用于使多相电力转换器的共模电流的谐振分量衰减的方法
【技术领域】
[0001 ] 本公开内容涉及具有虚地连接(virtual ground connection)的电力转换器，以 及更特别地涉及使虚地连接中的共模谐振衰减。
【背景技术】
[0002] 本公开内容的上下文中的电力转换器通常包括逆变器。逆变器可以包括被配置成 逆变桥的半导体开关。逆变器通过将半导体开关调制成导通或非导通状态来生成输出电压 或电流。
[0003] 电力转换器可以与输出滤波器耦接以提高由电力转换器产生的电力的质量。滤波 器可以是例如LC或LCL滤波器。在一些应用中，LCL滤波器可以具有从滤波器的电容器的星 点至电力转换器的直流总线的直接连接。在本公开内容中，这样的配置被称为具有虚地 (VG)连接的电力转换器。虚地连接可以用于限制逆变器直流总线相对于地电势的高频波 动。
[0004] 输出滤波器中的一部分可以形成共模谐振(CMR)电路，该共模谐振电路在虚地连 接上携带循环谐振电流。例如，如果电力转换器包括具有虚地连接的高性能（即低损耗）的 LCL滤波器，则因为电路的自然衰减（即在谐振频率处的损耗)会由于高性能、低损耗材料的 使用而非常低，所以强的谐振可以经由共模LC电路而出现。即使当逆变器的共模电压控制 基准未激起共模谐振时，共模电压的宽的分散谱（由于逆变器调制)仍可以在逆变器的几乎 每一操作点处引起该谐振。
[0005] 因为共模谐振会引起额外的损耗和逆变器的性能退化(例如效率、电磁兼容(EMC) 和电网电流控制性能的退化），所以减轻谐振频率处的共模电压影响会是期望的。例如，CMR 的不利影响可以存在于光伏(PV)逆变器中，在光伏逆变器中CMR会经由PV模块的杂散电容 而引起增加的泄露电流。泄露电流会具有由标准决定的某些限值，因此使逆变器直流总线 上的任意的额外高频成分最小化会是期望的。
[0006] 可以通过例如使用被动或主动衰减方法来减小共模电压的谐振分量的不利影响。 例如，可以用辅助电路系统例如用于减轻共模分量的电阻元件来实现被动共模衰减。然而， 这样的额外元件会增加系统的成本并且降低其性能。主动共模衰减方法可能同样要求使用 额外的传感器以及/或者在非理想的操作条件下可能不会按照预期的进行操作。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种方法和用于实现方法的装置以减轻上述缺点。本发明的 目的通过以独立权利要求中所述的为特征的方法和布置进行实现。在从属权利要求中公开 了本发明的优选实施方式。
[0008] 本公开内容描述了用于使多相电力转换器的共模电流的谐振分量衰减的方法，其 中，转换器包括具有至电力转换器的虚地连接的输出滤波器，以及其中，转换器的共模分量 被基于共模分量基准进行控制。
[0009] 在方法中，通过例如估计或测量来确定共模电流。然后，可以通过例如使用带通滤 波器来确定共模电流在虚地谐振电路的谐振频率处的频率分量。
[0010] 可以假设所确定的谐振频率分量为（正弦）周期信号。因此，可以认为相距整个周 期被采样的信号的样本彼此无法区分。换言之，彼此之间具有360° ( = 2^1)相移的样本具有 (近似)相同的值。
[0011]因而，可以通过使所确定的频率分量延迟使得其相移相对于实际的共模电流基本 为360°来形成稳定的反馈回路。在确定要诱导至所测量/所估计的谐振频率分量的期望的 延迟时可以考虑反馈回路中的其他延迟例如电流测量的模数转换延迟以及/或者电力转换 器的调制的切换延迟。
[0012] 使用经滤波和延迟的反馈信号，可以使共模电流的谐振频率分量可靠地衰减。反 馈信号可以为例如被引入到共模电压基准中的相反电压基准的形式。
[0013] 根据本公开内容的方法使得在谐振频率的附近衰减，而不增加虚接地在谐振频率 以上的共模电流分量。
[0014] 根据本公开内容的主动衰减方法可以被实现使得其仅依赖于并且基于输出滤波 器的参数而不依赖交流输出频率。因此也可以容易地在交流频率变化的应用（例如电机驱 动装置)中采用方法。
[0015] 使用根据本公开内容的方法，可以在没有额外的电路系统或测量的情况下使共模 谐振衰减。
【附图说明】
[0016] 在下文中，将参考附图借助于优选实施方式来对本发明进行详细地描述，在附图 中：
[0017] 图1示出具有虚地LCL配置的示例性三相线转换器；
[0018] 图2示出图1的示例性配置的谐振电路的单相等效电路表示；
[0019] 图3示出根据本公开内容的反馈环路的实现的示例性的简化框图；以及
[0020] 图4示出作为共模控制环路的一部分的图3的示例性实现。
【具体实施方式】
[0021] 本公开内容描述了用于使多相(例如三相）电力转换器的共模电流的谐振分量衰 减的方法，其中，电力转换器包括具有至电力转换器的虚地连接的输出滤波器。电力转换器 可以是例如逆变器或变频器。共模电流流过虚地连接并且可以基于共模电流基准被控制。 例如，共模电流基准可以用于控制所产生的输出电力的三次谐波成分。输出滤波器可以包 括沿虚地连接形成谐振电路的至少一个电感性元件和至少一个电容性元件。输出滤波器可 以是将电力转换器连接至例如电力网的LC滤波器或LCL滤波器。
[0022]图1示出具有虚地LCL配置的示例性三相线转换器。在图1中，转换器为与电网相连 的包括逆变桥的三相变频器11。充当输出滤波器的LCL滤波器12连接在变频器11和电网13 之间。
[0023] 在图1中，LCL滤波器12包括转换器侧的三个相电感器[^^至^^^电网侧的三 个电感器1^^,3至1^1(1,。以及三个相电容器0￡,3至0^。电容器0￡, 3至0^均连接至公共星点1 虚地连接14将LCL滤波器12的星点M连接至变频器11的直流线路的中性点N。共模电流1@在 图1中的星点M与中性点N之间流动。
[0024] 转换器侧的相电感器1^_,3至1^_,。连同相电感器(^至&,。一起经由虚地连接形 成谐振电路。作为结果，共模电流可以包括由谐振电路诱导的谐振频率分量。
[0025] 图2示出图1的示例性配置的谐振电路的单相等效电路表示。转换器侧的相电感器 Lconv, a至Lconv, c由单个电感器Lconv表不，而相电容器Cf, a至Cf, c由单个电容器Cf表不。变频器由 可控电压源Vconv表不。谐振电路的电感器和电容器的内电阻由图2中的电阻器Rconv和R cf表 示。共模电流I np流过图2的电路。
[0026] 基于图2中的单相等效图，虚地电流的转移函数(transfer function)Gic；(s)可以 如下写为：
(1)
[0028]根据本公开内容的方法包括:确定共模电流;基于共模电流形成反馈信号；以及将 反馈信号引入到共模电流基准中以抑制谐振频率分量。反馈信号表示共模电流的正弦谐振 频率分量。通过向共模电流基准引入作为相反的谐振频率分量的分量，可以减小谐振。可以 例如根据相电流来确定共模电流或者可以从虚地连接直接测量共模电流。
[0029]为了确保衰减仅在期望的频率范围内是有效的，期望的会是对反馈信号进行滤 波。例如，电力转换器的控制系统可以包含将三次谐波分量引入到控制输出功率中。为了避 免妨碍三次谐波引入，期望的是将衰减限于仅谐振频率并且忽略其他频率。因此，可以用具 有其与谐振电路的谐振频率相一致的通带的带通滤波器来确定根据本公开内容的方法中 的正弦谐振频率分量。带通滤波器可以是例如二阶巴特沃斯滤波器。巴特沃斯滤波器具有 线性相移，所以其非常适合于根据本公开内容的方法。
[0030]共模电流电路的谐振频率中的双极(doub 1 e po 1 e)产生相移，该相移会使得对谐 振频率以上的频率进行控制是困难的。然而，如果周期信号的幅度相对慢地改变，则可以认 为信号的连续的周期彼此无法区分。因此，可以通过添加延迟一一该延迟造成相对于谐振 频率分量的随后的周期而言的足够的相位裕度一一来实现经典的稳定标准。例如，可以通 过使所确定的频率分量延迟使得其相移相对于要控制的原始信号基本为360°来形成稳定 的反馈回路。
[0031]因此，在根据本公开内容的方法中形成反馈信号可以包括向反馈信号添加延迟。 延迟可以使得所确定的谐振频率分量具有相对于共模电流的正弦谐振频率分量的随后的 周期而言的足够的相位裕度以形成稳定的控制回路。
[0032]在根据本公开内容的方法中，不使谐振的（至少)第一周期衰减。然而，因为谐振的 幅度实际上从零逐渐增大，所以根据本公开内容的方法能够有效抑制谐振。
[0033]在离散系统中，由测量(例如模数转换)所诱导的各种延迟以及/或者脉冲宽度调 制会对控制系统具有显著影响。为了计算要添加的合适的延迟，期望的会是确定(或至少近 似)各种固有系统延迟。可以基于例如至少切换延迟、输出滤波器在谐振频率处的相移以及 模数转换延迟来计算被添加至反馈