[发明专利]一种具有故障穿越功能的单相PWM整流器功率解耦方法

说明书

本发明涉及具有故障穿越功能的单相PWM整流器功率解耦方法，属于单相PWM整流技术领域。通过设计出具有短时断电时故障穿越功能的微型PWM整流系统的能量回馈回路，利用了功率解耦时所吸收的直流侧二次脉动能量，使得在整个系统交流测短时断电的情况下，可以防止整个直流侧的电压不掉落，合理的利用了解耦电容中存储的能量，为某些需要一直不断电运行的设备提供了一种保护设备的思路。

技术领域

本发明属于单相PWM整流技术领域，具体涉及一种具有功率解耦功能的单相PWM整流器及故障穿越方法。

背景技术

在单相PWM整流系统中，交流瞬时功率包含直流侧分量和两倍基频频率的功率振荡，这种功率振荡会在直流侧引起显著的电流或电压波动。传统的电力电子设备中大多数使用体积大、效率低、生命周期短的传统电解电容器来抑制直流母线上的高频的干扰以实现吸收直流侧的二次功率脉动。但传统意义上的电解电容寿命短、体积大可靠性低，因此如何减少变换器的体积大小，替代电解电容的使用以及得到更高功率密度和更高功率效率成为研究的主要问题。为解决上述问题，近年来有源功率解耦(APD)技术常用于实现代替笨重的电容器组实现解耦功能，即使用容值更低的电感器或薄膜电容来代替笨重的电容器组。

APD技术通常使用由功率开关和储能装置(如电容器或电感)组成的辅助电路来实现，可以更好的满足单相变换器的需求。随着整流器越来越多的应用在各种电力电子设备中，其功率解耦成为不可忽视的一部分，APD技术既可以保证整流器固有的高效率也可以保持输出电压的稳定性。随着APD技术的越来越成熟，已经被国内外研究学者开发出不同类型的具有不同的功能的解耦功能辅助电路。

使用APD技术可较好的解决传统电解电容所带来的可靠性问题，但伴随的问题是由于薄膜电容的使用使得直流侧电容变小，如若交流输入侧发生短时断电即发生短时故障时，会导致直流侧电压降低，那么对于有些类型的直流侧负载如果电压降低会停止工作，从而导致数据丢失，造成较为严重的损失；或者当不间断供电系统(UPS)在发生供电故障切换电源的时候，中间会有间歇的断电情况，也会使得用电设备电压不稳定。为解决该问题，有必要研究一种功率解耦的故障穿越方法，以便于在交流输入侧发生故障的情况下电压或频率超出标准允许的正常范围时，在一定的电压或频率范围及其持续时间间隔之内，保障整个系统可以不间断运行，且可以平稳过渡到正常运行状态。通过实现对能量的调度控制，实现故障期间对直流侧电压的支撑，这可以防止交流短路或断电时造成的用电设备重启，减少不必要的损失。

发明内容

要解决的技术问题

在整个PWM整流系统运行的过程中，若在某一时间点，输入端断开，导致输出功率降低，由于输出侧的负载大小不会发生变化，那么在断电的时候，输出侧的电压会降低，对于负载来说，当电压降低到某一特定的电压值后，便会停止工作，导致整个用电侧的设备停止工作，影响整个系统的稳定，此时便需要对其进行故障穿越，即在断电的时间内，通过其他方式给用电设备提供足够的能量以维持其在断电时间里仍然有足够的电压功率使得其可以稳定运行。

以功率解耦单相PWM整流器为例，故障穿越的目标是当系统在短时断电的情况下，设计合适并正确的能量流动回路，以保证在交流侧短时断电的情况下直流侧的电压不会降低到一定幅值，也即当交流侧断电时，如果假设断电时间为1ms，如何设计在这1ms内可以直流侧可以不用脱离交流侧而继续运行至断电时间结束，主要目标是设计在这1ms内的整个系统的能量流动，功率传输方式来保证直流侧的稳定运行。

为解决这一问题，本发明提出功率解耦的故障穿越方法，以便于在交流输入侧发生故障的情况下(电压或频率超出标准允许的正常范围时)，在一定的电压或频率范围及其持续时间间隔之内，保障整个系统可以不间断运行，且可以平稳过渡到正常运行状态。通过实现对能量的调度控制，实现故障期间对直流侧电压的支撑，这可以防止交流短路或断电时造成的用电设备重启，减少不必要的损失。

技术方案

一种具有故障穿越功能的单相PWM整流器功率解耦方法，其特征在于步骤如下：