[发明专利]基于双向DC-DC变换器的直流有源滤波器

说明书

技术领域

本发明的技术领域是电力电子技术与设备领域，具体涉及一种独创的基于双向DC-DC变换器的直流有源滤波器，用于滤除直流电源端电流纹波。

背景技术

目前，对直流电源、逆变器和交流电机组成的电驱动系统的研究和应用已比较广泛。比如新能源汽车中电池或燃料电池驱动牵引电机，直流电网为工业交流电机供电等。

由于交流电机可能的非线性暂态负载特性以及开关器件的高频通断换流属性等，直流电源端会产生严重的纹波电流。这将严重影响直流储能系统（例如蓄电池）的使用寿命，或者直流电网（如果直流母线端连入直流电网）的用电品质。

现有的有源滤波技术大部分都应用在交流系统中，而已有的直流有源滤波器也均需要整流前交流电网的频率和相位作为基准才能实现其功能。尚无直流有源滤波器能够对包括直流电源、逆变器和电机的整个独立电驱动系统进行实时滤波。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提供一种基于双向DC-DC变换器的直流有源滤波器。

本发明的目的可以通过以下技术措施来实现：

根据本发明提供的基于双向DC-DC变换器的直流有源滤波器，包括依次连接的电机控制器、微处理器、以及双向DC-DC变换器，还包括与双向DC-DC变换器相连接的直流电容，双向DC-DC变换器包含了开关器件驱动电路，其中：电机控制器用于根据电机转子位置反馈计算得到电角度，并根据电角度间接获得电机A相电压频率和基波电角度；微处理器用于以电机控制器获得的电机A相电压频率和基波电角度为基准，对采集到的逆变器直流母线端的电流进行傅里叶变换，以对直流母线电流高频纹波分量进行提取，然后通过控制双向DC-DC变换器让直流电容提供纹波分量，以大大减小、或者消除直流电源两端的纹波来滤除直流电源两端的纹波。

优选地，微处理器包括计算模块、第一A/D模块、第二A/D模块、减法运算器、PID模块、微处理器的PWM模块、微处理器的通信单元，其中：

微处理器的通信单元用于将接收自电机控制器的电机A相电压基波频率和基波电角度发送至计算模块；

第一A/D模块与直流母线相连接，用于将采集到的逆变器直流母线端的电流经A/D处理后发送至计算模块；

计算模块用于以电机A相电压基波频率和基波电角度作为傅里叶变换的基准，对采集到的逆变器直流母线端的电流进行傅里叶变换得到直流系统母线上的纹波分量i_dc，r；

第二A/D模块与直流母线相连接，用于将采集到的双向DC-DC变换器端的电流i_con经A/D处理后发送至减法运算器；

减法运算器用于对双向DC-DC变换器端的电流i_con与纹波分量i_dc，r进行减法运算，然后将运算结果输出给PID模块；

PID模块用于对减法运算器的运算结果进行PID调整得到信号A，然后将信号A发送至微处理器的PWM模块；

微处理器的PWM模块用于根据信号A产生PWM信号，并将PWM信号发送至双向DC-DC变换器。

优选地，微处理器还包括限值比较模块，其中，限值比较模块用于通过检测直流电容两端电压进行限值处理，然后根据限值处理结果发送指令至微处理器的PWM模块，微处理器的PWM模块根据所述指令和信号A产生PWM信号。

优选地，双向DC-DC变换器与直流电容并联连接，双向DC-DC变换器与直流电源并联连接。

优选地，双向DC-DC变换器允许双向功率流动。

优选地，直流电容为直流电解电容、超级电容、或膜电容。

优选地，直流系统中的电机控制与双向DC-DC变换器控制结合使用。

可以证明，逆变器输入端电流可展开为以输出相电压基波为基准的傅里叶级数。根据此依据，采用基波频率与过零点间接计算方法得出实时纹波电流补偿策略。最后将电机控制器与DC-DC控制器有机结合，利用上述实时纹波电流补偿策略实现消除直流电源端纹波的目的。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：