[发明专利]一种直流电容器谐波电流抑制方法

摘要

一种直流电容器谐波电流抑制方法，建立背靠背变流器，背靠背变流器中有源直流链路电容器电流是来自整流器i_dcr和逆变器i_dci的直流电流的叠加，两个电流i_dcr和i_dci中的谐波分量的相位由整流器和逆变器的相对相位PWM载波确定，主动控制调节整流器和逆变器中的PWM载波的频率和相位，使得来自两个变流器级的直流链路谐波电流同相，使得电容器谐波电流最小化。本发明一种直流电容器谐波电流抑制方法，可以明显减少直流链路电容器电流的第一和第二载波频带中的谐波含量和电流幅值。所提方法能够通过无需使用大容量的直流链路电容器来满足电源质量规格并且能有效减少电容器电流谐波。

主权项

1.一种直流电容器谐波电流抑制方法，其特征在于：建立背靠背变流器，背靠背变流器中有源直流链路电容器电流是来自整流器i_dcr和逆变器i_dci的直流电流的叠加，两个电流i_dcr和i_dci中的谐波分量的相位由整流器和逆变器的相对相位PWM载波确定，主动控制调节整流器和逆变器中的PWM载波的频率和相位，使得来自两个变流器级的直流链路谐波电流同相，使得电容器谐波电流最小化；通过控制PWM载波相移，能够显著减小第一载波频带中的直流谐波电流中的谐波的频率和相位，该方法在三个步骤中实现：步骤1：减少第一载波频带中的有效谐波的数量；步骤2：调整来自第一载波频带中的整流器和逆变器的剩余谐波的频率，使得它们变得相同；步骤3：使第一频带中剩余谐波的相位同步，以实现它们的最终抵消；步骤1中：该步骤中，相位B和C的载波分别相移2π/3和‑2π/3；施加(0,2π/3，‑2π/3)的载波相移，在这种相移下的第一载波频带中的电流谐波可以从(6)式导出，其中：i_dc1Shift(t)为第一载波频带中的电流谐波，I_ac是基波分量的幅度，q＝(m+nf₀/f_c)π/2，m是载波频带数，n是边带数，f₀是基波频率，f_c是PWM载波频率，M是PWM调制深度，θ_cc为参考载波相位，α是ac基波电流和ac侧变流器电压之间的角度，β是ac基波电流和ac电源电压之间的角度；第一频带中的谐波已经移动到频率(f_c‑f₀)和(f_c+5f₀)，由于贝塞尔函数Jx是x的递减函数，所以谐波的幅度(f_c+5f₀)比(f_c‑f₀)处的分量小得多，通常可以忽略，因此，该步骤的结果是第一载波频带中的有效谐波的数量减少到1；类似地，在(0,2π/3，‑2π/3)的载波相移下的第二载波频带的解析解可以被示出为：其中：i_dc2Shift(t)为第二载波频带中的电流谐波，I_ac是基波分量的幅度，q＝(m+nf₀/f_c)π/2，m是载波频带数，n是边带数，f₀是基波频率，f_c是PWM载波频率，M是PWM调制深度，θ_c是载波相位角，α是ac基波电流和ac侧变流器电压之间的角度，β是ac基波电流和ac电源电压之间的角度；如果不应用载波移位，则可以通过将相移(0,0,0)代入(6)式中来计算电流谐波，其中：i_dc2NoShift(t)为不采用载波移位时第二载波频带中的电流谐波，I_ac是基波分量的幅度，q＝(m+nf₀/f_c)π/2，m是载波频带数，n是边带数，f₀是基波频率，f_c是PWM载波频率，M是PWM调制深度，θ_c是载波相位角，α是ac基波电流和ac侧变流器电压之间的角度，β是ac基波电流和ac电源电压之间的角度；比较(11)式和(12)式，可以看出，通过应用所提出的方法，也可以减小第二载波频带中的电流谐波；上述(6)式如下：其中：i_dc(t)为每一相产生的直流链路谐波电流，I_ac是基波分量的幅度，f₀是基波频率，θ₀为基本相位角，m是载波频带数，n是边带数，f_c为PWM载波频率，θ_c为载波相位角，β是ac基波电流和ac电源电压之间的角度；步骤2中：使电容器电流的第一载波频带中的剩余电流谐波的频率相同，这可以通过谐波频率f_h调整变流器载波频率来实现，由于步骤1后的每个变流器的第一频带中的主谐波的频率为f_c‑f₀，所以使用f_c＝f_h+f₀                          (13)f₀是基波频率；从逆变器和整流器得到的第一频带电流谐波将处于相同的频率f_h，并且第二频带的下侧谐波也将处于相同的频率2f_h；步骤3中：同步第一载波频带中的逆变器和整流器的谐波电流，使得它们同相，在这种情况下，其叠加的结果将为零，并且直流链路电容器中的相应电流谐波将消失，可以找到对第一载波频带中的剩余谐波的分析：式中，i_cap1(t)为第一载波频带中的剩余电流谐波，I_acr为整流器中基波分量幅度，I_aci为逆变器中基波分量幅度，q＝(m+nf₀/f_c)π/2，m是载波频带数，n是边带数，M是PWM调制深度，f_h为谐波频率，θ_cc为参考载波相位，α是ac基波电流和ac侧变流器电压之间的角度，β是ac基波电流和ac电源电压之间的角度；其中，Δf_c是载波频率误差，θ_c0是初始载波角，如果使用不同的操作环境控制整流器和逆变器，则谐波的相位取决于两个变流器的操作条件：PWM调制深度，电流大小和功率因数以及相对初始载波角θ_c0r和θ_c0i；载波频率误差Δf_c通过数字控制系统的离散化和振荡器的任何输出方差产生，这两个因素都可以引入谐波相位误差；为了保持整流器和逆变器的谐波同相，通过改变变流器，在发明中选择整流器之一的载波相位角来建立谐波相位差的闭环控制，根据：θ_cc＝γ_i‑γ_r                     (15)其中，γ是在已经应用了直接载波移位之后的第一载波频带中的有效电流谐波的相位，γ_r和γ_i的值可以使用带通滤波器从每个变流器的直流链路电流找到。