[发明专利]基于虚拟阻抗的电容储能型单相整流器二次纹波抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于虚拟阻抗的电容储能型单相整流器二次纹波抑制方法，包括以下步骤：对连接储能电容和蓄电池的双向DC‑DC变换器进行建模，得到两个变换器的开环等效输入阻抗；在DC‑DC变换器的滤波电感中串联虚拟阻抗Z_S；在滤波电感中串联的虚拟阻抗Z_S能够在储能电容用双向直流变换器中，通过在控制环节引入电感电流反馈来实现；所述方法使得储能电容用双向直流变换器的等效输入阻抗在二次工频中呈现低阻抗特性，低于蓄电池用变换器和母线电容等效阻抗，有利于母线二次纹波被储能电容吸收；所述方法在传统电容储能型有源滤波方法的基础上，只需采集有源滤波双向直流变换器的电感电流信号，具有结构简单、易于控制和鲁棒性高的优点。

技术领域

本发明涉及电力电子技术的控制技术领域，尤其涉及一种基于虚拟阻抗的电容储能型单相整流器二次纹波抑制方法。

背景技术

随着世界人均汽车拥有量的提高，化石能源的使用量以及温室气体的排放量越来越多，使得全球的气候和环境问题日益严重。新能源汽车以可再生能源为动力源，可实现清洁零污染排放运行，被认为是有效缓解能源危机和环境污染的新型交通运输方式之一。在新能源汽车中，当单相交流电网通过单相整流器整流给能量源，特别是蓄电池充电时，单相整流器的直流母线侧会存在二次纹波电压，此低频纹波电压会在蓄电池的充电过程中，在蓄电池中引入额外的低频纹波电流。当蓄电池中的二次纹波电流值超过蓄电池额定充电电流的8％时，不仅会导致蓄电池严重发热，寿命缩短，还将导致蓄电池的充放电效率降低。因此在新能源汽车中，减小单相整流器直流侧的二次纹波电压具有较大的研究意义。

目前减小直流纹波电压纹波的方法主要有两种：无源滤波和有源滤波。

无源滤波是在直流母线侧并联足够大的电容或者LC谐振电路来抑制电压纹波。无源滤波方法虽然简单，但是LC谐振电路对参数偏移敏感，参数选择不当可能引起系统谐振，在直流侧支撑电容和LC谐振电路之间产生很大的二次谐波电流。另外，增大直流侧电容，通常采用大容值的电解电容作为直流母线电容，会增加变换器的体积和成本，降低系统功率密度，同时电解电容的寿命相对较短。

为提高系统的功率密度，一些有源滤波器(active power filter，APF)方案被提出。现有研究中，APF的主要控制方法是通过直接检测系统中谐波源的纹波电流以实现APF的直流电压纹波抑制目标。存储相同的能量，电容电压或电感电流的脉动越大所需电容值或电感值就越小。

与无源滤波的电容和电感与直流母线直接相连不同，有源滤波的电容或电感一般是通过双向直流变换器与直流母线相连，即使电容电压或电感电流大范围脉动也不会对直流母线造成直接影响。因此有源滤波可以通过增大电容电压或电感电流脉动的方法减小电容和电感值，从而有效地提高整个系统的功率密度，但是该方法增加了双向直流变换器中功率开关器件的电压或电流应力。同时传统的有源滤波方案需要采集较多的电压电流信号，增加了整个系统的复杂性和成本。

因此为了节约成本和减小系统的体积，提高系统的功率密度以及蓄电池的充放电效率，需要提出一种新的电容储能型单相整流器二次纹波抑制方法，使其适用于新能源汽车。

发明内容

针对传统无源和有源滤波方法存在的缺点，以及新能源汽车充电系统对单相整流器直流母线电压的性能要求，本发明提出一种基于虚拟阻抗的电容储能型单相整流器二次纹波抑制的方法，该方法在传统电容储能型有源滤波方法的基础上，只需要采集有源滤波双向直流变换器的电感电流信号，具有结构简单、易于控制和鲁棒性高等优点，详见下文描述：一种基于虚拟阻抗的电容储能型单相整流器二次纹波抑制方法，所述方法包括以下步骤：

对连接储能电容和蓄电池的双向DC-DC变换器进行建模，得到两个变换器的开环等效输入阻抗；

在DC-DC变换器的滤波电感中串联虚拟阻抗Z_S；