一种减小母线工频纹波的装置、方法及AC-DC转换装置与流程

本发明属于电力电子，更具体地，涉及一种减小母线工频纹波的装置、方法及ac-dc转换装置。

背景技术：

1、随着信息电子技术的不断发展，功率因数校正单元的应用越来越广泛，为了满足现有技术越来越高的需求，当前交流-直流(alternating current-direct current，简写为ac-dc)转换器的元器件成本显著地增加，同时也限制了ac-dc转换器的体积，为了降低ac-dc转换器的器件成本、减小转换器体积，目前，通过减少ac-dc转换器输出级母线电解电容数量是目前最简单的方法，减少电解电容数量虽然可以减小体积，但是会导致母线电压纹波增大，而过大的纹波电压会导致输出电压畸变，并网电流波形质量差，严重的时候会给电网的安全运行带来威胁，同时过大的纹波电压会是电容发热严重、寿命缩短，使得转换器损耗增加，效率降低。

技术实现思路

1、本发明需要解决的技术问题是：如何在减小ac-dc转换器体积的同时，减小母线上的工频纹波。

2、本发明是通过如下技术方案达到上述目的：

3、第一方面，提供了一种减小母线工频纹波的装置，包括：采集模块、补偿模块和双环控制模块，所述采集模块分别连接所述补偿模块和双环控制模块，所述补偿模块与所述双环控制模块连接；

4、所述采集模块用于采集ac-dc转换器的母线上的输入电压的波形、母线上的输入电压的相位、母线上的直流电压、所述直流电压的纹波电压以及母线上的电感电流；

5、所述补偿模块用于根据所述输入电压的相位和纹波电压得到补偿信息，并将所述补偿信息发送给所述双环控制模块；

6、所述双环控制模块用于根据所述输入电压的波形、母线上的直流电压、母线上的电感电流以及所述补偿信息生成pwm(pulse width modulation，脉冲宽度调制)控制律以驱动所述ac-dc转换器中的开关管。

7、优选的，所述补偿模块包括纹波补偿器，所述纹波补偿器的信号输入端与所述采集模块连接，所述纹波补偿器的信号输出端与所述双环控制模块连接；

8、所述纹波补偿器用于根据所述输入电压的相位和所述纹波电压生成所述补偿信息，并将所述补偿信息按预设权重系数分为第一补偿信息和第二补偿信息；

9、所述纹波补偿器还用于将所述第一补偿信息和第二补偿信息发送给所述双环控制模块。

10、优选的，所述双环控制模块包括电压环和乘除法器；

11、所述电压环分别与所述乘除法器和纹波补偿器连接；

12、所述电压环用于接收所述母线上的直流电压和第二补偿信息，所述电压环设定一个参考电压，所述电压环根据所述第二补偿信息对所述参考电压进行补偿，得到补偿电压；

13、所述电压环根据所述母线上的直流电压与补偿电压生成第一控制信号，并将所述第一控制信号发送给所述乘除法器；

14、所述乘除法器用于根据所述第一控制信号和所述输入电压的波形得到第二控制信号。

15、优选的，所述乘除法器用于根据所述输入电压的波形采集出所述输入电压的波形中的电压幅值与有效值；

16、在所述乘除法器中，将所述第一控制信号乘以所述电压幅值，再除以所述有效值，得到所述第二控制信号。

17、优选的，所述双环控制模块还包括电流环，所述电流环分别与所述乘除法器和纹波补偿器连接；

18、所述电流环用于根据所述第一补偿信息、第二控制信号和母线上的电感电流生成第三控制信号。

19、优选的，所述双环控制模块还包括pwm驱动器，所述pwm驱动器与所述电流环的信号输出端连接；

20、所述pwm驱动器用于接收所述第三控制信号与预设的三角波信号，并通过比较所述第三控制信号与所述三角波信号，得到所述pwm控制律以驱动所述ac-dc转换器中的开关管。

21、第二方面，提供了一种减小母线工频纹波的方法，包括：

22、所述采集模块采集ac-dc转换器母线上的输入电压的波形、母线上的输入电压的相位、母线上的直流电压、所述直流电压的纹波电压以及母线上的电感电流；

23、所述补偿模块根据所述输入电压的相位和纹波电压得到补偿信息，并将所述补偿信息发送给所述双环控制模块；

24、所述双环控制模块根据所述输入电压的波形、母线上的直流电压、母线上的电感电流以及所述补偿信息生成pwm控制律以驱动所述ac-dc转换器中的开关管。

25、第三方面，提供了一种减小工频纹波的ac-dc转换装置，所述转换装置包括：ac-dc转换器和减小母线工频纹波的装置，所述ac-dc转换器与所述减小母线工频纹波的装置连接；

26、所述ac-dc转换器包括交流电压源、整流桥和开关管；

27、所述整流桥包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；

28、所述交流电压源的一端与所述第一端口连接，所述交流电压源的另一端与所述第三端口连接；

29、所述开关管的漏极与所述第二端口连接，所述开关管的源极与所述第四端口连接，所述开关管的栅极与所述双环控制模块连接；

30、通过所述pwm控制律调节所述开关管的导通时间，以减小所述ac-dc转换器母线的工频纹波。

31、优选的，所述ac-dc转换器还包括第一电容、电感，二极管、第二电容和负载；

32、所述第一电容为滤波电容，所述第二电容为电解电容，所述电感为功率电感；

33、所述第一电容的一端和所述电感的一端均连接所述第二端口；

34、所述第一电容的另一端与所述第四端口连接，所述电感的另一端与所述开关管的漏极连接；

35、所述电感的另一端还与所述二极管的正极连接，所述二极管的负极分别连接所述第二电容的正极和所述负载的一端；

36、所述第二电容的负极和所述负载的另一端均连接所述第四端口。

37、优选的，所述采集模块分别与所述电感的一端、所述负载的一端、所述开关管的栅极以及所述开关管的源极连接。

38、本发明的有益效果是：本发明通过采集模块采集ac-dc转换器母线上的输入电压的波形、母线上的输入电压的相位、母线上的直流电压、所述直流电压的纹波电压以及母线上的电感电流，利用补偿模块以及双环控制模块配合生成pwm控制律以驱动所述ac-dc转换器中的开关管，以减小所述ac-dc转换器的工频纹波，在减少了ac-dc转换器体积前提下，还保证了所述ac-dc转换器工作的稳定性。

技术特征：

1.一种减小母线工频纹波的装置，其特征在于，包括：采集模块、补偿模块和双环控制模块，所述采集模块分别连接所述补偿模块和双环控制模块，所述补偿模块与所述双环控制模块连接；

2.根据权利要求1所述的减小母线工频纹波的装置，其特征在于，所述补偿模块包括纹波补偿器，所述纹波补偿器的信号输入端与所述采集模块连接，所述纹波补偿器的信号输出端与所述双环控制模块连接；

3.根据权利要求2所述的减小母线工频纹波的装置，其特征在于，所述双环控制模块包括电压环和乘除法器；

4.根据权利要求3所述的减小母线工频纹波的装置，其特征在于，所述乘除法器用于根据所述输入电压的波形采集出所述输入电压的波形中的电压幅值与有效值；

5.根据权利要求3所述的减小母线工频纹波的装置，其特征在于，所述双环控制模块还包括电流环，所述电流环分别与所述乘除法器和纹波补偿器连接；

6.根据权利要求5所述的减小母线工频纹波的装置，其特征在于，所述双环控制模块还包括pwm驱动器，所述pwm驱动器与所述电流环的信号输出端连接；

7.一种减小母线工频纹波的方法，其特征在于，所述方法适用于如权利要求1～6任一项所述的减小母线工频纹波的装置中，包括：

8.一种减小工频纹波的ac-dc转换装置，其特征在于，所述转换装置包括：ac-dc转换器和如权利要求1～6任一项所述的减小母线工频纹波的装置，所述ac-dc转换器与所述减小母线工频纹波的装置连接；

9.根据权利要求8所述的减小工频纹波的ac-dc转换装置，其特征在于，所述ac-dc转换器还包括第一电容、电感、二极管、第二电容和负载；

10.根据权利要求9所述的减小工频纹波的ac-dc转换装置，其特征在于，所述采集模块分别与所述电感的一端、所述负载的一端、所述开关管的栅极以及所述开关管的源极连接。

技术总结
本发明属于电力电子技术领域，更具体地，涉及一种减小母线工频纹波的装置、方法及AC‑DC转换装置，包括：采集模块、补偿模块和双环控制模块，所述采集模块分别连接所述补偿模块和双环控制模块，所述补偿模块与所述双环控制模块连接，所述采集模块用于采集AC‑DC转换器的母线上的输入电压的波形、母线上的输入电压的相位、母线上的直流电压、所述直流电压的纹波电压以及母线上的电感电流，所述补偿模块用于根据所述输入电压的相位和纹波电压得到补偿信息，并将所述补偿信息发送给所述双环控制模块，所述双环控制模块用于根据所述输入电压的波形、母线上的直流电压、母线上的电感电流以及所述补偿信息生成PWM控制律以驱动所述AC‑DC转换器中的开关管。

技术研发人员：王山斌,费亚龙,崔乃东,刘威
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七〇九研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15