[發明專利]基于雙向DC-DC變換器的直流有源濾波器

有效

• 申請號: 201210461604.7
• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN103001579A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 張希
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02P27/08
• 分類號: H02P27/08;H02M1/14
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明的技術領域是電力電子技術與設備領域，具體涉及一種獨創的基于雙向DC-DC變換器的直流有源濾波器，用于濾除直流電源端電流紋波。

背景技術

目前，對直流電源、逆變器和交流電機組成的電驅動系統的研究和應用已比較廣泛。比如新能源汽車中電池或燃料電池驅動牽引電機，直流電網為工業交流電機供電等。

由于交流電機可能的非線性暫態負載特性以及開關器件的高頻通斷換流屬性等，直流電源端會產生嚴重的紋波電流。這將嚴重影響直流儲能系統（例如蓄電池）的使用壽命，或者直流電網（如果直流母線端連入直流電網）的用電品質。

現有的有源濾波技術大部分都應用在交流系統中，而已有的直流有源濾波器也均需要整流前交流電網的頻率和相位作為基準才能實現其功能。尚無直流有源濾波器能夠對包括直流電源、逆變器和電機的整個獨立電驅動系統進行實時濾波。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是為了克服上述現有技術的不足，提供一種基于雙向DC-DC變換器的直流有源濾波器。

本發明的目的可以通過以下技術措施來實現：

根據本發明提供的基于雙向DC-DC變換器的直流有源濾波器，包括依次連接的電機控制器、微處理器、以及雙向DC-DC變換器，還包括與雙向DC-DC變換器相連接的直流電容，雙向DC-DC變換器包含了開關器件驅動電路，其中：電機控制器用于根據電機轉子位置反饋計算得到電角度，并根據電角度間接獲得電機A相電壓頻率和基波電角度；微處理器用于以電機控制器獲得的電機A相電壓頻率和基波電角度為基準，對采集到的逆變器直流母線端的電流進行傅里葉變換，以對直流母線電流高頻紋波分量進行提取，然后通過控制雙向DC-DC變換器讓直流電容提供紋波分量，以大大減小、或者消除直流電源兩端的紋波來濾除直流電源兩端的紋波。

優選地，微處理器包括計算模塊、第一A/D模塊、第二A/D模塊、減法運算器、PID模塊、微處理器的PWM模塊、微處理器的通信單元，其中：

微處理器的通信單元用于將接收自電機控制器的電機A相電壓基波頻率和基波電角度發送至計算模塊；

第一A/D模塊與直流母線相連接，用于將采集到的逆變器直流母線端的電流經A/D處理后發送至計算模塊；

計算模塊用于以電機A相電壓基波頻率和基波電角度作為傅里葉變換的基準，對采集到的逆變器直流母線端的電流進行傅里葉變換得到直流系統母線上的紋波分量i_dc，r；

第二A/D模塊與直流母線相連接，用于將采集到的雙向DC-DC變換器端的電流i_con經A/D處理后發送至減法運算器；

減法運算器用于對雙向DC-DC變換器端的電流i_con與紋波分量i_dc，r進行減法運算，然后將運算結果輸出給PID模塊；

PID模塊用于對減法運算器的運算結果進行PID調整得到信號A，然后將信號A發送至微處理器的PWM模塊；

微處理器的PWM模塊用于根據信號A產生PWM信號，并將PWM信號發送至雙向DC-DC變換器。

優選地，微處理器還包括限值比較模塊，其中，限值比較模塊用于通過檢測直流電容兩端電壓進行限值處理，然后根據限值處理結果發送指令至微處理器的PWM模塊，微處理器的PWM模塊根據所述指令和信號A產生PWM信號。

優選地，雙向DC-DC變換器與直流電容并聯連接，雙向DC-DC變換器與直流電源并聯連接。

優選地，雙向DC-DC變換器允許雙向功率流動。

優選地，直流電容為直流電解電容、超級電容、或膜電容。

優選地，直流系統中的電機控制與雙向DC-DC變換器控制結合使用。

可以證明，逆變器輸入端電流可展開為以輸出相電壓基波為基準的傅里葉級數。根據此依據，采用基波頻率與過零點間接計算方法得出實時紋波電流補償策略。最后將電機控制器與DC-DC控制器有機結合，利用上述實時紋波電流補償策略實現消除直流電源端紋波的目的。

與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：