
因此，如何设计一种智能识别电网质量并自适应的控制方法及车载OBC功率传输架构，能够解决电网质量较差损坏车载OBC的问题是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中电网质量较差时，损坏车载OBC的问题，本发明提出了一种智能识别电网质量并自适应的控制方法及车载OBC功率传输架构。
本发明的技术方案为，提出了一种智能识别电网质量并自适应的控制方法，包括：
采样与电网连接的车载OBC功率传输架构中前级PFC电路的电气参数；
根据所述电气参数计算电网的电压谐波畸变率THDU；
根据所述电压谐波畸变率THDU调节所述车载OBC功率传输架构的输出。
进一步，所述采样与电网连接的车载OBC功率传输架构中前级PFC电路的电气参数包括：
在所述车载OBC功率传输架构中断时读取一次电气参数，并记录；
判断记录次数是否大于或等于预设次数，若是，则对所述记录次数清零，置位采样完成标志；
若否，则完成当次采样，并继续执行采样步骤。
进一步，所述根据电气参数计算电网的电压谐波畸变率THDU包括：
判断采样完成标志是否置位，若是，则对所有记录的电气参数进行FFT（快
速傅里叶变换）运算，得到各次谐波含量，从而得出电压谐波畸变率THDU，并清除采样完成标志；
若否，则完成当次计算。
进一步，根据所述电压谐波畸变率THDU调节车载OBC功率传输架构的输出包括：
判断所述电压谐波畸变率THDU是否小于第一预设值，若是，则判定所述电
压谐波畸变率THDU在正常范围，控制所述车载OBC功率传输架构中后级LLC电路正常运行；
若否，则判定所述电压谐波畸变率THDU异常，并进行相应调节。
进一步，判定所述电压谐波畸变率THDU异常，并进行相应调节包括：
判断所述电压谐波畸变率THDU是否小于第二预设值，若是，则判定所述电压谐波畸变率THDU处于允许范围，并对所述后级LLC电路进行降额运行；
若否，则判定所述电压谐波畸变率THDU超出允许范围，关机所述车载OBC功率传输架构，并报所述电网故障。
进一步，所述第一预设值为10%，所述第二预设值为30%。
进一步，采样与电网连接的车载OBC功率传输架构中前级PFC电路的电气参数以及根据所述电气参数计算电网的电压谐波畸变率THDU，通过设于所述车载OBC功率传输架构中的原边DSP执行；
根据所述电压谐波畸变率THDU调节所述车载OBC功率传输架构的输出，通过设于所述车载OBC功率传输架构中的副边DSP执行。
本发明还提出了一种车载OBC功率传输架构，包括与电网输出连接的前级PFC电路、以及与所述PFC电路连接的后级LLC电路，还包括DSP模块，所述DSP模块采集所述前级PFC电路的电气参数，根据所述电气参数计算电压谐波畸变率THDU，并根据所述电压谐波畸变率THDU调节所述后级LLC电路的输出。
进一步，所述DSP模块包括原边DSP和副边DSP，所述原边DSP采集所述前级PFC电路的电气参数，根据所述电气参数计算电压谐波畸变率THDU，并生成控制指令发送给所述副边DSP，所述副边DSP接收所述控制指令后调节所述后级LLC电路的输出。
进一步，所述原边DSP与副边DSP通过SCI通讯传输控制指令。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
此方法可以实时监控电网的质量，通过判定电网的谐波含量，从而给电网质量进行量化，然后通过量化的值，进行“自适应”调节，在提高电网质量的同时，不影响用户的体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术车载OBC功率传输架构的示意图；
图2为本发明车载OBC功率传输架构的结构示意图；
图3为本发明车载OBC功率传输架构的工作原理示意图；
图4为本发明电气参数采样的流程图；
图5为本发明电压谐波畸变率THDU计算的流程图；
图6为本发明根据电压谐波畸变率THDU调节的逻辑图；
图7为本发明另一实施例车载OBC功率传输架构的示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。
下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。
本发明提出了一种智能识别电网质量并自适应的控制方法，包括采样与电网连接的车载OBC功率传输架构中前级PFC电路的电气参数；根据电气参数计算电网的电压谐波畸变率THDU；根据电压谐波畸变率THDU调节车载OBC功率传输架构的输出。
请参见图1和图2，现有技术中，车载OBC功率传输架构包括前级PFC电路和后级LLC电路，分别用于功率校正和DC-DC转换，本发明提出了一种车载OBC功率传输架构，其在现有技术的车载OBC功率传输架构中设置了一个原边DSP和副边DSP，其原边DSP(CONTROLLER_PFC)实现对前级PFC的控制，包括对AC输入电压、电流和PFC母线电压的采样，对PFC开关管Q1-Q4的PWM控制及相关保护逻辑和与后级DSP的SCI通信。副边DSP(CONTROLLER_LLC)实现对后级LLC的控制，包括对LLC输出电压、电流的采样，对LLC开关管Q5-Q12的PWM控制及相关保护逻辑和与前级DSP的SCI通信。
请参见图2和图3，其原边DSP负责检测、计算、判断和数据记录，副边DSP负责执行，具体的，其原边DSP连接到交流输入的零线和火线上，通过AD采样得到前级DSP输入电压的瞬时值Vac=|V_L - V_N|，并将该数据传入到缓存缓存Vac[ ]中，对数据进行FFT运算（快速傅里叶变换），根据得到的电压谐波畸变率THDU判断如何控制车载OBC功率传输架构的输出，并生成控制指令，并通过SCI通信传输给副边DSP，副边DSP接收到该控制信号后，对车载OBC功率传输架构中的LLC电路进行相应控制（正常工作、按指定系数降额、保护关机等）。其中，原级DSP还负责数据记录，当计算得到的电压谐波畸变率THDU过高，判定为故障时，记录此次数据用作后期的数据读取和分析。
请参见图4，其采样电气参数的方法包括：在车载OBC功率传输架构中断时读取一次电气参数，并记录到缓存Vac[n ]中；判断记录次数n是否大于或等于预设次数，若记录次数n大于或等于预设次数，则对记录次数n清零，完成采样，并置位采样完成标志；若记录次数n小于预设次数，则完成当次采样，继续执行采样步骤。
这里图4为单次采样的流程图，其记录次数n为第n次采样，当记录次数n小于预设次数时，完成当前次采样，并令n=n+1，再次执行采样。如n=5时为第五次采样，当其小于预设次数时，完成当次采样后，在下一次中断中继续采样，此时记录次数n=5+1。若其大于预设次数，则将记录次数n清零，置位采样完成标志，不再继续采样，具体的，在本实施例中，预设次数为1024。
请参见图5，电压谐波畸变率THDU的计算流程为，当采样完成标志置位后，对缓存Vac[ ]中的数据进行FFT（快速傅里叶变化）运算，得到各次谐波含量，从而得到电压谐波畸变率THDU，并清除采样完成标志。这里缓存Vac[ ]中包括有缓存Vac[1 ]至缓存Vac[ 1024]中储存的电气参数，采样完成后，原边DSP对该1024个数据进行FFT（快速傅里叶变换）运算得到电压谐波畸变率THDU。其中，原边DSP采集的电气参数为前级PFC输入电压的瞬时值，由于前级PFC连接到电网输出，故前级PFC输入电压瞬时值即电网输出的电压值Vac=|V_L -V_N|，其电压谐波畸变率的计算公式为
Figure 487759DEST_PATH_IMAGE001
其中，Un为第n次输入电压瞬时值的有效值，U1为基波电压的有效值。
请参见图6，根据电压谐波畸变率THDU对后级LLC控制的方法包括：判断电压谐波畸变率THDU是否小于第一预设值，若电压谐波畸变率THDU小于第一预设值，则判定电压谐波畸变率THDU在正常范围，控制后级LLC正常运行；若电压谐波畸变率THDU大于第一预设值，则判定电压谐波畸变率THDU异常，并判断电压谐波畸变率THDU是否小于第二预设值，若电压谐波畸变率THDU小于第二预设值，则判定电压谐波畸变率THDU在允许范围内，并对后级LLC电路降额运行，其降额系数与电压谐波畸变率THDU成反比；若电压谐波畸变率THDU大于第二预设值，则判定电压谐波畸变率THDU超出允许范围，报电网故障并关机车载OBC功率传输架构，记录故障信息并保存当前电压谐波畸变率THDU信息和当前缓存Vac[ ]中的数据用于后期的数据读取和分析，在本实施例中，第一预设值为10%，第二预设值为30%。
这里，只有当电压谐波畸变率小于第一预设值10%时才判定其处于正常范围，当其大于第一预设值10%时均判定为异常，需要进行调节，当超出第二预设值30%时，判定其超出允许范围，需要进行停机维修。
综上，本发明的工作原理为，设置两个DSP，其中原级DSP连接到交流输入，用于采集前级PFC电路的电压输入瞬时值，并存入到缓存Vac[ ]中，当记录次数达到1024次时，记采样完成，并置位采样完成标志，采样完成后原级DSP计算电压谐波畸变率THDU，并清除采样完成标志，得出电压谐波畸变率THDU后，原级DSP根据电压谐波畸变率THDU生成控制指令，并通过SCI通讯将该控制指令发送给副边DSP，副边DSP根据控制指令对后级LLC电路进行控制。
本发明还提出了一种车载OBC功率传输架构，其包括与电网输出连接的前级PFC电路、以及与PFC电路连接的后级LLC电路，还包括DSP模块，DSP模块采集前级PFC电路的电气参数，根据电气参数计算电压谐波畸变率THDU，并根据电压谐波畸变率THDU调节后级LLC电路的输出。
其中，DSP模块包括原边DSP和副边DSP，原边DSP采集前级PFC电路的电气参数，根据电气参数计算电压谐波畸变率THDU，并生成控制指令发送给副边DSP，副边DSP接收控制指令后调节后级LLC电路的输出。其中原边DSP与副边DSP通过SCI通讯传输控制指令。
请参见图7，在本发明的另一实施例中，其DSP模块还可采用一个MUC，将上述步骤集中在一个MUC中，并通过该MUC执行相应控制。
以上的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。

Claims (10)

1.一种智能识别电网质量并自适应的控制方法，其特征在于，包括：
采样与电网连接的车载OBC功率传输架构中前级PFC电路的电气参数；
根据所述电气参数计算电网的电压谐波畸变率THDU；
根据所述电压谐波畸变率THDU调节所述车载OBC功率传输架构的输出。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述采样与电网连接的车载OBC功率传输架构中前级PFC电路的电气参数包括：
在所述车载OBC功率传输架构中断时读取一次电气参数，并记录；
判断记录次数是否大于或等于预设次数，若是，则对所述记录次数清零，置位采样完成标志；
若否，则完成当次采样，并继续执行采样步骤。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据电气参数计算电网的电压谐波畸变率THDU包括：
判断采样完成标志是否置位，若是，则对所有记录的电气参数进行FFT（快
速傅里叶变换）运算，得到各次谐波含量，从而得出电压谐波畸变率THDU，并清除采样完成标志；
若否，则完成当次计算。
4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述电压谐波畸变率THDU调节车载OBC功率传输架构的输出包括：
判断所述电压谐波畸变率THDU是否小于第一预设值，若是，则判定所述电
压谐波畸变率THDU在正常范围，控制所述车载OBC功率传输架构中后级LLC电路正常运行；
若否，则判定所述电压谐波畸变率THDU异常，并进行相应调节。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，判定所述电压谐波畸变率THDU异常，并进行相应调节包括：
判断所述电压谐波畸变率THDU是否小于第二预设值，若是，则判定所述电
压谐波畸变率THDU处于允许范围，并对所述后级LLC电路进行降额运行；
若否，则判定所述电压谐波畸变率THDU超出允许范围，关机所述车载OBC功率传输架构，并报所述电网故障。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述第一预设值为10%，所述第二预设值为30%。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，采样与电网连接的车载OBC功率传输架构中前级PFC电路的电气参数以及根据所述电气参数计算电网的电压谐波畸变率THDU，通过设于所述车载OBC功率传输架构中的原边DSP执行；
根据所述电压谐波畸变率THDU调节所述车载OBC功率传输架构的输出，通过设于所述车载OBC功率传输架构中的副边DSP执行。
8.一种车载OBC功率传输架构，包括与电网输出连接的前级PFC电路、以及与所述PFC电路连接的后级LLC电路，其特征在于，还包括DSP模块，所述DSP模块采集所述前级PFC电路的电气参数，根据所述电气参数计算电压谐波畸变率THDU，并根据所述电压谐波畸变率THDU调节所述后级LLC电路的输出。
9.根据权利要求8所述的车载OBC功率传输架构，其特征在于，所述DSP模块包括原边DSP和副边DSP，所述原边DSP采集所述前级PFC电路的电气参数，根据所述电气参数计算电压谐波畸变率THDU，并生成控制指令发送给所述副边DSP，所述副边DSP接收所述控制指令后调节所述后级LLC电路的输出。
10.根据权利要求9所述的车载OBC功率传输架构，其特征在于，所述原边DSP与副边DSP通过SCI通讯传输控制指令。
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