一种功率变换器和谐振抑制方法与流程

本技术涉及能源，尤其涉及一种功率变换器和谐振抑制方法。

背景技术：

1、在光伏优化器级联系统的运行过程中，光伏优化器的实际工作点受天气变化影响较大，输出阻抗变化明显。当逆变器输出功率较小时，在光伏优化器与逆变器连接线缆中经常出现高频谐振电流。该高频谐振电流的峰峰值大于阈值时，会导致可编程控制逻辑控制器(programmable logic controller，plc)通信中断，持续时间大于设定值时，还会导致逆变器关机，从而造成发电量损失。

2、因此，如何抑制功率变换器输出线路上谐振电流是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供的一种功率变换器和谐振抑制方法，用于解决现有技术中存在的功率变换器输出线路上的谐振电流过大的问题。

2、第一方面，本技术实施例提供一种功率变换器，功率变换器的输出端用于与其它功率变换器的输入端连接，功率变换器包括控制器和功率变换电路；

3、控制器用于基于功率变换电路输出的电气量中幅值最大的交流分量，调整功率变换电路的脉宽调制信号，其中，调整后的脉宽调制信号的频率包括谐振频率，谐振频率为功率变换电路输出的电气量中幅值最大的交流分量的频率。

4、需要说明的是，本技术实施例中的功率变换器可以是光伏优化器、直流-直流(direct current-direct current，dc-dc)变换器、直流-交流(direct current-alternating current，dc-ac)变换器(如逆变器)等其他用于功率转换的设备。

5、还需要说明的是，功率变换电路输出的电气量可以是功率变换器输出端线缆上的电气量，另外，可以使用采样器对线缆上的电气量直接进行采样，也可以使用采样器对功率变换电路的组成器件进行采样，进而计算出功率变换电路输出的电气量。

6、在功率变换器的工作过程中，噪声频率与谐振频率一致或接近，导致谐振能量未被消耗完，从而使得级联的功率变换器之间的线缆上存在谐振电流。

7、基于本技术实施例的技术方案，控制器输出频率成分中包括谐振频率的脉宽调制信号，从而使得功率变换电路针对谐振频率对应的交流分量增加输出阻抗，这种效果相当于在功率变换电路的输出端串联了实体电阻，使得未消耗的谐振能量被消耗完，从而降低谐振电流幅值最大的交流分量，抑制谐振电流。

8、另外，本技术实施例的技术方案针对谐振频率增加输出阻抗，不会影响其它频率，保证了功率变换器输出的稳定性。

9、再者，由于采用有源阻尼的方法调整功率变换电路的输出阻抗，因此本技术方案不需要额外的硬件成本，并且没有额外的损耗。

10、在一种可能的设计中，调整后的脉宽调制信号包括目标占空比，目标占空比基于虚拟电流和虚拟阻值的乘积得到；

11、虚拟电流根据谐振频率得到。

12、需要说明的是，由于本设计需要针对谐振频率进行抑制且不影响其它频率，因此计算占空比用到的虚拟电流是基于谐振频率得到的。

13、虚拟阻值根据电气量中幅值最大的交流分量得到。

14、需要说明的是，由于本设计需要增加功率转换电路的输出阻抗以抑制电气量的幅值，所以需要增加的输出阻抗大小与电气量的幅值相关，因此计算占空比用到的虚拟阻值是基于电气量中幅值最大的交流分量得到的。

15、基于本设计的技术方案，控制器基于虚拟阻值与虚拟电流的乘积，可以得到对应的电压值进而转换成目标占空比以调整脉宽调制信号，进而控制功率变换电路的输出。

16、在一种可能的设计中，若虚拟电流和虚拟阻值的乘积大于或等于预设的第一电压阈值，则目标占空比基于第一电压阈值得到；或者

17、若虚拟电流和虚拟阻值的乘积小于或等于预设的第二电压阈值，则目标占空比基于第二电压阈值得到；或者

18、若虚拟电流和虚拟阻值的乘积大于第二电压阈值且小于第一电压阈值，则目标占空比基于虚拟电流和虚拟阻值的乘积得到。

19、可以理解的，虚拟阻值与虚拟电流相乘可以得到对应的电压值进而转换成占空比，但是占空比过大或过小会影响系统平衡，因此本设计中可以结合功率变换电路的实际应用场景和工作参数，配置限幅器等其他器件以限制占空比大小。

20、在一种可能的设计中，电气量为输出电流；

21、虚拟阻值基于输出电流中幅值最大的交流分量和预设的虚拟阻值-最大交流分量对应关系得到；

22、虚拟电流基于谐振频率或谐振频率与第一裕度阈值之和，以及第一滤波带宽对输出电流进行带通滤波得到，其中，第一裕度阈值大于零。

23、需要说明的是，考虑到实际应用中带通滤波过程是个慢速高精度的过程，数据时延较长，无法用于动态响应，因此可以通过设置频率裕度以修正谐振频率，使得修正后的频率更适应动态响应对数据精确度以及响应速度的要求；

24、另外，实际工程中线缆上谐振频率的峰值可能会发生偏移，若直接使用谐振频率进行谐振抑制，抑制效果会比较差，因此可以根据谐振频率增加一点裕度避免谐振峰相位偏移的影响；

25、比如，在实际应用过程中，功率变换电路输出电流的相位较低会影响抑制效果，因此可以将谐振频率调整的略大一些。

26、基于本设计的技术方案，首先，控制器基于谐振频率或谐振频率与第一裕度阈值之和对输出电流带通滤波，避免了其它频率的影响；另外，本设计根据虚拟电流确定谐振电流的能量大小，合理调节虚拟电阻的阻值，等效增大了功率变换电路的输出阻抗，从而将谐波电流抑制在合理的范围内；再者，有源阻尼的设计方式减小了对功率变换电路输出稳态的影响，降低了硬件成本。

27、在一种可能的设计中，电气量为输出电压；

28、虚拟阻值基于输出电压中幅值最大的交流分量和预设的虚拟阻值-最大交流分量对应关系得到；

29、虚拟电流为目标电压与功率变换电路的输出电容容值的乘积；

30、目标电压基于谐振频率或谐振频率与第二裕度阈值之和，以及第二滤波带宽对输出电压进行带通滤波得到；其中，第二裕度阈值大于零。

31、基于本设计的技术方案，首先，控制器基于谐振频率或谐振频率与第二裕度阈值之和对输出电压带通滤波，避免了其它频率的影响；另外，本设计根据电压计算虚拟电流，进而确定谐振电流的能量大小，合理调节虚拟电阻的阻值，等效增大了功率变换电路的输出阻抗，从而将谐波电流抑制在合理的范围内；再者，有源阻尼的设计方式减小了对功率变换电路输出稳态的影响，降低了硬件成本。

32、在一种可能的设计中，控制器还用于：

33、基于多个滤波参数对电气量分别进行带通滤波，得到至少一个交流分量；其中，多个滤波参数中各个滤波参数的中心频率互不相同且带宽相同；

34、谐振频率为至少一个交流分量中幅值最大的交流分量对应的滤波参数的中心频率。

35、可以理解的，功率变换电路输出的电气量可能包括直流分量和交流分量，本设计只需要对交流分量增加虚拟阻抗，进而消耗谐振频率对应的能量以抑制谐振电流，因此需要滤除不需要抑制的分量；

36、另外，在实际应用中可以通过多个带通滤波器设置多个滤波参数进行带通滤波。

37、基于本设计的技术方案，通过多个滤波参数对中心频率以外其它频率的分量进行衰减，并通过控制器对多个不同频率的滤波电气量进行幅值计算以及识别，得到交流电气量的最大值以及谐振频率，便于进一步针对谐振频率增加虚拟阻值，从而降低谐振电流的峰峰值。

38、在一种可能的设计中，控制器还用于：

39、对功率变换电路输出的电气量的交流成分进行快速傅里叶变换，得到至少一个交流分量；

40、谐振频率为至少一个交流分量的幅值中幅值最大的交流分量对应的频率。

41、可以理解的，功率变换电路输出的电气量可能包括直流分量和交流分量，本设计只需要对交流分量增加虚拟阻抗，进而消耗谐振频率对应的能量以抑制谐振电流，因此需要滤除不需要抑制的分量。

42、基于本设计的技术方案，控制器对交流电气量进行快速傅里叶变换，得到交流电气量的最大值以及交流电气量的谐振频率，便于针对谐振频率增加虚拟阻值，从而降低谐振电流的幅值。

43、第二方面，本技术实施例提供一种谐振抑制方法，该方法包括：

44、基于功率变换电路输出给另一个功率变换器的电气量中幅值最大的交流分量，调整功率变换电路的脉宽调制信号，其中，调整后的脉宽调制信号的频率包括谐振频率，谐振频率为功率变换电路输出的电气量中幅值最大的交流分量的频率。

45、需要说明的是，功率变换电路输出的电气量可以是功率变换器输出端线缆上的电气量，另外，可以使用采样器对线缆上的电气量直接进行采样，也可以使用采样器对功率变换电路的组成器件进行采样，进而计算出功率变换电路输出的电气量。

46、在功率变换器的工作过程中，噪声频率与谐振频率一致或接近，导致谐振能量未被消耗完，从而使得级联的功率变换器之间的线缆上存在谐振电流。

47、基于本技术实施例的技术方案，控制器输出频率成分中包括谐振频率的脉宽调制信号，从而使得功率变换电路针对谐振频率对应的交流分量增加输出阻抗，这种效果相当于在功率变换电路的输出端串联了实体电阻，使得未消耗的谐振能量被消耗完，从而降低谐振电流幅值最大的交流分量，抑制谐振电流。

48、另外，本技术实施例的技术方案针对谐振频率对应的交流分量增加输出阻抗，不会影响其它频率，保证了功率变换器输出的稳定性。

49、再者，由于采用有源阻尼的方法调整功率变换电路的输出阻抗，因此本技术方案不需要额外的硬件成本，并且没有额外的损耗。

50、在一种可能的设计中，调整后的脉宽调制信号包括目标占空比，目标占空比基于虚拟电流和虚拟阻值的乘积得到；

51、虚拟电流根据谐振频率得到；

52、虚拟阻值根据电气量中幅值最大的交流分量得到。

53、基于本设计的技术方案，控制器基于虚拟阻值与虚拟电流的乘积，可以得到对应的电压值进而转换成目标占空比以调整脉宽调制信号，进而控制功率变换电路的输出。

54、在一种可能的设计中，目标占空比基于虚拟电流和虚拟阻值的乘积得到，包括：

55、若虚拟电流和虚拟阻值的乘积大于或等于第一电压阈值，则基于第一电压阈值生成目标占空比；

56、若虚拟电流和虚拟阻值的乘积小于或等于第二电压阈值，则基于第二电压阈值生成目标占空比；

57、若虚拟电流和虚拟阻值的乘积大于第二电压阈值且小于第一电压阈值，则基于虚拟电流和虚拟阻值的乘积生成目标占空比。

58、可以理解的，虚拟阻值与虚拟电流相乘，可以得到对应的电压值进而转换成占空比，但是占空比过大或过小会影响系统平衡，因此本设计中可以结合功率变换电路的实际应用场景和工作参数，配置限幅器等其他器件以限制占空比大小。

59、在一种可能的设计中，电气量为输出电流；

60、虚拟阻值基于输出电流中幅值最大的交流分量和预设的虚拟阻值-最大交流分量对应关系得到；

61、虚拟电流基于谐振频率或谐振频率与第一裕度阈值之和，以及第一滤波带宽对输出电流进行带通滤波得到，其中，第一裕度阈值大于零。

62、需要说明的是，考虑到实际应用中带通滤波过程是个慢速高精度的过程，数据时延较长，无法用于动态响应，因此可以通过设置频率裕度以修正谐振频率，使得修正后的频率更适应动态响应对数据精确度以及响应速度的要求；

63、另外，实际工程中线缆上谐振频率的峰值可能会发生偏移，若直接使用谐振频率进行谐振抑制，抑制效果会比较差，因此可以根据谐振频率增加一点裕度避免谐振峰相位偏移的影响；

64、比如，在实际应用过程中，功率变换电路输出电流的相位较低会影响抑制效果，因此可以将谐振频率调整的略大一些。

65、基于本设计的技术方案，首先，控制器基于谐振频率或谐振频率与第一裕度阈值之和对输出电流带通滤波，避免了其它频率的影响；另外，本设计根据虚拟电流确定谐振电流的能量大小，合理调节虚拟电阻的阻值，等效增大了功率变换电路的输出阻抗，从而将谐波电流抑制在合理的范围内；再者，有源阻尼的设计方式减小了对功率变换电路输出稳态的影响，降低了硬件成本。

66、在一种可能的设计中，电气量为输出电压；

67、虚拟阻值基于输出电压中幅值最大的交流分量和虚拟阻值-最大交流分量对应关系得到；

68、虚拟电流为目标电压与功率变换电路的输出电容容值的乘积；

69、目标电压基于谐振频率或谐振频率与第二裕度阈值之和，以及第二滤波带宽对输出电压进行带通滤波得到，其中，第二裕度阈值大于零。

70、基于本设计的技术方案，首先，控制器基于谐振频率或谐振频率与第二裕度阈值之和对输出电压带通滤波，避免了其它频率的影响；另外，本设计根据电压计算虚拟电流，进而确定谐振电流的能量大小，合理调节虚拟电阻的阻值，等效增大了功率变换电路的输出阻抗，从而将谐波电流抑制在合理的范围内；再者，有源阻尼的设计方式减小了对功率变换电路输出稳态的影响，降低了硬件成本。

71、在一种可能的设计中，基于功率变换电路输出的电气量中幅值最大的交流分量，调整功率变换电路的脉宽调制信号之前，该方法还包括：

72、基于多个滤波参数对电气量分别进行带通滤波，得到至少一个交流分量；其中，多个滤波参数中各个滤波参数的中心频率互不相同且带宽相同；

73、基于至少一个交流分量的幅值，识别幅值最大的交流分量为最大交流分量；

74、谐振频率为至少一个交流量中幅值最大的交流分量对应的滤波参数的中心频率。

75、可以理解的，功率变换电路输出的电气量可能包括直流分量和交流分量，本设计只需要对交流分量增加虚拟阻抗，进而消耗谐振频率对应的能量以抑制谐振电流，因此需要滤除不需要抑制的分量；

76、另外，在实际应用中可以通过多个带通滤波器设置多个滤波参数进行带通滤波。

77、基于本设计的技术方案，通过多个滤波参数对中心频率以外其它频率的分量进行衰减，并通过控制器对多个不同频率的滤波电气量进行幅值计算以及识别，得到交流电气量的最大值以及谐振频率，便于进一步针对谐振频率增加虚拟阻值，从而降低谐振电流的峰峰值。

78、在一种可能的设计中，基于功率变换电路输出的电气量中幅值最大的交流分量，调整功率变换电路的脉宽调制信号之前，该方法还包括：

79、对功率变换电路输出的电气量的交流成分进行快速傅里叶变换，得到至少一个交流分量；

80、谐振频率为至少一个交流分量中幅值最大的交流分量对应的频率。

81、可以理解的，功率变换电路输出的电气量可能包括直流分量和交流分量，本设计只需要对交流分量增加虚拟阻抗，进而消耗谐振频率对应的能量以抑制谐振电流，因此需要滤除不需要抑制的分量。

82、基于本设计的技术方案，控制器对交流电气量进行快速傅里叶变换，得到交流电气量的最大值以及交流电气量的谐振频率，便于针对谐振频率增加虚拟阻值，从而降低谐振电流的幅值。