直流侧有源补偿器制造技术

公开了一种直流侧有源补偿器。根据实施例，直流侧有源补偿器可以包括：功率电路，用于产生针对直流母线的补偿电流；采样电路，用于采样关于直流母线上电压/电流的信号以及采样关于补偿电流的信号；以及控制电路，用于根据从采样电路馈送的信号，进行闭环控制，产生脉宽调制(PWM)信号用以控制功率电路的开关动作，以使直流母线上的电压实质上稳定。

【技术实现步骤摘要】
直流侧有源补偿器
本公开涉及电力电子
，具体地，涉及直流侧有源补偿电路及其控制方法。
技术介绍
两级式电路结构常常用于多种电力电子设备中，如变频器、功率因数校正电路、逆变器、不间断电源等。一般地，前级提供一个稳定的直流母线电压，后级用来给负载稳定供电。根据不同的应用场合，前级的输出滤波器单元通常由电解电容器和电感器组成或者单独使用电解电容器，其主要作用之一是用来储能以保持直流母线电压稳定，或者也用来满足系统的输入谐波要求。这类电容器功率密度高，但是价格贵且体积大，更重要的是该电解电容器常常是决定整个电力电子产品寿命或可靠性的决定性因素。为了提高系统的可靠性，近年来提出了一些方案，主要可以分为三类。第一类是通过降低电容电流来提高使用寿命，第二类是直接使用长寿命电容器，第三类是外加有源解耦电路。但是，这些方案存在各种各样的问题。例如，第一类方案由于使用前级PWM变换器，控制复杂且造价昂贵；第二类方案易造成系统不稳定，存在输入谐波或输出谐波问题；第三类控制复杂且适用性不强。
技术实现思路
有鉴于此，本公开的目的至少部分地在于提供一种直流侧有源补偿器，既能改善输入和输出谐波性能，对直流母线电压保持很高的稳定度，还能增加系统的可靠性，满足长寿命要求。根据本公开的一个方面，提供了一种直流侧有源补偿器，包括：功率电路，用于产生针对直流母线的补偿电流；采样电路，用于采样关于直流母线上电压/电流的信号以及采样关于补偿电流的信号；以及控制电路，用于根据从采样电路馈送的信号，进行闭环控制，产生脉宽调制(PWM)信号用以控制功率电路的开关动作，以使直流母线上的电压实质上稳定。该功率电路例如可以包括作为储能元件的电容器，并可以实现为双向降压型、双向升压型、双向降压-升压型或其多电平型电路拓扑。备选地，功率电路可以包括作为储能元件的电感器，并可以实现为桥式电路或其多电平型电路拓扑。该直流侧有源补偿器可以实现为单独的模块。于是，可以包括并联端口，用于提供功率电路到直流母线的并联连接。另外，特别是在采样电路和控制电路设置在不同模块中的情况下，还可以包括采样端口，用于提供采样电路到控制电路的连接。根据本公开的实施例，采样电路可以采样以下各项中的一项或多项：直流母线上的电压(vdc)、直流母线的输入电流(ir)、直流母线的输出电流(idc)、由后级电路中的负载功率推导的直流母线电压或电流。另外，在功率电路包括电容器作为储能元件的情况下，采样电路还可以采样功率电路中电容器两端的电压。此时，控制电路可以基于关于直流母线上电压/电流的采样信号、电容器两端电压的采样信号(vcomp)以及关于补偿电流的采样信号，进行闭环控制。根据本公开的实施例，控制电路可以基于环路补偿原理来实现。例如，控制电路可以包括环路补偿器。环路补偿器可以以基于关于直流母线上电压/电流的采样信号得到的第一参考电流信号或者基于关于直流母线上电压/电流的采样信号和电容器两端电压的采样信号(vcomp)得到的第二参考电流信号作为参考电流信号，且以关于补偿电流的采样信号为反馈信号。另外，控制电路还可以包括PWM信号发生器，用于根据环路补偿器的输出产生PWM信号。第一参考电流信号可以基于滤波器来得到。例如，滤波器可以对关于直流母线上电压/电流的采样信号进行滤波，以得到第一参考电流信号。第二参考电流信号可以基于第一参考电流信号以及针对电容器两端电压的另一环路补偿二者来得到。例如，可以包括以电容器两端电压的采样信号(vcomp)作为反馈信号的另一环路补偿器(可以基准电压作为参考信号)。该环路补偿器的输出与第一参考电流信号可以在加法器中求“和”以生成第二参考电流信号。根据本公开的另一方面，提供了一种直流侧有源补偿控制方法，包括：设置功率电路，用以产生针对直流母线的补偿电流；采样关于直流母线上电压/电流的信号以及采样关于补偿电流的信号；根据所采样的信号，进行闭环控制，产生脉宽调制(PWM)信号用以控制功率电路的开关动作；以及功率电路根据PWM信号进行开关动作，以使直流母线上的电压实质上稳定。根据本公开的实施例，通过在直流侧增加有源补偿器，可以提高直流母线电压稳定度，可显著减小直流母线电容容量，在保证输入或输出谐波要求的同时，提高系统的可靠性，实现长寿命要求。附图说明通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1是示出了两级电路配置的示意电路图；图2是示出了根据本公开实施例的直流侧有源补偿器的连接示例的示意电路图；图3是示出了根据本公开实施例的功率电路的不同拓扑；图4是示出了根据本公开实施例的直流侧有源补偿器的示意框图；图5是示出了根据本公开实施例的环路补偿原理的示意框图；图6是示出了根据本公开实施例的控制电路示例的示意电路图；图7是示出了根据本公开实施例的直流侧有源补偿控制方法的流程图。贯穿附图，相同或相似的附图标记表示相同或相似的部件。具体实施方式以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。这里使用的词语“一”、“一个(种)”和“该”等也应包括“多个”、“多种”的意思，除非上下文另外明确指出。此外，在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。图1是示出了两级电路配置的示意电路图。如图1所示，两级电路配置100可以包括前级103和后级105。在该示例中，前级103可以包括直流(DC)/交流(AC)变换器，用于将来自AC电源101(例如，电网)的AC功率转换为DC功率；后级105可以包括逆变器，用于将来自前级103的DC功率转换为具有所需频率和幅度的AC功率，以便提供给负载107(例如，AC电机)。尽管图中并未明确示出，但是AC侧可以具有一定的相数(例如，两相或三相)。前级103和后级105之间通过直流母线DC+、DC-连接在一起，是直流侧。DC侧可能存在由于各种因素而导致的电压脉动。例如，当负载功率发生(突然)变化时，可能导致DC侧电压波动。为了降低DC侧电压波动，可以在直流母线DC+、DC-之间连接直流支撑电容器Cdc。通常，直流支撑电容器Cdc可以采用大电容值的电解电容器，以保持DC侧电压基本上稳定。然而，大电解电容器构成的直流支撑电容器Cdc体积庞大，且寿命较短。期望减小直流支撑电容器Cdc，以降低成本和实现小型化，同时仍然能够继续保持DC侧电压基本上稳定。在图1中还示出了滤波电感器L1、L2和L3。这些电感器可以可选地设置。这种两级电路配置有着众多应用，例如用于变频器。在以下，针对这种两级电路配置进行描述。但是，本公开不限于此。例如，本公开的技术可以适用于单级电路配置(例如，只有前级的功率因素校正(PFC)电路)或者多级电路配置。根据本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流侧有源补偿器，包括：功率电路，用于产生针对直流母线的补偿电流；采样电路，用于采样关于直流母线上电压/电流的信号以及采样关于补偿电流的信号；以及控制电路，用于根据从采样电路馈送的信号，进行闭环控制，产生脉宽调制(PWM)信号用以控制功率电路的开关动作，以使直流母线上的电压实质上稳定。

【技术特征摘要】
1.一种直流侧有源补偿器，包括：功率电路，用于产生针对直流母线的补偿电流；采样电路，用于采样关于直流母线上电压/电流的信号以及采样关于补偿电流的信号；以及控制电路，用于根据从采样电路馈送的信号，进行闭环控制，产生脉宽调制(PWM)信号用以控制功率电路的开关动作，以使直流母线上的电压实质上稳定。2.根据权利要求1所述的直流侧有源补偿器，还包括：并联端口，用于提供功率电路到直流母线的并联连接。3.根据权利要求1或2所述的直流侧有源补偿器，还包括：采样端口，用于提供采样电路到控制电路的连接。4.根据权利要求1所述的直流侧有源补偿器，其中，采样电路采样以下各项中的一项或多项：直流母线上的电压(vdc)、直流母线的输入电流(ir)、直流母线的输出电流(idc)、由后级电路中的负载功率推导的直流母线电压或电流。5.根据权利要求1所述的直流侧有源补偿器，其中，功率电路包括作为储能元件的电容器，采样电路还用于采样功率电路中电容器两端的电压，以及控制电路基于关于直流母线上电压/电流的采样信号、电容器两端电压的采样信号(vcomp)以及关于补偿电流的采样信号，进行闭环控制。6.根据权利要求1或5所述的直流侧有源补偿器，其中，控制电路包括：环路补偿器，以基于关于直流母线上电压/电流的采样信号得到的第一参考电流信号或者基于关于直流母线上电压/电流的采样信号和电容器两端电压的采样信号(vcomp)得到的第二参考电流信号作为参考电流信号，且以关于补偿电流的采样信号为反馈信号；以及PWM信号发生器，用于根据环路补偿器的输出产生PWM信号。7.根据权利要求6所述的直流补偿器，其中，控制电路包括滤波器，用于对关于直流母线上电压/电流的采样信号进行滤波，以得到第一参考电流信号。8.根据权利要求7所述的直流补偿器，其中，控制电路还包括：以电容器两端电压的采样信号(vcomp)作为反馈信号的另一环路补偿器；以及加法器，对第一参考电流信号与所述另一环路...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯阳，
申请(专利权)人：冯阳，
类型：发明
国别省市：北京,11