级联高频链中压直挂多终端充电控制系统及方法与流程

本技术涉及充电控制领域，具体涉及级联高频链中压直挂多终端充电控制系统及方法。

背景技术：

1、随着电动汽车、重卡及工程车辆的电动化发展，兆瓦级多终端充电站对供电容量、设备体积、运行效率和连续供电能力提出了更高要求。传统充电站通常通过工频变压器将10kv或35kv中压配电网降压至低压交流母线，再由低压充电模块整流后为车辆电池供电。该方案存在工频变压器体积重量大、损耗高、占地和投资成本高等问题，难以满足高功率密度、低成本的大功率充电需求。

2、为省去工频变压器，现有技术提出了模块化中压直挂充电系统。其中，部分系统采用ac/dc和dc/dc两级功率变换结构，在功率模块内部设置中间直流母线及储能电容。该类结构虽然能够实现中压侧分压和高频电气隔离，但功率变换环节较多，模块所需功率器件及储能元件较多。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本技术提出了一种级联高频链中压直挂多终端充电控制系统，包括：三相级联功率单元、公共低压直流充电母线、一个或多个直流充电终端；

2、所述三相级联功率单元，通过网侧交流滤波器，分别接入中压交流母线a相、b相和c相；且每相的级联支路包括多个串联的单相高频链ac/dc功率模块；其中，所述中压交流母线为中压等级的三相交流母线；

3、所述公共低压直流充电母线，通过输出滤波环节，与所述单相高频链ac/dc功率模块并联；

4、所述直流充电终端与所述公共低压直流充电母线连接。

5、在一个示例中，各单相高频链ac/dc功率模块的交流侧顺次串联，以共同承受对应相的交流电压。

6、在一个示例中，所述公共低压直流充电母线连接一个或多个所述直流充电终端，通过所述公共低压直流充电母线向所述直流充电终端充电；

7、每个所述直流充电终端设置相应的连接、预充和保护装置，用于实现直流充电终端与公共低压直流充电母线之间的接入和断开。

8、在一个示例中，单个单相高频链ac/dc功率模块包括矩阵变换器、高频隔离变压器、副边整流器；

9、所述矩阵变换器的交流输入端接入所在的级联支路，输出端连接所述高频隔离变压器的原边，用于将单相高频链ac/dc功率模块的交流输入电压直接调制为高频交流脉冲电压；

10、所述矩阵变换器与所述高频隔离变压器之间不设置模块级中间直流环节及其储能电容；

11、所述高频隔离变压器的副边输出的所述高频交流脉冲电压，通过所述副边整流器整流为直流输出，并接入所述公共低压直流充电母线。

12、在一个示例中，所述系统还包括：系统控制器；

13、所述系统控制器用于，采样网侧三相输入电流、公共低压直流充电母线的电压，并获取中压交流母线电压的相位信息、各单相高频链ac/dc功率模块的交流输入电压的极性信息；

14、根据公共低压直流充电母线的电压参考值与电压采样值之间的偏差，生成网侧有功电流参考，并结合中压交流母线电压的相位信息得到三相电流参考；根据三相电流参考与网侧三相输入电流之间的偏差进行电流闭环控制，得到各相分别对应的调制波；

15、针对各相中的各单相高频链ac/dc功率模块，共享该相对应的调制波，并为各单相高频链ac/dc功率模块分配频率和幅值相同、相位根据预设角度依次错开的高频三角载波；

16、将各单相对应的调制波与各单相高频链ac/dc功率模块对应的高频三角载波进行比较，获得各单相高频链ac/dc功率模块对应的pwm逻辑信号，并根据pwm逻辑信号确定矩阵变换器处于非零电平状态还是零电平状态；

17、根据各单相高频链ac/dc功率模块的交流输入电压的极性信息、高频隔离变压器的原边期望电压的极性信息、pwm逻辑信号，确定矩阵变换器的开关状态；

18、针对各相中的各单相高频链ac/dc功率模块，按照各自对应的高频三角载波进行pwm调制，使各单相高频链ac/dc功率模块的高频开关脉冲在时间上交错分布；各相的级联支路按照对应的调制波运行，经各单相高频链ac/dc功率模块中的矩阵变换器、高频隔离变压器、副边整流器，得到对应的直流输出，并联接入公共低压直流充电母线。

19、在一个示例中，所述系统控制器还用于，当矩阵变换器处于非零电平状态时，根据单相高频链ac/dc功率模块的交流输入电压的极性信息与高频隔离变压器的原边期望电压极性信息的组合，选择矩阵变换器中相应的对角开关通路，将单相高频链ac/dc功率模块的交流输入电压以对应极性施加于高频隔离变压器的原边，使高频隔离变压器的原边形成高频交流脉冲电压；

20、当矩阵变换器处于零电平状态时，控制矩阵变换器的相应开关导通，使高频隔离变压器的原边的两个端子连接至单相高频链ac/dc功率模块的交流输入侧的同一端，使高频隔离变压器的原边的两端处于等电位状态，且原边电压为零，并形成高频隔离变压器漏感电流的续流通路。

21、另一方面，本技术还提出了一种级联高频链中压直挂多终端充电控制方法，包括：

22、采样网侧三相输入电流、公共低压直流充电母线的电压，并获取中压交流母线电压的相位信息、各单相高频链ac/dc功率模块的交流输入电压的极性信息；

23、根据公共低压直流充电母线的电压参考值与电压采样值之间的偏差，生成网侧有功电流参考，并结合中压交流母线电压的相位信息得到三相电流参考；根据三相电流参考与网侧三相输入电流之间的偏差进行电流闭环控制，得到各相分别对应的调制波；

24、针对各相中的各单相高频链ac/dc功率模块，共享该相对应的调制波，并为各单相高频链ac/dc功率模块分配频率和幅值相同、相位根据预设角度依次错开的高频三角载波；

25、将各单相对应的调制波与各单相高频链ac/dc功率模块对应的高频三角载波进行比较，获得各单相高频链ac/dc功率模块对应的pwm逻辑信号，并根据pwm逻辑信号确定矩阵变换器处于非零电平状态还是零电平状态；

26、根据各单相高频链ac/dc功率模块的交流输入电压的极性信息、高频隔离变压器的原边期望电压的极性信息、pwm逻辑信号，确定矩阵变换器的开关状态；

27、针对各相中的各单相高频链ac/dc功率模块，按照各自对应的高频三角载波进行pwm调制，使各单相高频链ac/dc功率模块的高频开关脉冲在时间上交错分布；各相的级联支路按照对应的调制波运行，经各单相高频链ac/dc功率模块中的矩阵变换器、高频隔离变压器、副边整流器，得到对应的直流输出，并联接入公共低压直流充电母线。

28、在一个示例中，所述方法还包括：

29、当矩阵变换器处于非零电平状态时，根据单相高频链ac/dc功率模块的交流输入电压的极性信息与高频隔离变压器的原边期望电压极性信息的组合，选择矩阵变换器中相应的对角开关通路，将单相高频链ac/dc功率模块的交流输入电压以对应极性施加于高频隔离变压器的原边，使高频隔离变压器的原边形成高频交流脉冲电压；

30、当矩阵变换器处于零电平状态时，控制矩阵变换器的相应开关导通，使高频隔离变压器的原边的两个端子连接至单相高频链ac/dc功率模块的交流输入侧的同一端，使高频隔离变压器的原边的两端处于等电位状态，且原边电压为零，并形成高频隔离变压器漏感电流的续流通路。

31、通过本技术提出级联高频链中压直挂多终端充电控制系统能够带来如下有益效果：

32、1、本技术采用中压交流侧串联承压、低压直流侧并联汇流的输入串联—输出并联结构，各相多个单相高频链ac/dc功率模块共同分担中压交流侧电压，各单相高频链ac/dc功率模块直流输出并联接入公共低压直流充电母线，可在不设置工频变压器的情况下直接接入中压交流母线，并形成统一的低压直流供电接口，便于多个直流充电终端接入。

33、2、本技术的单相高频链ac/dc功率模块由矩阵变换器、高频隔离变压器和副边整流器构成，矩阵变换器将模块工频交流输入直接变换为高频交流，经高频隔离和副边整流后形成直流输出，无需设置模块级中间直流环节及其大容量储能电容，减少独立功率变换级，有利于提高系统功率密度和可靠性。

34、3、本技术通过设置矩阵变换器的零电平状态，使高频隔离变压器原边两端在零电平期间连接至模块交流输入侧的同一端，在使原边电压为零的同时为高频隔离变压器漏感电流提供连续的续流通路，避免换流过程中漏感电流通路突然中断，有利于降低漏感引起的换流过电压并提高矩阵变换器的换流可靠性。

35、4、本技术对同一相内各单相高频链ac/dc功率模块采用公共调制波和载波移相调制，使各模块的高频开关脉冲在时间上交错分布，减小级联支路交流侧的高频脉动；在各功率模块参数基本一致的条件下，同相的单相高频链ac/dc功率模块流过相同串联电流且平均调制作用接近，使各单相高频链ac/dc功率模块平均传输功率趋于一致。