[发明专利]直流侧有源补偿器

说明书

公开了一种直流侧有源补偿器。根据实施例，直流侧有源补偿器可以包括：功率电路，用于产生针对直流母线的补偿电流；采样电路，用于采样关于直流母线上电压/电流的信号以及采样关于补偿电流的信号；以及控制电路，用于根据从采样电路馈送的信号，进行闭环控制，产生脉宽调制(PWM)信号用以控制功率电路的开关动作，以使直流母线上的电压实质上稳定。

技术领域

本公开涉及电力电子技术领域，具体地，涉及直流侧有源补偿电路及其控制方法。

背景技术

两级式电路结构常常用于多种电力电子设备中，如变频器、功率因数校正电路、逆变器、不间断电源等。一般地，前级提供一个稳定的直流母线电压，后级用来给负载稳定供电。根据不同的应用场合，前级的输出滤波器单元通常由电解电容器和电感器组成或者单独使用电解电容器，其主要作用之一是用来储能以保持直流母线电压稳定，或者也用来满足系统的输入谐波要求。这类电容器功率密度高，但是价格贵且体积大，更重要的是该电解电容器常常是决定整个电力电子产品寿命或可靠性的决定性因素。

为了提高系统的可靠性，近年来提出了一些方案，主要可以分为三类。第一类是通过降低电容电流来提高使用寿命，第二类是直接使用长寿命电容器，第三类是外加有源解耦电路。但是，这些方案存在各种各样的问题。例如，第一类方案由于使用前级PWM变换器，控制复杂且造价昂贵；第二类方案易造成系统不稳定，存在输入谐波或输出谐波问题；第三类控制复杂且适用性不强。

发明内容

有鉴于此，本公开的目的至少部分地在于提供一种直流侧有源补偿器，既能改善输入和输出谐波性能，对直流母线电压保持很高的稳定度，还能增加系统的可靠性，满足长寿命要求。

根据本公开的一个方面，提供了一种直流侧有源补偿器，包括：功率电路，用于产生针对直流母线的补偿电流；采样电路，用于采样关于直流母线上电压/电流的信号以及采样关于补偿电流的信号；以及控制电路，用于根据从采样电路馈送的信号，进行闭环控制，产生脉宽调制(PWM)信号用以控制功率电路的开关动作，以使直流母线上的电压实质上稳定。

该功率电路例如可以包括作为储能元件的电容器，并可以实现为双向降压型、双向升压型、双向降压-升压型或其多电平型电路拓扑。备选地，功率电路可以包括作为储能元件的电感器，并可以实现为桥式电路或其多电平型电路拓扑。

该直流侧有源补偿器可以实现为单独的模块。于是，可以包括并联端口，用于提供功率电路到直流母线的并联连接。另外，特别是在采样电路和控制电路设置在不同模块中的情况下，还可以包括采样端口，用于提供采样电路到控制电路的连接。

根据本公开的实施例，采样电路可以采样以下各项中的一项或多项：直流母线上的电压(v_dc)、直流母线的输入电流(i_r)、直流母线的输出电流(i_dc)、由后级电路中的负载功率推导的直流母线电压或电流。

另外，在功率电路包括电容器作为储能元件的情况下，采样电路还可以采样功率电路中电容器两端的电压。此时，控制电路可以基于关于直流母线上电压/电流的采样信号、电容器两端电压的采样信号(v_comp)以及关于补偿电流的采样信号，进行闭环控制。

根据本公开的实施例，控制电路可以基于环路补偿原理来实现。例如，控制电路可以包括环路补偿器。环路补偿器可以以基于关于直流母线上电压/电流的采样信号得到的第一参考电流信号或者基于关于直流母线上电压/电流的采样信号和电容器两端电压的采样信号(v_comp)得到的第二参考电流信号作为参考电流信号，且以关于补偿电流的采样信号为反馈信号。另外，控制电路还可以包括PWM信号发生器，用于根据环路补偿器的输出产生PWM信号。

第一参考电流信号可以基于滤波器来得到。例如，滤波器可以对关于直流母线上电压/电流的采样信号进行滤波，以得到第一参考电流信号。