文 献 综 述

一. 课题研究背景及意义

汽车是现代文明的重要组成部分，是人类智慧的结晶。它在推动社会快速发展以及方便人类生活的同时，也给人类带来了日益突出的危害，比如能源危机、环境污染、全球气温上升。随着汽车工业的高速发展，它已然成为每个家庭的必需品，全球汽车保有量的不断增加，汽车带来的环境污染、能源短缺等问题越来越突出。各国政府及汽车行业普遍认识到节能减排是未来汽车技术发展的主攻方向，电动汽车具有高效、节能、低噪声、零排放等显著特点，在环保和节能方面具有不可比拟的优势，燃油汽车必将被其他能源汽车所取代，这是人类发展历史的必然选择。因此发展电动汽车将是解决环境污染、能源短缺等问题的最佳途径^[1~3]。

截止2014年底，中国新能源电动汽车保有量在10万辆左右，建成充电桩超过3万个，电动汽车与充电设施的配置比例超3:1，距离1:1的标配比例仍有较大差距。2014年7月，国务院办公厅发布《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》，要求加快充电设施建设，制定实施新能源汽车充电设施发展规划，鼓励社会资本进入充电设施建设领域，积极利用城市中现有的场地和设施，推进充电设施项目建设，完善充电设施布局。工信部数据显示，中国2015年累计生产新能源汽车37.90万辆，同比增长4倍。其中，纯电动乘用车生产14.28万辆，同比增长3倍；插电式混合动力乘用车生产6.36万辆，同比增长3倍；纯电动商用车生产14.79万辆，同比增长8倍；插电式混合动力商用车生产2.46万辆，同比增长79%。2009年到2015年中国累计生产新能源汽车49.7万辆，在全球新能源汽车销量中占比超过30%。所以电动汽车充电机的研究是时下非常热门也非常紧迫的研究课题。

近年来，随着世界经济的不断发展，各行各业对电力能源的需求与日俱增^[4~5]，电力电子装置被广泛应用于各个领域，其中由于新兴的电动汽车领域的崛起，大量的充电站的建设将带来巨大的电力电子装置的需求^[6~8]。在电能变换技术中，电力电子装置发挥着重要作用，电动汽车充电机的设计研发自然也离不开它。电力电子器件决定着整个电力变换装置的性能、成本、质量与体积，但由于这些器件的非线性特性，在进行电能变换时，必然要引起电压、电流波形的畸变，产生大量谐波。根据日本电气学会 1992 年发表的一项调查报告显示^[9]，在所有的电力电子装置中，整流器所占的比例达到 70%以上。然而，目前大多数整流器采用二极管不控整流的方式^[10~12]，由于其强的非线性特点，造成的直接结果是向电网注入大量的谐波和无功功率，给电网带来巨大的谐波污染^[13~14]。日本电气学会的该报告同时指出，在其选取的用电设备样本中，有90%的最大谐波源为电力电子设备，而其中有将近89%的最大谐波源为整流装置。因此，电网谐波污染主要来自于电力电子设备中的整流器^[15~17]。

电网在遭受大量的谐波污染后若不进行治理，将会造成严重的后果：一方面大量的谐波电流在长距离的传输过程中由于线路阻抗的存在将形成谐波压降，这会使电网的电压也发生畸变；另一方面，恶劣的电能质量将会降低安全用电系数，造成用电设备的线路故障，严重时甚至会损坏电气设备^[18]。目前，电力电子设备大量的使用造成的谐波污染和电能质量的下降已经引起电气工程领域的广泛关注。如何有效的治理谐波、改善电能质量成为了学术界和电子工程领域亟待解决的问题。其中国际电工委员会制定了关于电力系统和用电设备谐波要求的标准IEC555-2 和 IEC1000-3-2，同时较有影响力的还有 IEEE519-1992，这些标准的提出对促进电网谐波治理和电能质量的改善有着重要的作用^[19~21]。

治理电网谐波污染，改善电能质量的方法主要有两种：一种是对已经造成污染的电网进行集中治理，补偿其无功功率并抑制其谐波含量，该方法包括无源和有源两种结构，其中研究与应用最为广泛的是有源电力滤波器(Active power filter, APF)，APF根据储能元件的不同又分为电压型和电流型^[22~23]；另一种是从谐波产生的源头入手，在电力电子设备中加入功率因素校正技术(Power Factor Correction, PFC)，降低其谐波含量，显著提高整流器的性能，该方法同样包含无源和有源两种结构。对于大型的用电场合如工厂、矿山等，对电能集中式治理的电力滤波器应用更加广泛^[24]。然而，对于大部分的分布式用电设备，在电力电子设备中加入功率因素校正技术的方法更加有效可行。

充电站的分布式建站特性，使得对每一个充电站进行总的谐波治理变得复杂且冗余，也不利于充电站的大规模普及与推广，因此从谐波源头入手在充电机中加入功率因数校正的方法成为了充电站谐波治理的首选治理方案。由于充电机的第一级均为整流装置，选择一种合适的整流器拓扑十分重要。

二. 研究现状