【摘要】 隨著全球環(huán)境污染的加劇、石油資源的日益枯竭,電動汽車因以電代油,具有零排放、無污染、低噪聲等優(yōu)點,越來越受到各國政府和汽車企業(yè)的重視,成為實現(xiàn)本國的可持續(xù)發(fā)展一個重要手段,近幾年發(fā)展十分迅速。因此,電動汽車一些關(guān)鍵技術(shù)逐步成為目前研究的熱點。針對電動汽車充電站工作過程中引起的電能質(zhì)量問題,搭建了電動汽車充電站的仿真模型,并在該模型的基礎上分別對單臺和多臺電動汽車充電機投運后引起的諧波和無功問題進行了研究�？偨Y(jié)出了單臺和多臺電動汽車充電機運行過程中諧波和無功的特點,為下面電能質(zhì)量的治理打下堅實的基礎。對有源電力濾波器進行了分類,對各自的特點進行了分析。在考慮電動汽車充電站并網(wǎng)運行過程中諧波和無功的特點的前提下,利用一種注入式混合型有源電力濾波器來治理電能質(zhì)量。在濾波過程中,有源電力濾波器既不承受基波電壓也不承受基波電流,從而減小了有源電力濾波器的容量,降低了治理成本,并兼具有源電力濾波器和無源電力濾波器的優(yōu)點,既能治理諧波也能補償無功。分析了混合型有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)和工作原理,針對電動汽車充電站諧波的特點對無源部分進行了設計。在混合型有源電力濾波器控制過程中,針對現(xiàn)階段電網(wǎng)諧波和無功檢測方法中普遍存在的時延、檢測精度低等不足,利用一種改進型d-q變換的算法來檢測諧波和無功。該方法對三相電流與電壓進行d-q變換后,再對相應的分量進行分離,最終實現(xiàn)對諧波與無功電流的檢測,具有檢測速度快、精度高、能夠檢測出n次諧波電流的優(yōu)點。利用改進型規(guī)則采樣法進行PWM調(diào)制,與傳統(tǒng)規(guī)則采樣法相比,實時性好,進一步提高了調(diào)制精度。并進行仿真將傳統(tǒng)控制方法與改進型控制方法作比較,仿真結(jié)果驗證了改進型控制方法的有效性和先進性。重點介紹了系統(tǒng)參數(shù)的設計方法。利用Matlab/Simulink模塊搭建系統(tǒng)仿真模型進行仿真,并且搭建了系統(tǒng)的實驗樣機進行實驗。仿真結(jié)果和用電能質(zhì)量分析儀采集到的實驗數(shù)據(jù)表明：投入注入式混合型有源電力濾波器后,電動汽車充電站的諧波電流總畸變率大大降低,無功得到補償,功率因數(shù)得到提高,從而驗證了該方法的有效性和實用性。對本文的工作進行了總結(jié),對下一步展開的工作和研究方向做出了展望。 

第1章緒論

1.1課題的研究背景與意義
由于存在行駛里程有限、蓄電池使用壽命短、價格昂貴等缺點，電動汽車在我國的普及度還不是很高⑷。但隨著人們環(huán)保意識的提高，石油資源的日益枯竭及其價格的不斷升高，技術(shù)的不斷進步，國家政策的大力支持，電動汽車價格的不斷降低，在不久的將來電動汽車必將成為主流，發(fā)展?jié)摿Σ豢尚☆H。由此可以得出結(jié)論：電動汽車是未來汽車行業(yè)發(fā)展的方向，應該全力發(fā)展，并對電動汽車的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)展開研究。

1.2電動汽車的發(fā)展狀況
汽車發(fā)達國家由于受到石油資源和環(huán)境污染的巨大壓力，率先進行了“非石油能源零污染汽車”的研究，電動汽車則處于在該研究領(lǐng)域的前沿。美國總統(tǒng)奧巴馬為進一步推動電動汽車及充電站的發(fā)展而推出了加速電動汽車的制造與部署計劃。美國能源部牽頭實施了計劃，通過免費為電動汽車的用戶建設家用充電樁來推廣電動汽車的使用。日本從1971年，由工業(yè)科學技術(shù)協(xié)會承擔了電動汽車的研究任務。這一項目為期6年，由政府、研究部門和私人企業(yè)共同承擔，投入資金達57億日元。此外，歐洲國家也紛紛推出自己的電動汽車發(fā)展計劃。在這些政策的刺激下，各大車企也紛紛推出了自己的電動汽車車型，其中包括三菱、日產(chǎn)葉子、道奇、寶馬、奔馳、福特福克斯電動版、特斯拉、豐田等。電動汽車車型的豐富及價格的不斷降低，進一步提高了電動汽車的銷量。
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第2章電動汽車充電站的結(jié)構(gòu)及充電方式

2.1電動汽車充電站的結(jié)構(gòu)
電動汽車充電站結(jié)構(gòu)圖如圖2.1充電站采用10kV供電,釆用dy11接法。每個充電站有40臺充電機，并含有計量裝置、電能質(zhì)量治理裝置。


2.2電動汽車充電機的種類及特點
目前，電動汽車充電方式主要有充電模式和更換電池模式，這種充電方式的一個共同特點是利用專用插座從電網(wǎng)獲得電能。充電模式可分為普通充電和快速充電。普通充電又叫慢速充電，該充電方式采用恒壓、恒流的傳統(tǒng)充電方式對電動車進行充電，以相當?shù)偷某潆婋娏鳛樾铍姵爻潆�，充電時間要持續(xù)個多小時，相應的充電器的工作和安裝成本相對比較低。電動汽車家用充電設施（車載充電機）和小型充電站多采用這種充電方式。車載充電機是純電動轎車的一種最基本的充電設備。電機作為標準配置固定在車上或放在后備箱里。由于只需將車載充電器的插頭插到停車場或家中的電源插座上即可進行充電，因此充電過程一般由客戶自己獨立完成。這種充電方式對電網(wǎng)沒有特殊要求，只要能夠滿足照明要求的供電質(zhì)量就能夠使用。由于在家中充電通常是晚上或者是在電低谷期，有利于電能的有效利用，因此電力部門一般會給予電動汽車用戶一些優(yōu)惠，例如電低谷期充電打折�？焖俪潆娛且缘母叱潆婋娏髟诙虝r間內(nèi)為蓄電池充電。快速充電也可稱為迅速充電或應急充電，其目的是在短時間內(nèi)給電動汽車充滿電，充電時間應該與燃油車的加油時間接近。大型充電站（機）多采用這種充電方式。

第3章電動汽車充電站電能質(zhì)量分析.............11
3.1電動汽車充電站諧波和無功的分析....................11
3.2仿真結(jié)論...................14
第4章電動汽車充電站電能質(zhì)量治理....................15
4.1電能質(zhì)量治理方法的分類...............................15
4.2諧波抑制和無功補償方法分析................15
第5章系統(tǒng)的參數(shù)設計仿真及實驗.......................32
5.1系統(tǒng)的參數(shù)設計......................32
5.2仿真結(jié)果及其分析.............34

第5章系統(tǒng)的參數(shù)設計仿真及實驗

5.1系統(tǒng)的參數(shù)設計
在HAPF裝置中，采用的控制方案，控制為諧波電壓源，不承擔基波電壓，基波電壓由無源濾波器承擔，因此在很大程度上降低了有源電力濾波器的容量。裝置逆變器的容量知可用下式確定：有源逆變器輸出電壓中不但含有所需要的補償電壓外，而且還含有因功率器件開斷所引起的高頻毛刺。若將有源逆變器輸出電壓直接加于注入支路，必將給電網(wǎng)帶來新的高頻污染。因此，必須增加輸出濾波器來濾除逆變器引起的高頻毛刺。由于逆變器輸出的電壓頻譜主要為低頻有效諧波頻率和高頻開關(guān)毛刺頻率，為了避免將這兩種信號過度放大，而導致電路元件過壓、過流，一般使輸出濾波器中電感和電容的諧振頻率滿足其中代表逆變器輸出補償諧波的最大頻率，代表載波頻率。

5.2仿真結(jié)果及其分析
為了進一步驗證該方法的實用性，本文搭建了實驗樣機，元件參數(shù)與仿真參數(shù)相同。如圖的硬件系統(tǒng)由分別負責諧波分析、波輸出、系統(tǒng)對外通訊等模塊構(gòu)成。有源電力濾波器的三相橋式逆變器采用了智能功率模塊。智能功率模塊是集門極驅(qū)動和短路、過流、欠壓、過熱等保護功能于一體的功率器件，其結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、工作可靠，能大大地縮短產(chǎn)品的幵發(fā)和調(diào)試周期。但工作在較高的開關(guān)頻率,如會在關(guān)斷和開通的時候產(chǎn)生強烈的電磁干擾，輕則導致系統(tǒng)上下位機通信失敗，重則導致模塊燒毀。引起過電流的主要因素是母線電感和緩沖電路及其元件內(nèi)部的雜散電感，而且電感越大，過電壓越大。因而，電路要求母線電感和緩沖電路及其元件內(nèi)部的雜散電感愈小愈好�？刂葡到y(tǒng)是的核心，決定了的主要性能和指標。
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總結(jié)與展望

本文通過搭建電動汽車充電站的模型，得出了單臺和多臺電動汽車充電機工作時的諧波和無功功率的特點，改進了混合型的控制策略，解決了電動汽車充電站諧波抑制和無功補償問題，相關(guān)研究工作總結(jié)如下：分析了電動汽車充電站工作過程中對電網(wǎng)造成的電能質(zhì)量問題：應用仿真軟件，搭建了電動汽車充電站的仿真模型，分別對單臺和多臺電動汽車充電機工作時的諧波和無功特點進行了詳盡的分析，為下面電動汽車充電站電能質(zhì)量的治理打下了堅實的基礎。介紹了幾種傳統(tǒng)電能質(zhì)量的治理方法，針對傳統(tǒng)方法的缺點，提出用一種注入式來治理電能質(zhì)量，對的結(jié)構(gòu)和工作原理進行了分析，分析結(jié)果表明了注入式的經(jīng)濟性和優(yōu)越性。介紹了幾種傳統(tǒng)的諧波和無功電流的檢測方法和傳統(tǒng)規(guī)則采樣法，針對傳統(tǒng)方法的缺點，提出用改進型算法和改進型規(guī)則采樣法進行控制，并利用軟件進行仿真，仿真結(jié)果驗證了所采用方法的正確性和優(yōu)越性。為了驗證所采用方法的正確性和實用性搭建了仿真模型和實驗樣機，仿真結(jié)果和用電能質(zhì)量分析儀采集到的投入前后的對比數(shù)據(jù)顯示了該方法的優(yōu)越性和實用性。
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