一种用于三相逆变器的功率解耦装置和方法与流程

本发明属于电力电子，更具体地，涉及一种用于三相逆变器的功率解耦装置和方法。

背景技术：

1、三相逆变器是通过控制功率半导体器件按规律开通和关断将直流电变换成三相交流电的一种电力电子装置，广泛应用在分布式发电、机车辅助供电和不间断电源等场合中，但是三相逆变器运行在负载不平衡的条件下是，输出电流中的负序电流分量会使交流侧的功率中包含二次脉动功率，依据功率守恒定律，直流侧也会存在二次脉动功率，当系统中存在的二次脉动功率会影响供电质量，并且当二次脉动功率耦合传递到直流侧时，会造成直流侧电压以及电流波动，进而会影响直流侧电源寿命并影响前级装置的稳定性。

技术实现思路

1、本发明需要解决的技术问题是：如何不改变原三相逆变器结构，解决其交流侧产生的二次脉动功率耦合到直流侧造成直流侧二次电流脉动的问题。

2、本发明是通过如下技术方案达到上述目的：

3、第一方面，提供了一种用于三相逆变器的功率解耦装置，包括：功率解耦电路和控制模块，所述控制模块与所述功率解耦电路连接；

4、所述功率解耦电路包括正极输入端和负极输入端，所述正极输入端与三相逆变器的直流母线上的正极连接，所述负极输入端与所述三相逆变器的直流母线上的负极连接；

5、所述功率解耦电路中设有第一电容，所述第一电容的一端与所述正极输入端连接，所述第一电容的另一端与所述负极输入端连接，所述第一电容用于吸收所述三相逆变器中的二次脉动电流，以抑制所述三相逆变器直流母线上电压和电流的脉动；

6、所述控制模块用于获取所述直流母线上的电流与电压、所述第一电容的电压以及所述第一电容的参考电压，并根据所述直流母线上的电流与电压、所述第一电容的电压以及所述第一电容的参考电压得到pwm控制律，以控制所述功率解耦电路的工作状态。

7、优选的，所述功率解耦电路还包括第一分压点、电感和半桥臂，所述第一分压点与所述正极输入端连接，所述电感的一端与所述第一分压点连接，所述电感的另一端与所述半桥臂连接；

8、所述电感和所述半桥臂组成双向buck-boost电路，为所述二次脉动电流提供通路。

9、优选的，所述电感的另一端与所述半桥臂连接，具体为：

10、所述半桥臂包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的源极与所述第二开关管的漏极连接，在所述第一开关管的源极与所述第二开关管的漏极之间设有第二分压点，所述电感的另一端与所述第二分压点连接。

11、优选的，所述第一电容的一端与所述第一开关管的漏极连接，所述第一电容的另一端与所述第二开关管的源极连接。

12、优选的，所述功率解耦电路还包括第二电容，所述第二电容的一端与所述正极输入端连接，所述第二电容的另一端与所述负极输入端连接；

13、所述电感和所述第二电容组成高频滤波器，用于吸收所述第一开关管和第二开关管工作时产生的高频电流纹波。

14、优选的，所述控制模块包括获取单元和信号处理单元，所述获取单元与所述信号处理单元连接；

15、所述获取单元用于获取所述直流母线上的电流与电压、所述第一电容的电压以及所述第一电容的参考电压，并将所述直流母线上的电流与电压、所述第一电容的电压以及所述第一电容的参考电压传输给所述信号处理单元；

16、所述信号处理单元用于根据所述直流母线上的电流与电压、所述第一电容的电压以及所述第一电容的参考电压得到处理信号。

17、优选的，所述控制模块还包括脉冲宽度调制(pulse width modulation，简写为pwm)单元，所述pwm单元的信号输入端与所述信号处理单元连接，所述pwm单元的信号输出端分别与所述第一开关管和第二开关管的栅极连接；

18、所述pwm单元用于根据所述处理信号生成pwm控制律，根据所述pwm控制律控制所述第一开关管和第二开关管的导通与断开，从而实现对所述功率解耦电路的工作状态控制。

19、优选的，所述信号处理单元包括高通滤波器、电压控制器和比例积分(proportional-integral，简写为pi)控制器，所述高通滤波器与所述电压控制器连接，所述高通滤波器用于接收所述直流母线上的电压，并将所述直流母线上的电压传输给所述电压控制器以得到第一参考电流，所述第一参考电流为所述功率解耦电路需要补偿的二次脉动电流的分量；

20、所述pi控制器用于接收所述第一电容的电压与第一电容的参考电压并通过pi控制，以得到第二参考电流，所述第二参考电流用于控制所述第一电容工作的稳定。

21、优选的，所述信号处理单元还包括电流控制器，所述电流控制器与所述pwm单元的信号输入端连接，所述电流控制器用于将所述直流母线上的电流、所述第一参考电流和第二参考电流进行比较，生成处理信号，并将所述处理信号发送给所述pwm单元。

22、第二方面，提供了一种用于三相逆变器的功率解耦方法，包括：

23、将所述功率解耦电路的正极输入端与三相逆变器的直流母线上的正极连接，所述负极输入端与所述三相逆变器的直流母线上的负极连接；

24、所述第一电容吸收所述三相逆变器中的二次脉动电流，以抑制所述三相逆变器直流母线上电压和电流的脉动；

25、所述控制模块获取所述直流母线上的电流与电压、所述第一电容的电压以及所述第一电容的参考电压，并根据所述直流母线上的电流与电压、所述第一电容的电压以及所述第一电容的参考电压得到pwm控制律，以控制所述功率解耦电路的工作状态。

26、本发明的有益效果是：本发明通过将功率解耦电路的正极输入端和负极输入端并联在所述三相逆变器的直流母线上，所述功率解耦电路为所述直流母线上的二次脉动电流提供电流通路，传输给所述功率解耦电路中的第一电容，所述第一电容吸收所述二次脉动电流，进而抑制了所述直流母线上的二次脉动电流问题，所述功率解耦电路并联在所述直流母线上使用，可以实现即插即用，不影响原三相逆变器的正常使用，同时，通过控制模块来控制所述功率解耦电路的正常工作，提高了所述功率解耦电路对所述三相逆变器工作的稳定性。

技术特征：

1.一种用于三相逆变器的功率解耦装置，其特征在于，包括：功率解耦电路和控制模块，所述控制模块与所述功率解耦电路连接；

2.根据权利要求1所述的用于三相逆变器的功率解耦装置，其特征在于，所述功率解耦电路还包括第一分压点、电感和半桥臂，所述第一分压点与所述正极输入端连接，所述电感的一端与所述第一分压点连接，所述电感的另一端与所述半桥臂连接；

3.根据权利要求2所述的用于三相逆变器的功率解耦装置，其特征在于，所述电感的另一端与所述半桥臂连接，具体为：

4.根据权利要求3所述的用于三相逆变器的功率解耦装置，其特征在于，所述第一电容的一端与所述第一开关管的漏极连接，所述第一电容的另一端与所述第二开关管的源极连接。

5.根据权利要求3所述的用于三相逆变器的功率解耦装置，其特征在于，所述功率解耦电路还包括第二电容，所述第二电容的一端与所述正极输入端连接，所述第二电容的另一端与所述负极输入端连接；

6.根据权利要求3所述的用于三相逆变器的功率解耦装置，其特征在于，所述控制模块包括获取单元和信号处理单元，所述获取单元与所述信号处理单元连接；

7.根据权利要求6所述的用于三相逆变器的功率解耦装置，其特征在于，所述控制模块还包括pwm单元，所述pwm单元的信号输入端与所述信号处理单元连接，所述pwm单元的信号输出端分别与所述第一开关管和第二开关管的栅极连接；

8.根据权利要求7所述的用于三相逆变器的功率解耦装置，其特征在于，所述信号处理单元包括高通滤波器、电压控制器和pi控制器，所述高通滤波器与所述电压控制器连接，所述高通滤波器用于接收所述直流母线上的电压，并将所述直流母线上的电压传输给所述电压控制器以得到第一参考电流，所述第一参考电流为所述功率解耦电路需要补偿的二次脉动电流的分量；

9.根据权利要求8所述的用于三相逆变器的功率解耦装置，其特征在于，所述信号处理单元还包括电流控制器，所述电流控制器与所述pwm单元的信号输入端连接，所述电流控制器用于将所述直流母线上的电流、所述第一参考电流和第二参考电流进行比较，生成处理信号，并将所述处理信号发送给所述pwm单元。

10.一种用于三相逆变器的功率解耦方法，其特征在于，所述方法适用于如权利要求1～9任一项所述的用于三相逆变器的功率解耦装置上，包括：

技术总结
本发明属于电力电子技术领域，更具体地，涉及一种用于三相逆变器的功率解耦装置和方法，包括：功率解耦电路和控制模块，所述功率解耦电路包括正极输入端和负极输入端，所述正极输入端与三相逆变器的直流母线上的正极连接，所述负极输入端与所述三相逆变器的直流母线上的负极连接，所述功率解耦电路中设有第一电容，所述第一电容的一端与所述正极输入端连接，另一端与所述负极输入端连接，所述第一电容用于吸收所述二次脉动电流，以抑制所述三相逆变器直流母线上电压和电流的脉动，并根据所述直流母线上的电流与电压、所述第一电容的电压以及所述第一电容的参考电压得到PWM控制律，以控制所述功率解耦电路的工作状态。

技术研发人员：曾定军,刘威,彭琪,王山斌,费亚龙
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