直流快速充电器启动方案

　　直流快速充电器可处理大量电力来为电动汽车充电。这意味着电动汽车的突然充电或放电可能会突然破坏电力系统。当连接多辆此类电动汽车时，情况尤其严重。在这种情况下，处理的功率相当大，这可能会导致闪烁。因此，为了顺利应对电动汽车车队的大功率，良好的启动方案是必要的。

　　一种可能的解决方案是遵循电动汽车充电的坡道式启动。斜坡式充电方式是指电动汽车的线性充电方式，与电动汽车的阶梯式充电相比，它具有很多优点。电池等储能系统可以帮助缓解电能质量问题，实现平稳发电。使用储能系统 为控制器提供必要的带宽，以实现电动汽车的斜坡式充电。电动汽车充电的电价还取决于配电系统运营商发出的命令。

　　锁相环

　　称为 PLL 块的反馈控制系统负责自动调整本地生成的信号的相位以匹配输入信号的相位。转换器的阻抗会受到 PLL 的影响，主要是在频率范围较低时。当 PLL 在某些频率下产生负电阻时，负阻尼可能会注入到电力系统中。负电阻还会导致电网中的谐波和间谐波增加。这是因为取决于负电阻的频率阻尼减弱。如果不加以控制，这种情况可能会导致完全谐波不稳定。

　　解决此现象的一个可能方法是检查 PLL 的带宽。建议将 PLL 的带宽保持在几 Hz 范围内的低频。因此，可以考虑 PLL 提供的负电阻。如果间谐波的频率低于基频的两倍，则由于 PLL 问题，也可能会出现闪烁。因此，PLL 动态和频率带宽对于直流快速充电器非常重要。

　　直接电压控制

　　DVC 环路接收直流电压和参考直流电压以生成参考电流信号。该信号构成了后续电流控制块的基础。DVC环路的带宽也很窄，与PLL的带宽类似。当电网条件较弱时，DVC环路的稳定性会降低。DVC环路的稳定性还取决于其他因素，例如电压源转换器的输入功率。直流快速充电器是决定DVC环路稳定性的另一个因素。

　　正如 PLL 所讨论的，DVC 环路还为低频范围引入了负阻尼。因此，负阻尼会导致闪烁和谐波等问题。好的直流快速充电器应考虑 DVC 的设计，以减轻所产生的电能质量挑战。DVC 环路应该能够很好地响应较弱的电网条件，并且重要的是它可以与系统中的其他控制环路同步。

　　电流控制

　　CC 环路是控制器设计的，因为它输入来自 DVC 和 PLL 环路的信号。与前两种情况不同，CC 环路处理更高的频率。如果PLL和CC环路之间的交互不同步，则会再次导致系统不稳定。通过检查 PLL 的带宽并将其保持在较低范围内，可以进一步解决此问题。

　　谐振控制器也是使用 CC 环路运行的良好解决方案。当需要消除特定谐波时，谐振控制器可以实现相同的目的。电网陷入不稳定的另一种方式是多个 CC 环路同时运行的影响。当多辆电动汽车在直流快速充电站一起充电时，多个此类变换器的并联运行会导致电力系统的不稳定。

　　输入滤波器

　　注入电网的纹波可以在输入滤波器的帮助下衰减。此类纹波的开关频率范围为 2 kHz 至 150 kHz。输入滤波器通常采用L型或LCL型滤波器的形式。当两个滤波器中使用的电感相同时，可以观察到 LCL 型滤波器的性能往往更好。但 LCL 型滤波器会产生额外的零点和极点，从系统稳定性的角度来看，这成为一个令人担忧的问题。但由于技术成熟，LCL型滤波器仍被认为是解决方案。

　　每种类型的电网的电网阻抗条件都是独特的；因此，直流快速充电器的设计对于其所构建的特定电网来说也是独特的。当直流快速充电器连接到具有不同电网阻抗的电网时，将会改变所采用的LC滤波器的谐振峰值。如果设计了CC环路，那么带宽很高，仍然会因为电网阻抗的变化而导致系统稳定。化不稳定风险的一种方法是采用主动阻尼方法。

　　调制器和 EMI 滤波器

　　调制器是直流快速充电器的重要组成部分，负责管理提供给电池的充电电流和电压。这是通过调制从充电器发送到电池的信号来实现的。调制器通常会使用DC-DC转换器来根据系统要求调整充电电流的电压。此外，它可以使用脉宽调制 （PWM）或其他控制方法来调节充电电流。如果没有正确考虑适当的 PWM 同步设计，可能会引起 2 至 150 kHz 范围内的边带频率振荡。

　　EMI 滤波器通过阻碍或抑制充电器产生的高频信号的传输来发挥其功能。这些信号通常是通过开关功率晶体管或开关用于升高或降低充电电流电压的 DC-DC 转换器来产生的。这两个过程都用于升高或降低充电电流电压。EMI 滤波器通常位于充电器的输入端或输出端，可以是无源滤波器，也可以是有源滤波器。

　　

　　图 2 总结并说明了不同的设计挑战、其相关问题以及与设计挑战相关的频率范围。

　　图 2. 直流快速充电器设计中电能质量挑战的总结。图片由IEEE Open Journal of Power Electronics提供

　　直流快速充电器设计的要点

　　在为电动汽车充电时，直流快速充电器能够处理大量电力。使用能量存储系统为控制器提供了必要的带宽来完成电动汽车的斜坡式充电。

　　另一个决定 DVC 环路稳定性的因素是直流快速充电器。合适的直流快速充电器应考虑 DVC 设计，以帮助减少可能出现的电能质量问题。

　　在输入滤波器的帮助下，泵入电网的纹波可以减小其体积。通常，输入滤波器采用L型或LCL型滤波器的形状。如果直流快速充电器连接到电网阻抗不同的电网，则所用 LC 滤波器的谐振峰值将会发生偏移。

　　充电器产生的高频信号的传输会受到 EMI 滤波器的阻碍或抑制，从而使滤波器能够实现其预期目的。充电器的输入或输出是 EMI 滤波器的典型位置，这些滤波器可以是无源的或有源的。