[发明专利]用于电力电子系统和DC电网中的DC电压链路的即插即用纹波平息器

说明书

在许多电力电子系统中，存在用于促进不同源对其负载的功率处理的中间DC链路级。被称作即插即用纹波平息器（RP）的设备直接地插入到DC链路中，并且主动地移除不期望的DC链路纹波，由此消除对用于使系统稳定的电解电容器的依赖并且移除纹波。重要的是，该设备的使用对于其主机系统的操作是非侵入性的，并且不要求对现有硬件的修改。它适用于DC公用设施/系统的保护，并且还可以用作功率转换器设备中的纹波消除E‑Cap的直接替换。

技术领域

本发明涉及使用设备实现DC公用设施（utility）和系统的纹波缓解和稳定化，所述设备完全独立于连接到DC链路基础设施的现有电力电子装备和电气器械的操作。

背景技术

近年来，随着新兴的分布式可再生发电，诸如光伏发电，已经对dc电网重新燃起兴趣。设想，传统AC电网和新兴的dc电网的混合将变成将来的新电网形式。对于由AC电源提供的DC电网，必须将AC电压整流成DC电压。在该过程中，在两倍市电（mains）频率（例如对于50Hz市电，100Hz）下的电压可能作为纹波存在于dc电压链路中，除非使用非常大的电容器来提供AC电源与DC电压链路的负载之间的能量缓冲。像AC电力系统，DC电力系统具有电压调节要求。而且，dc链路电压出于各种原因而经受扰动，所述各种原因诸如大负载的突然改变和功率供应与需求之间的功率失配。

对于要求AC/DC和DC/AC转换的大多数电力电子应用，以及要求DC/DC转换的一些电力电子应用，存在中间DC链路接口以促进功率转换，如图1中所图示的。这些应用一般应用在两个级别处：（1）公用设施（器械）级别，（例如照明系统、电动车辆（EV）电池充电和电机驱动）以及（2）发电级别（例如风力涡轮机和光伏微电网电力系统）。对于两个应用级别，关键的是保证一个或若干个DC设备或下游转换器连接到的DC链路的稳定且可靠的操作。

DC链路电压的大变化将引起其级联转换器的效率和性能降级，并且将显著地增加系统的电压应力。参见L. Gu等人的“Means of eliminating electrolytic capacitor inAC/DC power supplies for LED lightings”，IEEE Trans. Power Electron.，第24卷，第5期，页码1399-1408（2009年5月）。它还可能导致其它不合期望的问题。例如，LED应用中的DC链路的变化可以导致光闪烁，其对于人类健康是有害的。参见例如B. Lehman等人的“Proposing measures of flicker in the low frequencies for lightingapplications”，IEEE Energy Conversion Congress and Exposition，(2011年)，页码2865-2872，以及A. Wilkins等人的“LED lighting flicker and potential healthconcerns: IEEE standard PAR1789 update”，IEEE Energy Conversion Congress and Exposition，（2010年），页码171-178。在电动车辆（EV）电池充电应用中，纹波功率可以使电池变热，由此减少其寿命。T. Shimizu和T. Fujita等人的“A unity power factor PWMrectifier with DC ripple compensation”，IEEE Trans. Ind. Electron.，第44卷，第4期，页码447-455（1997年），以及T. Shimizu和Y. Jin等人的“DC ripple currentreduction on a single-phase PWM voltage-source rectifier”，IEEE Trans. Ind. Appl.，第36卷，第5期，页码1419-1429（2000年）。在光伏（“PV”）应用中，该变化可以减小PV面板的功率效率，如在P. T. Krein等人的“Minimum energy and capacitancerequirements for single-phase inverters and rectifiers using a ripple port”，IEEE Trans. Power Electron.，第27卷，第11期，页码4690-4698（2012年11月）中公开的。还参见S. H. Lee等人的“Mitigation of low frequency AC ripple in single-phasephotovoltaic power conditioning systems”，J. power Electron.，第10卷，第3期，页码328-333（2010年）。