[发明专利]抑制逆变系统低频纹波的自适应波形控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于可抑制直流侧低频电流纹波的逆变系统自适应波形控制方法。

背景技术

在直流到交流的供电系统中，输出50Hz/60Hz的交流电会在输入的直流端产生100Hz/120Hz的纹波噪声。这些纹波噪声在电力系统的直流输电线上会增加设备负担，产生电能损耗，其电磁辐射还将干扰通讯设备；而在直流电源中的纹波噪声会干扰负载设备中的有用信号，严重影响设备的正常运行；若输入侧为燃料电池或者太阳能电池等直流电源，低频纹波对燃料电池和太阳能电池的寿命造成严重威胁，严重降低系统效率；若输入侧是直流变换器，这种低频纹波将造成前端变换器和后端逆变器的相互耦合，相互制约，降低两变换器的动态响应特性，使得两变换器设计困难。

传统的抑制和消除低频纹波噪声的方法需要在逆变器的直流侧并联大容量的电解电容、蓄电池或接入有源滤波装置，虽然有效抑制了低频纹波电流，但电解电容、蓄电池以及有源滤波装置会增加系统成本。另外，大量使用电解电容还会影响供电系统的使用寿命。也有人提出两级变换结构中在前级DC/DC变换器采用有源控制技术抑制DC/DC输入端直流母线的低频纹波电流，这种方法的逆变器输入侧电容电压波动大，为防止DC/DC输入端电流随逆变器输入侧电压波动而变化，需要将DC/DC变换器电流环的带宽控制在100Hz以下。虽然有效抑制了两级变换结构系统输入的低频纹波电流，但逆变器输入侧电压波动大会增加后级逆变器输出电压谐波的控制难点，一旦负载发生突变，要经过几个工频周期才能达到稳定，系统动态性能差。

上述抑制低频电流纹波的方法都需要在单级式逆变器的基础上加入外围电路予以实现，成本较高。而且系统中的电解电容无法省去，限制了供电系统的使用寿命。

采用单级式逆变器和有源滤波装置实现功率变换的方法如图1所示，图1中，有源滤波装置APF一端并联在逆变器的直流侧，其提供的电流为逆变器输入端所需的100Hz/120Hz交流纹波。而有源滤波装置APF的另一端接容量较大的电解电容C2，其功率为100Hz/120Hz的纹波功率。值得注意的是，逆变器输出端的电压和电流的频率同为50Hz/60Hz，其乘积中含有100Hz/120Hz的纹波功率。若忽略系统的损耗，则电解电容100Hz/120Hz的纹波功率实际上就是逆变器输出端的纹波功率。那么是否可以将有源滤波装置的电解电容端接在逆变器的交流输出端，以省去电解电容？

有源滤波装置的电解电容端和逆变器的交流输出端的连接方式如图2所示。由于此电容C3已经串联在交流侧，则只需要容量较小的交流电容，而省去了电解电容。针对图2的连接方式，如果能够控制输出侧两只电容C1、C3上的电压含有幅值相等、相位相反的100Hz/120Hz纹波，而且两只电容上的100Hz/120Hz纹波功率正好为负载所需的纹波功率，则纹波功率将在两只串联的电容以及负载间环流，即负载所需的100Hz/120Hz纹波功率被这两只电容就地进行了补偿，不再需要直流侧提供纹波功率。也就是说，如果对图2的连接方式加以合适的控制，即对两只串联的电容电压进行自适应波形控制就可以抑制逆变直流侧的100Hz/120Hz低频电流纹波。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种抑制逆变系统低频纹波的自适应波形控制方法，采用差分式逆变器，对差分电压进行自适应波形控制，实现输出电压小、逆变直流侧无电解电容且直流侧低频电流纹波得到抑制的效果，以降低系统成本和损耗，提高系统寿命。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种抑制逆变系统低频纹波的自适应波形控制方法，其特征在于：它依次包括以下步骤：

1）差分式逆变系统包括直流输入电源、第一变换器和第二变换器，其中第一变换器包括第一差分电容C1、第一电感L1和开关管，第二变换器包括第二差分电容C2、第二电感L2和开关管，第一、第二变换器的结构对称；差分式逆变系统的输出端由第一第二差分电容C1、C2串联，且输出电压为两个差分电容的电压的差分；检测差分式逆变系统的输出电压V_o和输出电流i_o；

2）利用输出电压V_o，输出电流i_o，和已知的第一、第二差分电容C1、C2的电容值C，获得第一、第二差分电容C1、C2的电容电压设定值V_c1ref和V_c2ref: