[发明专利]用于功率转换的设备和系统

说明书

技术领域

本发明的实施例一般涉及功率电子系统，更特别地涉及对功率电子系统内功率转换的控制。

背景技术

在功率电子系统中，功率转换过程可包括将来自源的功率转换成负载功率，并向负载供应该负载功率。在一个示例中，DC链路或电压总线可向与其耦合的负载供应该负载功率，例如将DC/DC转换器连接到DC/AC逆变器或其它DC能量源/能量吸收装置等。

在示例性系统中，混合动力电动车辆可采用一个或多个公共的DC链路，其耦合于可用能源，例如，电池、电容器、飞轮、内燃机、燃料电池、燃气轮机或其类似物。该一个或多个公共的DC链路的DC链路电压应该保持在限定的工作范围内。由于效率优化的缘故，此工作范围可以根据牵引逆变器上的实际负载而改变。在其它情况下，可优选使DC链路电压为常数值。

一种用来保持期望的DC链路电压的方法是准确地平衡引导进入DC链路和从DC链路输出的功率命令，使得DC链路内的能量保持恒定。该策略牵涉将所有牵涉的转换器的动态以及可能在监控器内显现的任何通信延迟/采样率限制考虑在内。然而，测量误差(例如噪声、偏移)、未知的动态(例如，由于功率转换中的非线性度导致的那些等)和由监控器引起的通信时延以及采样和保持延迟可限制进入DC链路和从DC链路出来的功率的准确平衡。

典型地，DC链路配备有一个或多个电容装置(例如，电池或超电容器)，其提供相当大的电容来滤波由电流波动产生的电压波动，并且一旦存在流入和流出DC链路的功率的高频错配或失衡则缓冲能量。该相当大的电容有助于缓冲能量以防止功率转换的随后或新的功率命令/需求之间的DC链路电压的下降/上升，该电压下降/上升可能是由于进入DC链路和从DC链路出来的功率之间的失衡所导致的。例如，在DC链路上的电压相比功率失衡缓慢地变化的情况下，可使用大电容器。使用大电容器，监控器能够平衡DC链路上的电压。然而，这些大电容DC链路电容器往往是实体上较大的部件，其具有可观的尺寸和重量，这尤其对于例如在混合动力电动车辆应用中等移动应用可能是不利的。另外，这些电容器对使用这些电容器的系统/应用增加额外的成本。

因此，提供用于控制功率转换的设备和系统，其减小功率转换DC链路上用来缓冲能量的电容器的电容、尺寸和重量。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种设备包括DC链路、耦合于该DC链路的负载，以及能量转换系统。该能量转换系统包括第一能量存储装置、耦合于该第一能量存储装置且耦合于该DC链路的第一电压转换器、耦合于该DC链路且耦合于该第一电压转换器的第一总线电压控制器，以及耦合于该第一电压转换器且耦合于该第一总线电压控制器的监控器。该第一电压转换器配置成基于命令信号并且基于第一调节信号将来自该第一能量存储装置的第一DC电压转换成第二DC电压，并且向该DC链路供应该第二DC电压。该第一总线电压控制器配置成基于该命令信号并且基于该DC链路的测量电压迭代计算该第一调节信号，并且向该第一电压转换器传送对该第一调节信号的每个迭代计算。该监控器配置成基于该负载并且基于该负载的期望DC链路电压迭代计算该命令信号，并且向该第一电压转换器和该第一总线电压控制器传送该命令信号的每个迭代计算。该第一总线电压控制器用来传送该第一调节信号的每个迭代计算的频率高于该监控器用来传送该命令信号的每个迭代计算的频率。

根据本发明的另一方面，一种设备包括电压总线、耦合于该电压总线的负载，以及耦合于该电压总线且耦合于能量存储装置的电压转换器。该电压转换器配置成将来自该能量存储装置的能量转换成电压总线电压。该设备还包括监控器，其耦合于该电压总线和该电压转换器。该监控器程序化成基于该负载迭代地确定期望的电压总线电压，并且基于该期望的电压总线电压迭代地计算控制信号，该控制信号配置成促使该电压转换器将来自该能量存储装置的该能量转换成该电压总线电压。该设备进一步包括电压总线控制器，其耦合于该电压总线、耦合于该电压转换器以及耦合于该监控器。该电压总线控制器程序化成接收来自该电压总线的电压反馈，接收来自该监控器的该控制信号，并且基于该控制信号计算该期望的电压总线电压。该电压总线控制器还程序化成确定该电压反馈是否在该期望的电压总线电压的阈值内以及该电压反馈是否在该期望的电压总线电压的该阈值外，基于该电压反馈并且基于该期望的电压总线电压计算调整设定点信号，该调整设定点信号配置成促使该电压转换器调节来自该能量存储装置的能量的转换，使得该电压总线电压上的电压处于该阈值内。该电压总线控制器用来接收该电压反馈和计算该调整设定点信号的带宽高于该监控器用来迭代地接收该电压反馈和计算该控制信号的带宽。