[发明专利]一种有源滤波器及消除列车直流母线二次谐振的方法

权利要求书

1.一种直流侧有源滤波器，其特征在于：包括：具有升降压功能的双向DC/DC变换器，滤波电感Ls和用于补偿四象限整流器直流侧输出二次脉动功率的储能电容Cs；所述双向DC/DC变换器由上下两个开关管组成，每个开关管包括IGBT管和反并联二极管；

所述双向DC/DC变换器中上IGBT管的集电极与直流正母线连接，上IGBT管的发射极与下IGBT管的集电极连接，双向DC/DC变换器的半桥中点接滤波电感Ls的一端，滤波电感Ls的另一端与储能电容Cs串联式连接，储能电容Cs的另一端接直流负母线，双向DC/DC变换器中下IGBT管的发射极与直流负母线连接；

以电流从四象限整流器输出至后级逆变器负载方向为正，当四象限整流器输出的二次脉动电流由负向最大值变到正向最大值时，双向DC/DC变换器上IGBT管或与下IGBT管反并联的二极管处于导通状态，直流侧有源滤波器工作于Buck模式降压交流斩波状态，二次脉动电流从四象限整流器流向储能电容Cs，直流侧有源滤波器吸收二次脉动功率，储能电容Cs充电，储能电容Cs电压以正弦规律升高，储能电容Cs电压从最低点脉动至最高点，储能电容Cs电压脉动频率为100Hz；当四象限整流器输出的二次脉动电流由正向最大值变到负向最大值时，下IGBT管或与上IGBT管反并联的二极管处于导通状态，直流侧有源滤波器工作于Boost模式升压状态，电流从储能电容Cs流向四象限整流器，直流侧有源滤波器释放二次脉动功率，储能电容Cs放电，储能电容Cs电压以正弦规律降低，储能电容Cs电压从最高点脉动至最低点，储能电容Cs电压脉动频率为100Hz；

应用所述的直流侧有源滤波器消除列车直流母线二次谐振的方法，包括：

步骤A：直流侧有源滤波器补偿电流控制

步骤A1：直流侧有源滤波器补偿电流目标值的确定：采用四象限整流器直流侧输出电流传感器和直流母线电压传感器分别检测四象限整流器输出电流i_g和直流母线电压U_d，将检测到的四象限整流器输出电流i_g与直流母线电压U_d相乘并进行数字带通滤波处理，得到四象限整流器输出二次脉动功率瞬时值P_s，P_s除以直流侧有源滤波器储能电容直流量指令目标值U_cs*得到直流侧有源滤波器补偿电流目标值i_s*；

步骤A2：直流侧有源滤波器实际补偿电流的闭环控制：采用直流侧有源滤波器补偿电流传感器检测直流侧有源滤波器实际补偿电流i_s，将检测到的直流侧有源滤波器实际补偿电流i_s进行低通滤波处理，然后步骤A1中得到的直流侧有源滤波器补偿电流目标值i_s*与直流侧有源滤波器实际补偿电流i_s做差得到控制器2的输入；

步骤B：直流侧有源滤波器储能电容电压控制

采用直流侧有源滤波器储能电容电压传感器检测直流侧有源滤波器储能电容电压实际电压直流量U_cs，将检测到的直流侧有源滤波器储能电容电压实际电压直流量U_cs进行低通滤波处理，直流侧有源滤波器储能电容直流量指令目标值U_cs*与直流侧有源滤波器储能电容电压实际电压直流量U_cs的差为控制器1的输入；

步骤C：将控制器1和控制器2的输出相加，得到两个开关管的占空比d，根据占空比d控制双向DC/DC变换器的两个开关管动作，实现二次补偿电流的双向流动，实现抵消四象限整流器输出的二次脉动功率的功能。

2.如权利要求1所述的直流侧有源滤波器，其特征在于：所述双向DC/DC变换器的IGBT管耐压等级与四象限整流器模块相同，易于与四象限整流器集成。

3.如权利要求1所述的直流侧有源滤波器，其特征在于：所述控制器1为PI控制器，控制器2为比例谐振控制器。

4.如权利要求1所述的直流侧有源滤波器，其特征在于：依据功率平衡原理，控制储能电容Cs的二次脉冲功率等于列车交-直-交牵引供电系统的四象限整流器输出的二次脉动功率，相位相反。