用于使多相電力轉(zhuǎn)換器的共模電流的諧振分量衰減的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開(kāi)內(nèi)容涉及具有虛地連接(virtual ground connection)的電力轉(zhuǎn)換器，以 及更特別地涉及使虛地連接中的共模諧振衰減。
【背景技術(shù)】
[0002] 本公開(kāi)內(nèi)容的上下文中的電力轉(zhuǎn)換器通常包括逆變器。逆變器可以包括被配置成 逆變橋的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。逆變器通過(guò)將半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)調(diào)制成導(dǎo)通或非導(dǎo)通狀態(tài)來(lái)生成輸出電壓 或電流。
[0003] 電力轉(zhuǎn)換器可以與輸出濾波器耦接以提高由電力轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電力的質(zhì)量。濾波 器可以是例如LC或LCL濾波器。在一些應(yīng)用中，LCL濾波器可以具有從濾波器的電容器的星 點(diǎn)至電力轉(zhuǎn)換器的直流總線(xiàn)的直接連接。在本公開(kāi)內(nèi)容中，這樣的配置被稱(chēng)為具有虛地 (VG)連接的電力轉(zhuǎn)換器。虛地連接可以用于限制逆變器直流總線(xiàn)相對(duì)于地電勢(shì)的高頻波 動(dòng)。
[0004] 輸出濾波器中的一部分可以形成共模諧振(CMR)電路，該共模諧振電路在虛地連 接上攜帶循環(huán)諧振電流。例如，如果電力轉(zhuǎn)換器包括具有虛地連接的高性能（即低損耗）的 LCL濾波器，則因?yàn)殡娐返淖匀凰p（即在諧振頻率處的損耗)會(huì)由于高性能、低損耗材料的 使用而非常低，所以強(qiáng)的諧振可以經(jīng)由共模LC電路而出現(xiàn)。即使當(dāng)逆變器的共模電壓控制 基準(zhǔn)未激起共模諧振時(shí)，共模電壓的寬的分散譜（由于逆變器調(diào)制)仍可以在逆變器的幾乎 每一操作點(diǎn)處引起該諧振。
[0005] 因?yàn)楣材ＶC振會(huì)引起額外的損耗和逆變器的性能退化(例如效率、電磁兼容(EMC) 和電網(wǎng)電流控制性能的退化），所以減輕諧振頻率處的共模電壓影響會(huì)是期望的。例如，CMR 的不利影響可以存在于光伏(PV)逆變器中，在光伏逆變器中CMR會(huì)經(jīng)由PV模塊的雜散電容 而引起增加的泄露電流。泄露電流會(huì)具有由標(biāo)準(zhǔn)決定的某些限值，因此使逆變器直流總線(xiàn) 上的任意的額外高頻成分最小化會(huì)是期望的。
[0006] 可以通過(guò)例如使用被動(dòng)或主動(dòng)衰減方法來(lái)減小共模電壓的諧振分量的不利影響。 例如，可以用輔助電路系統(tǒng)例如用于減輕共模分量的電阻元件來(lái)實(shí)現(xiàn)被動(dòng)共模衰減。然而， 這樣的額外元件會(huì)增加系統(tǒng)的成本并且降低其性能。主動(dòng)共模衰減方法可能同樣要求使用 額外的傳感器以及/或者在非理想的操作條件下可能不會(huì)按照預(yù)期的進(jìn)行操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種方法和用于實(shí)現(xiàn)方法的裝置以減輕上述缺點(diǎn)。本發(fā)明的 目的通過(guò)以獨(dú)立權(quán)利要求中所述的為特征的方法和布置進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中公開(kāi) 了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
[0008] 本公開(kāi)內(nèi)容描述了用于使多相電力轉(zhuǎn)換器的共模電流的諧振分量衰減的方法，其 中，轉(zhuǎn)換器包括具有至電力轉(zhuǎn)換器的虛地連接的輸出濾波器，以及其中，轉(zhuǎn)換器的共模分量 被基于共模分量基準(zhǔn)進(jìn)行控制。
[0009] 在方法中，通過(guò)例如估計(jì)或測(cè)量來(lái)確定共模電流。然后，可以通過(guò)例如使用帶通濾 波器來(lái)確定共模電流在虛地諧振電路的諧振頻率處的頻率分量。
[0010] 可以假設(shè)所確定的諧振頻率分量為（正弦）周期信號(hào)。因此，可以認(rèn)為相距整個(gè)周 期被采樣的信號(hào)的樣本彼此無(wú)法區(qū)分。換言之，彼此之間具有360° ( = 2^1)相移的樣本具有 (近似)相同的值。
[0011]因而，可以通過(guò)使所確定的頻率分量延遲使得其相移相對(duì)于實(shí)際的共模電流基本 為360°來(lái)形成穩(wěn)定的反饋回路。在確定要誘導(dǎo)至所測(cè)量/所估計(jì)的諧振頻率分量的期望的 延遲時(shí)可以考慮反饋回路中的其他延遲例如電流測(cè)量的模數(shù)轉(zhuǎn)換延遲以及/或者電力轉(zhuǎn)換 器的調(diào)制的切換延遲。
[0012] 使用經(jīng)濾波和延遲的反饋信號(hào)，可以使共模電流的諧振頻率分量可靠地衰減。反 饋信號(hào)可以為例如被引入到共模電壓基準(zhǔn)中的相反電壓基準(zhǔn)的形式。
[0013] 根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的方法使得在諧振頻率的附近衰減，而不增加虛接地在諧振頻率 以上的共模電流分量。
[0014] 根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的主動(dòng)衰減方法可以被實(shí)現(xiàn)使得其僅依賴(lài)于并且基于輸出濾波 器的參數(shù)而不依賴(lài)交流輸出頻率。因此也可以容易地在交流頻率變化的應(yīng)用（例如電機(jī)驅(qū) 動(dòng)裝置)中采用方法。
[0015] 使用根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的方法，可以在沒(méi)有額外的電路系統(tǒng)或測(cè)量的情況下使共模 諧振衰減。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 在下文中，將參考附圖借助于優(yōu)選實(shí)施方式來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地描述，在附圖 中：
[0017] 圖1示出具有虛地LCL配置的示例性三相線(xiàn)轉(zhuǎn)換器；
[0018] 圖2示出圖1的示例性配置的諧振電路的單相等效電路表示；
[0019] 圖3示出根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的反饋環(huán)路的實(shí)現(xiàn)的示例性的簡(jiǎn)化框圖；以及
[0020] 圖4示出作為共?？刂骗h(huán)路的一部分的圖3的示例性實(shí)現(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 本公開(kāi)內(nèi)容描述了用于使多相(例如三相）電力轉(zhuǎn)換器的共模電流的諧振分量衰 減的方法，其中，電力轉(zhuǎn)換器包括具有至電力轉(zhuǎn)換器的虛地連接的輸出濾波器。電力轉(zhuǎn)換器 可以是例如逆變器或變頻器。共模電流流過(guò)虛地連接并且可以基于共模電流基準(zhǔn)被控制。 例如，共模電流基準(zhǔn)可以用于控制所產(chǎn)生的輸出電力的三次諧波成分。輸出濾波器可以包 括沿虛地連接形成諧振電路的至少一個(gè)電感性元件和至少一個(gè)電容性元件。輸出濾波器可 以是將電力轉(zhuǎn)換器連接至例如電力網(wǎng)的LC濾波器或LCL濾波器。
[0022]圖1示出具有虛地LCL配置的示例性三相線(xiàn)轉(zhuǎn)換器。在圖1中，轉(zhuǎn)換器為與電網(wǎng)相連 的包括逆變橋的三相變頻器11。充當(dāng)輸出濾波器的LCL濾波器12連接在變頻器11和電網(wǎng)13 之間。
[0023] 在圖1中，LCL濾波器12包括轉(zhuǎn)換器側(cè)的三個(gè)相電感器[^^至^^^電網(wǎng)側(cè)的三 個(gè)電感器1^^,3至1^1(1,。以及三個(gè)相電容器0￡,3至0^。電容器0￡, 3至0^均連接至公共星點(diǎn)1 虛地連接14將LCL濾波器12的星點(diǎn)M連接至變頻器11的直流線(xiàn)路的中性點(diǎn)N。共模電流1@在 圖1中的星點(diǎn)M與中性點(diǎn)N之間流動(dòng)。
[0024] 轉(zhuǎn)換器側(cè)的相電感器1^_,3至1^_,。連同相電感器(^至&,。一起經(jīng)由虛地連接形 成諧振電路。作為結(jié)果，共模電流可以包括由諧振電路誘導(dǎo)的諧振頻率分量。
[0025] 圖2示出圖1的示例性配置的諧振電路的單相等效電路表示。轉(zhuǎn)換器側(cè)的相電感器 Lconv, a至Lconv, c由單個(gè)電感器Lconv表不，而相電容器Cf, a至Cf, c由單個(gè)電容器Cf表不。變頻器由 可控電壓源Vconv表不。諧振電路的電感器和電容器的內(nèi)電阻由圖2中的電阻器Rconv和R cf表 示。共模電流I np流過(guò)圖2的電路。
[0026] 基于圖2中的單相等效圖，虛地電流的轉(zhuǎn)移函數(shù)(transfer function)Gic；(s)可以 如下寫(xiě)為：
(1)
[0028]根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的方法包括:確定共模電流;基于共模電流形成反饋信號(hào)；以及將 反饋信號(hào)引入到共模電流基準(zhǔn)中以抑制諧振頻率分量。反饋信號(hào)表示共模電流的正弦諧振 頻率分量。通過(guò)向共模電流基準(zhǔn)引入作為相反的諧振頻率分量的分量，可以減小諧振。可以 例如根據(jù)相電流來(lái)確定共模電流或者可以從虛地連接直接測(cè)量共模電流。
[0029]為了確保衰減僅在期望的頻率范圍內(nèi)是有效的，期望的會(huì)是對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行濾 波。例如，電力轉(zhuǎn)換器的控制系統(tǒng)可以包含將三次諧波分量引入到控制輸出功率中。為了避 免妨礙三次諧波引入，期望的是將衰減限于僅諧振頻率并且忽略其他頻率。因此，可以用具 有其與諧振電路的諧振頻率相一致的通帶的帶通濾波器來(lái)確定根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的方法中 的正弦諧振頻率分量。帶通濾波器可以是例如二階巴特沃斯濾波器。巴特沃斯濾波器具有 線(xiàn)性相移，所以其非常適合于根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的方法。
[0030]共模電流電路的諧振頻率中的雙極(doub 1 e po 1 e)產(chǎn)生相移，該相移會(huì)使得對(duì)諧 振頻率以上的頻率進(jìn)行控制是困難的。然而，如果周期信號(hào)的幅度相對(duì)慢地改變，則可以認(rèn) 為信號(hào)的連續(xù)的周期彼此無(wú)法區(qū)分。因此，可以通過(guò)添加延遲一一該延遲造成相對(duì)于諧振 頻率分量的隨后的周期而言的足夠的相位裕度一一來(lái)實(shí)現(xiàn)經(jīng)典的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。例如，可以通 過(guò)使所確定的頻率分量延遲使得其相移相對(duì)于要控制的原始信號(hào)基本為360°來(lái)形成穩(wěn)定 的反饋回路。
[0031]因此，在根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的方法中形成反饋信號(hào)可以包括向反饋信號(hào)添加延遲。 延遲可以使得所確定的諧振頻率分量具有相對(duì)于共模電流的正弦諧振頻率分量的隨后的 周期而言的足夠的相位裕度以形成穩(wěn)定的控制回路。
[0032]在根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的方法中，不使諧振的（至少)第一周期衰減。然而，因?yàn)橹C振的 幅度實(shí)際上從零逐漸增大，所以根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的方法能夠有效抑制諧振。
[0033]在離散系統(tǒng)中，由測(cè)量(例如模數(shù)轉(zhuǎn)換)所誘導(dǎo)的各種延遲以及/或者脈沖寬度調(diào) 制會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)具有顯著影響。為了計(jì)算要添加的合適的延遲，期望的會(huì)是確定(或至少近 似)各種固有系統(tǒng)延遲。可以基于例如至少切換延遲、輸出濾波器在諧振頻率處的相移以及 模數(shù)轉(zhuǎn)換延遲來(lái)計(jì)算被添加至反饋