技术前沿
2020.10  电力系统装备丨187
Technology Frontier
电力系统装备
Electric Power System Equipment
2020年第10期
2020 No.10
电动汽车正在如火如荼的发展，因此加快电动汽车充电桩的建设是当前的重要工作之一。公共电动汽车充电桩主要分为直流充电桩和交流充电桩。其中直流充电桩采集的是三相交流电，然后再经过AC/DC 模块整流，因此其主要的特点是充电快，十分适用于当前的快节奏生活；而交流充电桩充电较慢，但对电池损伤较小，因此比较适用于家用。本文以直流充电模块为例，对电动汽车充电模块并联控制策略进行研究。
1  三相整流器并联控制策略
1.1  零序环流数学模型
电动汽车充电桩采用的是并联的三相PWM 整流器，整
流器会在并联电路中产生零序环流通路，从而产生零序电流，三相整流的并联模型见图1。产生零序电流的原因主要包括硬件原因和软件原因两点。死区时间的影响和整流桥多种开关模式是主要的硬件原因；而PWM 输出不同步以及软件算法存在差异则是主要的软件原因[1]。
PWM整流器模块1
PWM整流器模块2
p
+
-
n R L
u dc i p i p 1
L a 1L a 2L b 1L b 2L c 1
L c 2
i a 1i a 2i n 1i p 2
i n 2
i n e a e b
O e c
i b 1i b 2i c 1
i c 2
V T 51
V T 11
V T 31
V T 61V T 41
V T 21
V T 52
V T 32
V T 12
V T 42V T 62
V T 22
c 1
c 2
b 1
b 2
L 1R 1
R 2
L 2a b c
家用电动汽车
a 1
a 2
C 图1 两并联三相整流器的并联模型
图1中：指三相电网电压；
指三
相电网电流；为PWM 整流器交流侧的电压值；
为整流器输出电压；
L 1和L 2为交流侧滤波电感，且；
R 为各线路的等效总电阻。
设
为三相桥壁在一个开关周期内的导通比，电网中性点电压为U n ，则可以得出两并联三相整流器在静止坐标系下的并联数学公式：
第一个并联三相整流器
：
（1）
同理得第二个并联三相整流器
：
（2）
（3）
同时定义
为PWM 整流器模块一的零序电流
（），为PWM 整流器模块二的零序电流
（
），且。将上述公式利用（d ，q ，z ）坐标同步旋转变换得
：
）
（其中x=1或2）
［摘    要］随着传统能源的不断消耗以及可持续发展战略的不断落实，我国开始越发重视新能源汽车的生产和销售。而新能源汽车市场结构中电动汽车占据了90%，因此做好电动汽车充电模块的研究至关重要。基于此，文章首先从零序环流模型和零序环流的抑制方法对三相整流器并联控制策略进行研究，其次给出一种基于一致性算法的均流控制策略，最后利用Matlab/Simulink 仿真软件对零序环流进行仿真，从而验证零序环流抑制方法和均流控制策略的有效性。［关键词］电动汽车；充电模块；并联控制策略［中图分类号］TM723    　［文献标志码］A      ［文章编号］1001–523X （2020）10–0187–03
Research on Parallel Control Strategy of EV Charging Module
Wang Qi
［Abstract ］With the continuous consumption of traditional energy and the continuous implementation of the sustainable development strategy, China began to pay more and more attention to the production and sales of new energy vehicles. In the market structure of new energy vehicles, electric vehicles account for 90%, so it is very important to study the charging module of electric vehicles. Based on this, this paper fi rst studies the parallel control strategy of three-phase recti fi er from the zero sequence circulation model and the suppression method of zero sequence circulation, then presents a current sharing control strategy based on the consistency algorithm, and finally uses Matlab / Simulink simulation software to simulate the zero sequence circulation, so as to verify the effectiveness of the zero sequence circulation suppression method and the current sharing control strategy.
［Keywords ］electric vehicle; charging module; parallel control strategy 电动汽车充电模块并联控制策略研究
王　琦
（西安麦格米特电气有限公司，陕西西安  710075）
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188丨电力系统装备  2020.10
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Electric Power System Equipment
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2020 No.10
，同时根据零序
环流和零序占空比的定义可得
：
（5）
（6）（7）
根据数学模型推导出的公式可知，因为整流器的并联产生了零序环流通道，从而导致有零序电流流过整流器开关的
器件中，且这些电流的大小完全决定于
的数值。零序环流对整个整流器的影响较大，如果不想办法消除整流器开关间的电流会对整个充电系统产生较大的影响。
1.2  零序环流的抑制方法
零序环流产生的本质是因为零序压差作用在环路阻抗上。由于零序环路中仅仅存在线路阻抗、电感等较小的阻尼，因此即使存在很微小的零序电压之差也会产生较大的零序电流，进而导致交流电流产生畸形，
严重影响整个充电系统。因此最佳的方法就是尽可能的消除零序电压之间的差值来降低零序环流对交流电流的影响。
因为SVPWM 中掺杂了3n 倍谐波的零序电压（n ≧1）
，因此七段式SVPWM 中的每一相调制波均为马鞍波形，同时按照SVPWM 原理可得出每一相比较器的数值表达式：
（8）
（其中：
T s 为每个载波的时间；T x ，T y 为一个周期中相邻矢量的大小）。
定义一个补偿电压U ＇，用该电压值去补偿零序电压之间的差值，从而得到经过补偿后的每一项比较器的数值：
（9）
首先将零序电流的参考值设为0，然后再测出经过抑制后的零序环流i ＇，可以明显发现i ＇的大小和0十
分接近，而补偿电压U ＇的值即为T s 与i ＇的乘积。将得到的补偿电压代入上式中，从而得到新的三相调制量，然后再用三角波与新调制的量对比，生成最后的控制信号[2]。可以发现对于上述两并联三相整流器模型而言，一旦其中一个整流器的零序环流被抑制，第二个整流器就不会再产生环流路径，也就是不会再出现零序环流。根据这两并联三相整流器模型可推广到n 个并联三相整流器只需要对n -1个整流器采取零序环流抑制，即可实现整个整流器的零序环流抑制。  2  一种基于一致性算法的均流控制策略
一致性算法是一种计算误差的数学迭代方法，在电动汽车充电模块中利用该迭代方法能够对各个充电模块输出的电流进行计算分析，从而迭代出各个输出电流之间的误差，进而帮助调整充电模块的输出电流，使各个充电模块的输出电流保持一致，达到更好的充电效果。充电模块输出电流不一致会导致各个充电模块的使用寿命不一样，从而对整个并联系统的冗余性产生较大的影响，因此采用一致性迭代算法计
算输出电流的误差意义重大。
首先假设整个并联充电模块系统中共有X 个充电模块，每个模块都视作能够提供电流信息的通信点，每个模块之间还存在着一种信息拓扑关系，这种关系也可以表示为由X 个电流通信点组成的无相连通图。无相连通图的拉普拉斯矩阵为L （G ），该矩阵的特征值包括了并联系统拓扑结构图的大量信息，且其第二小的特征值表征为网络连通度，是判断一致性算法是否收敛的指标。
采用的一致性算法通常是被广泛应用于多智能领域中的离散型一致性算法。通常将信息节点M 的电流信息用i M 表示（M=1，2，3……n ），K 为一致性算法迭代的次数。在并联系统中，各个节点会受到周围节点的影响，特别是对于节点的实时状态值，一旦周围节点的实时状态值改变会造成该节点的变化，随着迭代次数K 的不断增加，与该节点周围相邻的两个节点的状态值会逐渐趋于一致，一旦这两个实际状态值的数值之差小于最初设定的误差值时，一次性迭代算法会自动停止，此时认为所有的信息节点实时状态值在该设定的误差值内区域趋于一致，也就是说整个并联系统都是收敛的。3  Matlab/Simulink 仿真软件的仿真结果分析
为了验证上文提出的增加补偿电压抑制零序电流的方法以及利用一致性迭代实现输出均匀电流策略的有效性，本文利用Matlab/Simulink 仿真软件来对三台直流充电模块进行仿真研究，并通过分析其输出波形来验证上述抑制零序环流方法和输出均匀电流策略的可行性。
3.1  三模块并联零序环流仿真分析
利用仿真软件未采用抑制方法和采用抑制方法的交流侧电流波形，其波形图分别见图2和图3。
时间（10ms/格）
模块3
模块1
模块2
相电流
（5A/    ）
格
A 图2 未采用抑制方法的交流侧电流波形图
时间（10ms/格）
模块3
模块1
模块2
相电流（5A/    ）
格
A 图3 采用增加补偿电压抑制方法后的交流侧电流波形图
由图2图3对比可明显看出图2中的电流波形存在明显的畸变，而且其正弦度也明显较低。而采用增加补偿电压抑制方法后的交流侧电流波形其正弦度明显好转，同时还可以发现该波形输出平缓，电流谐波明显减小。根据上述两波形图的对比，可以明显发现采用抑制零序环流方法后的波形畸变程度有了很明显的改善，也就表明通过增加补偿电压的方法来抑制零序环流的方法是可行的，对于电动汽车充电模块系统的改进有着重要的意义。
3.2  四模块并联均流仿真分析
当并联充电系统处于恒流充电时，每个模块采用的控制方式均为电流单环，对于该恒流充电的模式，并不会产生模块之间的不均流现象。
但是当充电系统处于恒压充电模式时，会采用电压电流
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2020.10  电力系统装备丨189
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2020 No.10
双闭环控制策略，而且此时各个模块的外特性电阻不一致，因此会导致各个模块输出的电流差异较大。然而在采用一致性迭代算法控制策略后，可以得出如图4的输出电流图。
仿真时间t（s）
输出电流（A）
201510500.1
0.3
0.5
0.7
0.9
I1I2I3I4
图4 恒压充电时采用一致性迭代算法控制策略后的输出电流图
根据图4可以明显发现在0.15 s 之前，四个模块输出的电
路各不相同，但是因为各个模块之间会互相传递自己的电流信息，同时采用了一致性迭代算法，因此在0.15 s 之后，各个模块交互的电流信息会不断迭代，从而最终迭代到最初设定
的差值范围，此时四个模块输出的电流基本上一致，也正如图上0.2 s 之后所表现出来的信息一样。图4中在0.4 s 时突然给电路增加了负载，而此时各个模块输出的电流依旧保持一致，由此可见该一致性迭代算法策略对各个模块输出一致性的电流发挥着重要作用。4  结语
总而言之，直流充电桩的充电速度较快，适用于当前快节奏的生活。通过仿真实验和波形分析对上述两个策略进行了研究，发现上述两个策略在处理各自问题方面有着重要的作用，试验结果充分表明了这两种方法的实用性，对未来电动汽车充电模块的发展有着重要的意义。
参考文献
[1]  汪涛.电动汽车直流充电模块并联控制策略研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2019.
[2]  白亚丽.电动汽车交直流一体化充电桩系统的研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2019.
1  局部放电信号传输编码研究的重要性
高压电力设备如变压器、GIS 、开关柜、电缆等是保证电网安全可靠运行的重要环节，在电力系统中大量应用，是电力系统中非常重要的电气设备，其稳定安全运行至关重要。
对于高压电力设备而言，设备绝缘老化或劣化是引发设备损毁和电力系统事故的重要原因之一。而产生局部放电是设备绝缘完整性退化的标志，所以对高压电力设备的局部放电进行检测是评估设备绝缘状况的重要手段，也是发现设备潜伏性故障，最终实现故障预警，避免故障发生的有效措施之一。
因为局部放电信号数据量极大，所以传统局部放电信号通过以太网进行数据交互。但随着物联网、低功
耗技术的发展，对使用485、LORA 等传输介质进行局部放电数据交互的需求也日益增多。但是，485、窄带无线等传输介质的数据传输数率较低，很难满足传统局部放电数据高效传输的需求，所以需要对局部放电信号的传输编码进行研究，缩减传输数据量，
提高系统整体的实时性和稳定性。2  局部放电信号传输编码现状
目前局部放电传输编码中所传输的有效信号为PRPS 、PRPD 等局部放电图谱数据和放电量、放电次数、报警类型、报警等级、报警时间等统计数据。其中，PRPS 、PRPD 等局部放电图谱数据量所占比例较大，也是在使用485、LORA 等低速传输介质时，占用通信链路时间较长、影响系统整体性能的主要原因。
目前局部放电图谱传输编码多为f （x old ）组数据的数据流格式。
f （x old ）=T old *W old （1）
其中，T old 为周波号，W old 为窗口号。通常T old =50，W old =360。
每组数据中包含有12 Bit 的放电量、12 Bit 的放电次数、12 Bit 的脉冲宽度数据。
该数据流的数据量极大，在采用485或者LORA 等传输介
［摘    要］随着物联网和低功耗技术的发展，对局部放电数据传输介质的需求，正在由传统高速以太网转向低速485、窄带无线等。传统局部放电信号编码所对应的局部放电数据量大，难以依靠低速传输介质如485、窄带无线等完成局部放电数据的高效传输。文章分析了目前局部放电信号传输编码的现状，并总结出了一套适用于低速传输介质的局部放电信号传输编码。［关键词］局部放电；传输编码；485；窄带无线［中图分类号］TM76    　［文献标志码］A      ［文章编号］1001–523X （2020）10–0189–02
Research On Partial Discharge Signal Transmission Coding
Zhang Zhi-jian
［Abstract ］With the development of Internet of things and low-power technology, the demand for partial discharge data transmission medium is changing from traditional high-speed Ethernet to low-speed 485, narrowband wireless, etc. Traditional PD signal coding has a large amount of PD data, so it is dif fi cult to rely on low-speed transmission media such as 485, narrowband wireless to complete the ef fi cient transmission of PD data. This paper analyzes the current status of partial discharge signal transmission coding, and summarizes a set of partial discharge signal transmission coding suitable for low-speed transmission medium.
［Keywords ］partial discharge; transmission coding; 485; narrowband wireless 局部放电信号传输编码研究
张志坚
（国网电力公司无锡供电公司，江苏无锡  214000
）