[发明专利]共模滤波器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用有源共模滤波器的用于电力转换器和逆变器系统的装置。具体地，本发明涉及一种用于对从诸如太阳能板的外部源到公用电网的电力转换的多个方面进行调节的共模滤波器装置，但本发明不限于此。

背景技术

电力转换器被用来在电路之间转移电力。每个电路连接到电力转换器的不同电力端口。每个电力端口具有至少两个电力导体。电力端口电压由差模(DM)电压和共模(CM)电压表征。DM电压是成对电力导体之间的电势差。CM电压是所有电力导体与诸如地(大地)的参考电势之间的平均电势差。类似地，电力端口电流由DM电流和CM电流表征。DM电流是成对电力导体中的电流之间的差。CM电流是所有电力导体上的电流之和。

在整个本文献中使用以下缩略词：

CM 共模

DM 差模

EMI 电磁干扰

PWM 脉冲宽度调制

UPS 不间断电力供应

VSI 电压源逆变器

在设计良好的电力转换器中，电力流主要经由指定的电力导体。因此，CM电流是小的，并且电力端口处的电力流主要由DM电压和DM电流确定。当选择电力转换器拓扑时，DM电压和DM电流特性是主要的考虑。CM电压和CM电流特性典型地是次要的。对于电力转换器，关键性能测量包括工作DM电压范围、电力转换效率、安装成本、大小和质量。

许多最佳性能的电力转换器在电力端口之间具有系统的CM电压。例如，三相电压源逆变器(VSI)是在DC和AC电力端口之间具有显著CM电压差的DC至AC开关模式型电力转换器。参见图1中的示例性VSI电路。CM电压包括DC分量、AC端口频率的谐波和VSI开关频率的谐波。参见图2中的示例性VSI CM电压波形。参见图3中的VSI CM电压波形的低频(开关平均)分量的典型绘图。

高效逆变器是期望的但成本必须合理。目前VSI具有高效率和低成本，但当其与光伏电源一起使用时相关的CM电压产生不可接受的高地电流。因此，提供低成本且与光伏电源一起使用时以低地电流工作的高效电力转换器是有益的。

在使用VSI的许多应用中，电力端口之间的外部电路阻抗是高的，因而CM电压差仅产生小的CM电流。例如，大多数变速电机驱动使用三相VSI。CM电压差被施加在电机绕组绝缘层上，这典型地属于特殊类型。绝缘层由对地(大地)的小电容表征。CM电压的AC分量在绝缘电容中产生小的CM电流，这通常是可容许的。

在一些应用中，至地的电容是显著的，例如，连接到AC公用电网的太阳能光伏发电系统。具有在开关频率和谐波处的CM电压差的电力转换器典型地产生不可接受水平的CM电流。对于大的光伏系统，具有在公用电网频率和谐波处的CM电压差的电力转换器还可能产生不可接受水平的CM电流。对于诸如双转换不可间断电力供应(UPS)系统的其它应用，在输入和输出电力端口之间存在对于CM电流而言的低阻抗外部电路。在此情况下，任何显著的CM电压将导致不可接受水平的CM电流。

针对具有高地阻抗或低阻抗外部CM电路的应用的现有技术方案包括：

●具有低CM电压或零CM电压的电力转换器拓扑。这通常以其它关键方面的性能例如DM电压范围、电力转换效率、安装成本、大小和质量为代价。

●与隔离变压器结合使用的具有显著CM电压的电力转换器拓扑。变压器降低电力转换效率并增大安装成本、大小和质量。

因此，本发明的目的是提供一种改进的共模滤波器装置，该改进的共模滤波器装置克服或者至少大幅度改善现有技术中的一个或多个问题。

发明内容

因此，在一种形式中，本发明提供了一种用于对由电力转换器进行的从诸如太阳能板的外部源到另一外部电路的电力转换的多个方面进行调节的共模滤波器装置，其中，共模滤波器装置大幅度衰减了电力转换器的开关频率加上谐波处的共模电压，并且其中，共模滤波器装置具有与电力转换器串联连接以支持电力转换器端口之间的共模电压差并且将共模电流控制在可接受水平的共模滤波器。电力转换器可以为单相。

优选地，电力转换器为多相。因此，根据本发明，提供了一种用于对从诸如太阳能板的外部源到诸如公用电网的AC系统的电力转换的多个方面进行调节的共模滤波器装置，其中，共模(CM)滤波器装置大幅度衰减了AC系统基波频率加上谐波处的、以及相关联的电力转换器的开关频率加上谐波处的CM电压。

CM滤波器装置可包括有源滤波器配置。

CM滤波器装置可包括无源滤波器配置。