專利名稱：基于雙向dc-dc變換器的直流有源濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域是電力電子技術(shù)與設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種獨(dú)創(chuàng)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(shù)：
目前，對(duì)直流電源、逆變器和交流電機(jī)組成的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究和應(yīng)用已比較廣泛。比如新能源汽車中電池或燃料電池驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)，直流電網(wǎng)為工業(yè)交流電機(jī)供電等。由于交流電機(jī)可能的非線性暫態(tài)負(fù)載特性以及開關(guān)器件的高頻通斷換流屬性等，直流電源端會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的紋波電流。這將嚴(yán)重影響直流儲(chǔ)能系統(tǒng)(例如蓄電池)的使用壽命，或者直流電網(wǎng)(如果直流母線端連入直流電網(wǎng))的用電品質(zhì)?，F(xiàn)有的有源濾波技術(shù)大部分都應(yīng)用在交流系統(tǒng)中，而已有的直流有源濾波器也均需要整流前交流電網(wǎng)的頻率和相位作為基準(zhǔn)才能實(shí)現(xiàn)其功能。尚無(wú)直流有源濾波器能夠?qū)Πㄖ绷麟娫础⒛孀兤骱碗姍C(jī)的整個(gè)獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)濾波。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)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(jī)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(guān)器件驅(qū)動(dòng)電路，其中電機(jī)控制器用于根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置反饋計(jì)算得到電角度，并根據(jù)電角度間接獲得電機(jī)A相電壓頻率和基波電角度；微處理器用于以電機(jī)控制器獲得的電機(jī)A相電壓頻率和基波電角度為基準(zhǔn)，對(duì)采集到的逆變器直流母線端的電流進(jìn)行傅里葉變換，以對(duì)直流母線電流高頻紋波分量進(jìn)行提取，然后通過(guò)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(lái)濾除直流電源兩端的紋波。優(yōu)選地，微處理器包括計(jì)算模塊、第一 A/D模塊、第二 A/D模塊、減法運(yùn)算器、PID模塊、微處理器的PWM模塊、微處理器的通信單兀，其中微處理器的通信單元用于將接收自電機(jī)控制器的電機(jī)A相電壓基波頻率和基波電角度發(fā)送至計(jì)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(jīng)A/D處理后發(fā)送至計(jì)算模塊； 計(jì)算模塊用于以電機(jī)A相電壓基波頻率和基波電角度作為傅里葉變換的基準(zhǔn)，對(duì)采集到的逆變器直流母線端的電流進(jìn)行傅里葉變換得到直流系統(tǒng)母線上的紋波分量idu ;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_經(jīng)A/D處理后發(fā)送至減法運(yùn)算器；
減法運(yùn)算器用于對(duì)雙向DC-DC變換器端的電流i_與紋波分量id。, r進(jìn)行減法運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果輸出給PID模塊；PID模塊用于對(duì)減法運(yùn)算器的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行PID調(diào)整得到信號(hào)A，然后將信號(hào)A發(fā)送至微處理器的PWM模塊；微處理器的PWM模塊用于根據(jù)信號(hào)A產(chǎn)生PWM信號(hào)，并將PWM信號(hào)發(fā)送至雙向DC-DC變換器。優(yōu)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(guò)檢測(cè)直流電容兩端電壓進(jìn)行限值處理，然后根據(jù)限值處理結(jié)果發(fā)送指令至微處理器的PWM模塊，微處理器的PWM模塊根據(jù)所述指令和信號(hào)A產(chǎn)生PWM信號(hào)。優(yōu)選地，雙向DC-DC變換器與直流電容并聯(lián)連接，雙向DC-DC變換器與直流電源并聯(lián)連接。優(yōu)選地，雙向DC-DC變換器允許雙向功率流動(dòng)。優(yōu)選地，直流電容為直流電解電容、超級(jí)電容、或膜電容。優(yōu)選地，直流系統(tǒng)中的電機(jī)控制與雙向DC-DC變換器控制結(jié)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(zhǔn)的傅里葉級(jí)數(shù)。根據(jù)此依據(jù)，采用基波頻率與過(guò)零點(diǎn)間接計(jì)算方法得出實(shí)時(shí)紋波電流補(bǔ)償策略。最后將電機(jī)控制器與DC-DC控制器有機(jī)結(jié)合，利用上述實(shí)時(shí)紋波電流補(bǔ)償策略實(shí)現(xiàn)消除直流電源端紋波的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果本發(fā)明針對(duì)直流電源、逆變器和電機(jī)組成的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)逆變器輸入端電流可展開為以輸出相電壓基波為基準(zhǔn)的傅里葉級(jí)數(shù)的思想，創(chuàng)造性地將電機(jī)與DCDC變換器控制進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。本發(fā)明能夠在不需要交流電網(wǎng)頻率和相位作為基準(zhǔn)的情況下，對(duì)包括直流電源、逆變器和電機(jī)的整個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)濾波。這將大大減小甚至有效消除直流電源端的嚴(yán)重電流紋波，實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)直流儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命或者有效提高直流電網(wǎng)品質(zhì)的目的。


通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯圖1是根據(jù)本發(fā)明提供的基于雙向DC-DC變換器的直流有源濾波器的工作原理圖。圖中I為雙向DC-DC變換器，2為直流電容，3為微處理器，301為微處理器的PWM模塊，302為限值比較模塊，303 為 PID 模塊，304為計(jì)算模塊，
305為微處理器的通信單元，306 為第一 A/D 模塊，307 為第二 A/D 模塊，4為電機(jī)控制器，401為電機(jī)控制器的PWM模塊，402為電機(jī)控制器的通信單元。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明將交流有源濾波的思想應(yīng)用到直流系統(tǒng)，根據(jù)電壓源型逆變器輸入端電流可展開為以輸出電壓基波頻率作為基準(zhǔn)的傅里葉級(jí)數(shù)的原理，得出一種基于傅里葉變換的實(shí)時(shí)紋波電流補(bǔ)償控制策略。具體地，本發(fā)明提供的所述基于雙向DC-DC變換器的直流有源濾波器的工作原理如圖1所示所述基于雙向DC-DC變換器的直流有源濾波器，包括依次連接的電機(jī)控制器(4 )、微處理器(3 )、以及雙向DC-DC變換器(I)，還包括與雙向DC-DC變換器(I)相連接的直流電容(2 )，雙向DC-DC變換器(I)包含了開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電路，其中電機(jī)控制器(4 )用于采集并根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械角度，得出電機(jī)A相電壓基波頻率和基波電角度；微處理器(3)用于接收來(lái)自電機(jī)控制器(4)的電機(jī)A相電壓基波頻率和基波電角度，將電機(jī)A相電壓基波頻率和基波電角度作為傅里葉變換的基準(zhǔn)，然后對(duì)采集到的逆變器直流母線端的電流進(jìn)行傅里葉變換得到直流系統(tǒng)母線上的紋波分量id。, r,接下來(lái)將采集到的雙向DC-DC變換器端的電流i_與紋波分量idc^進(jìn)行減法運(yùn)算，誤差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)后得到信號(hào)A，再根據(jù)信號(hào)A產(chǎn)生PWM信號(hào)，并將PWM信號(hào)發(fā)送至雙向DC-DC變換器(1)，以控制雙向DC-DC變換器端的電流i_，從而利用直流電容2提供高頻紋波分量。微處理器(3)通過(guò)檢測(cè)直流電容2端電壓進(jìn)行限值處理，微處理器(3)根據(jù)限值處理結(jié)果和信號(hào)A產(chǎn)生PWM信號(hào)，以穩(wěn)定直流電容
(2)端電壓。更為具體地，電機(jī)控制器4通過(guò)測(cè)量模塊得出電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械角度，通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算以及電機(jī)的偏差糾正得出電機(jī)的同步電角度。根據(jù)電機(jī)理論，電機(jī)同步頻率等于輸入電壓基波頻率，所以利用電機(jī)控制器4中已算出的基波頻率以及同步電角度來(lái)推導(dǎo)出電機(jī)A相電壓的基波頻率和過(guò)零點(diǎn)。然后電機(jī)控制器的通信單元402把獲得的電機(jī)A相電壓的基波頻率和基波電角度傳輸?shù)轿⑻幚砥鞯耐ㄐ艈卧?05進(jìn)而傳輸?shù)轿⑻幚砥?的計(jì)算模塊304作為傅里葉變換的基準(zhǔn)。同時(shí)，逆變器直流母線端的電流經(jīng)過(guò)微處理器3的第一 A/D模塊306變換之后傳輸?shù)轿⑻幚砥?的計(jì)算模塊304中。電機(jī)控制器4及時(shí)更新數(shù)據(jù)，在新計(jì)算周期開始時(shí)刻，微處理器3的計(jì)算模塊304通過(guò)傅里葉變換得到直流母線電流諧波次數(shù)彡3的紋波分量idc^。雙向DC-DC變換器端的電流i_經(jīng)過(guò)微處理器3的第二 A/D模塊307采樣后與得出的紋波分量id。, r進(jìn)行減法運(yùn)算，誤差通過(guò)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)后送到微處理器3的PWM模塊301。微處理器的PWM模塊301產(chǎn)生PWM信號(hào)，由此控制雙向DC-DC變換器I的電流i_，從而利用直流電容2提供高頻紋波分量。同時(shí)微處理器3的限值比較模塊302通過(guò)檢測(cè)直流電容2端電壓進(jìn)行限值處理，并發(fā)送指令至微處理器的PWM模塊301，從而起到穩(wěn)定直流電容2端電壓的作用。最終，基于雙向DCDC變換器的直流有源濾波器可以實(shí)現(xiàn)大大減小甚至有效消除直流電源端電流紋波的目的。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種基于雙向DC-DC變換器的直流有源濾波器,其特征在于,包括依次連接的電機(jī)控制器(4 )、微處理器(3 )、以及雙向DC-DC變換器(I)，還包括與雙向DC-DC變換器(I)相連接的直流電容(2 )，雙向DC-DC變換器(I)包含了開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電路，其中電機(jī)控制器(4 ) 用于根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置反饋計(jì)算得到電角度，并根據(jù)電角度間接獲得電機(jī)A相電壓頻率和基波電角度；微處理器(3)用于以電機(jī)控制器(4)獲得的電機(jī)A相電壓頻率和基波電角度為基準(zhǔn)，對(duì)采集到的逆變器直流母線端的電流進(jìn)行傅里葉變換，以對(duì)直流母線電流高頻紋波分量進(jìn)行提取，然后通過(guò)控制雙向DC-DC變換器(I)讓直流電容(2)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(lái)濾除直流電源兩端的紋波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙向DC-DC變換器的直流有源濾波器，其特征在于，微處理器(3)包括計(jì)算模塊(304)、第一 A/D模塊(306)、第二 A/D模塊(307)、減法運(yùn)算器、PID 模塊(303 )、微處理器的PWM模塊(301)、微處理器的通信單元(305 )，其中微處理器的通信單元(305 )用于將接收自電機(jī)控制器(4 )的電機(jī)A相電壓基波頻率和基波電角度發(fā)送至計(jì)算模塊(304)；第一 A/D模塊(306)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(jīng) A/D處理后發(fā)送至計(jì)算模塊(304)；計(jì)算模塊(304)用于以電機(jī)A相電壓基波頻率和基波電角度作為傅里葉變換的基準(zhǔn)， 對(duì)采集到的逆變器直流母線端的電流進(jìn)行傅里葉變換得到直流系統(tǒng)母線上的電流紋波分第二 A/D模塊(307)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 icon經(jīng)A/D處理后發(fā)送至減法運(yùn)算器；減法運(yùn)算器用于對(duì)雙向DC-DC變換器端的電流i_與紋波分量id。, r進(jìn)行減法運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果輸出給PID模塊；PID模塊用于對(duì)減法運(yùn)算器的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行PID調(diào)整得到信號(hào)A，然后將信號(hào)A發(fā)送至微處理器的PWM模塊(301);微處理器的PWM模塊(301)用于根據(jù)信號(hào)A產(chǎn)生PWM信號(hào)，并將PWM信號(hào)發(fā)送至雙向 DC-DC變換器(I)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙向DC-DC變換器的直流有源濾波器，其特征在于，微處理器(3 )還包括限值比較模塊(302 )，其中，限值比較模塊(302 )用于通過(guò)檢測(cè)直流電容(2 ) 兩端電壓進(jìn)行限值處理，然后根據(jù)限值處理結(jié)果發(fā)送指令至微處理器的PWM模塊(301)，微處理器的PWM模塊(301)根據(jù)所述指令和信號(hào)A產(chǎn)生PWM信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙向DC-DC變換器的直流有源濾波器，其特征在于雙向DC-DC變換器(I)與直流電容(2)并聯(lián)連接，雙向DC-DC變換器(I)與直流電源并聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙向DC-DC變換器的直流有源濾波器，其特征在于雙向DC-DC變換器(I)允許雙向功率流動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙向DC-DC變換器的直流有源濾波器，其特征在于直流電容(2)為直流電解電容、超級(jí)電容、或膜電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙向DC-DC變換器的直流有源濾波器，其特征在于直流系統(tǒng)中的電機(jī)控制與雙向DC-DC變換器(I)控制結(jié)合使用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于雙向DC-DC變換器的直流有源濾波器，主要由雙向DC-DC變換器、直流電容、微處理器和電機(jī)控制器構(gòu)成，其中雙向DC-DC變換器包含了開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電路。本發(fā)明針對(duì)直流電源、逆變器和電機(jī)組成的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)逆變器輸入端電流可展開為以輸出相電壓基波為基準(zhǔn)的傅里葉級(jí)數(shù)的思想，創(chuàng)造性地將電機(jī)與DC-DC變換器控制進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。通過(guò)電機(jī)控制器中由電機(jī)轉(zhuǎn)子位置反饋計(jì)算得到的電角度，間接獲得逆變器輸出相電壓基波的相位和頻率作為微控制器進(jìn)行傅里葉變換的基準(zhǔn)，從而對(duì)直流母線電流高頻紋波分量進(jìn)行提取。最后通過(guò)控制雙向DC-DC變換器讓直流電容提供紋波分量從而大大減小、或者消除直流電源兩端的紋波。
文檔編號(hào)H02M1/14GK103001579SQ20121046160
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者張希 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)