一种通过控制实现直流电源二次纹波电流抑制的方法技术

本发明专利技术提出了一种通过控制实现直流电源二次纹波电流抑制的方法。本控制方法适用于含有LC或者类LC结构的DC

【技术实现步骤摘要】
一种通过控制实现直流电源二次纹波电流抑制的方法


[0001]本专利技术涉及电源纹波抑制领域，具体涉及一种通过控制实现直流电源二次纹波电流抑制的方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的发展，直流电源与单相逆变器组成的级联系统广泛应用于住宅、光伏发电并网、工业用电等系统中，该级联系统的特征是由DC/DC 电路与DC/AC电路组成。其中随着新能源技术的快速发展与推广，由DC/DC电路与H桥逆变电路组成的光伏逆变系统也进入快速发展阶段。该系统具有模块化的设计特点，大大缩短了电力变换系统的研发时间降低了研发成本，具有广阔的应用前景。
[0003]当DC/DC与H桥逆变电路组成的级联系统正常工作时，受到交流侧正弦电压电流的影响，H桥逆变电路的瞬时功率呈二倍交流基频变化，导致直流侧电源产生较大的二次电流脉动，即二次纹波电流。二次纹波电流严重影响电源输出功率，导致系统发热增加、发电效率与稳定性降低、变换器动态响应变慢、电池寿命缩短等问题。
[0004]目前有效的二次电流纹波抑制方法可以分文两类。第一类是通过加入二次纹波抑制电路的方法来抑制二次纹波电流。最常用的方法是加入一个大电解电容或者加入一个谐振频率为二倍基波频率的LC谐振电路来抑制二次电流谐波，该方法不仅抑制效果差，还会增加体积，并导致额外的器件损耗，降低了系统的效率与功率密度。此外，还有通过加入含有开关器件的纹波吸收电路来抑制二次电流纹波。该方法可以达到良好的二次纹波抑制效果，但是开关管的使用会带来额外的损耗，降低系统的功率密度与运行效率，同时会增加成本。第二类是通过控制的方式实现二次电流纹波的抑制，该方法不需要添加额外的电子器件，在抑制二次纹波电流的同时，不会产生第一类方法的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出一种可以抑制直流电源二次纹波电流的控制方法。该控制方法不需要额外的电路器件，能将二次纹波电流抑制到2％以下，解决了传统方案中加入额外的器件带来的效率降低、体积增大、成本上升、功率密度下降等问题，同时具备较快的动态响应速度。
[0006]为了解决上述的技术问题，本专利技术的解决技术方案是：一种通过控制实现直流电源二次纹波电流抑制的方法，其中直流电源包含DC/DC变换器；所述 DC/DC变换器包含LC电路；
[0007]所述DC/DC变换器通过电感L的电流i
L
与电容C的电压反馈，基于比例谐振控制算法对特定谐波的选频率特征，将DC/DC变换器在二次基波频率处的输出阻抗增大到原来的1/(1
‑
K
G
)倍；
[0008]所述方法包括以下步骤：
[0009]1)在每个采样周期，对所述DC/DC变换器中LC电路中电感L的电流i
L
与电容C的电
压u
C
进行采样，将采样结果返回控制器；
[0010]2)所述DC/DC变换器的参考电压u
ref
减去电容电压u
C
，再乘以比例谐振传递函数K
R
，得到传递函数H1(s)：
[0011]H1(s)＝(u
ref
‑
u
c
)
×
K
R
[0012]其中比例谐振传递函数K
R
的表达式为：
[0013][0014]其中，K
G
为比例系数，f
b
为比例谐振器的带宽，f
o
为比例谐振器的谐振频率；
[0015]3)所述DC/DC变换器的参考电压u
ref
减去H1，得到第一个参考电压u
ref1
[0016]4)将电感电流i
L
经过高通滤波器G
HPF
后，与第一个参考电压u
ref1
相减，即 u
ref1
‑
(i
L
×
G
HPF
)，得到第二个参考电压u
ref2
；高通滤波器G
HPF
的表达式为：
[0017][0018]其中，K
HPF
为高通滤波器的比例系数；
[0019]5)用参考电压u
ref2
减去电压u
C
得到误差error，然后将误差error与电压控制器的传递函数G
v
(s)相乘；电压控制器的传递函数G
v
(s)为：
[0020][0021]其中，K
p
为电压控制器的比例系数，K
i
为电压控制的积分系数；
[0022]6)将误差error与电压控制器G
v
(s)的乘积乘以离散化传递函数G
d
(s)离散化后与三角载波进行比较，得到占空比d，再将占空比经过驱动电路后输送到DC/DC变换器的开关管中，控制DC/DC变换器的输出电压。
[0023]在一较佳实施例中，步骤2中K
G
的取值范围为0<K
G
<1，f
o
的取值为二次电流谐波的频率。
[0024]在一较佳实施例中，步骤4中高通滤波器的截止频率f
c
小于f
o
×
0.707。
[0025]在一较佳实施例中，所述开关管为MOS管或者IGBT。
[0026]相较于现有技术，本专利技术公开的直流电源二次纹波电流抑制的方法具有以下的有益效果：
[0027]1.本专利技术通过控制的方法实现了直流侧电源二次纹波电流的抑制，不需要添加额外的电子器件，提高了系统的稳定性，提高了系统的效率，增加了系统的功率密度，降低了成本，且具有更好的纹波抑制效果。
[0028]2.本专利技术提出的控制方法，将参考电压减去电容两端电压后，在经过谐振控制器。相比与现有控制方法中，将电感电流采集后经过谐振控制器的方法，本方法具有更高的稳定性与更快的响应速度。
[0029]3.本专利技术提出的控制方法，将电感电流采集后，经过高通滤波器再反馈到参考电压。相比于现有的方法，本方法可以消除电流反馈所引起的电压误差。
附图说明
[0030]图1为由直流电源、DC/DC电路、逆变电路组成的为交流负载供电的典型电路拓扑；
[0031]图2为图1中电路结构的等效示意图；
[0032]图3为DC/DC变换器的输出阻抗示意图；
[0033]图4为本专利技术所述用于二次电流纹波抑制的控制系统框图；
[0034]图5为比例谐振器的伯德图；
[0035]图6为高通滤波器的伯德图；
[0036]图7本控制方法下Buck电路的输出阻抗伯德图；
[0037]图8本控制方法下实际的电流纹波抑制实验图；
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过控制实现直流电源二次纹波电流抑制的方法，其中直流电源包含DC/DC变换器；所述DC/DC变换器包含LC电路；其特征在于：所述DC/DC变换器通过电感L的电流i
L
与电容C的电压反馈，基于比例谐振控制算法对特定谐波的选频率特征，将DC/DC变换器在二次基波频率处的输出阻抗增大到原来的1/(1
‑
K
G
)倍；所述方法包括以下步骤：1)在每个采样周期，对所述DC/DC变换器中LC电路中电感L的电流i
L
与电容C的电压u
C
进行采样，将采样结果返回控制器；2)所述DC/DC变换器的参考电压u
ref
减去电容电压u
C
，再乘以比例谐振传递函数K
R
，得到传递函数H1(s)：H1(s)＝(u
ref
‑
u
c
)
×
K
R
其中比例谐振传递函数K
R
的表达式为：其中，K
G
为比例系数，f
b
为比例谐振器的带宽，f
o
为比例谐振器的谐振频率；3)所述DC/DC变换器的参考电压u
ref
减去H1，得到第一个参考电压u
ref1
4)将电感电流i
L
经过高通滤波器G
HPF
后，与第一个参考电压u
ref1
相减，即u
ref1
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：何良宗，周鸿彦，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：