本公開涉及變換器系統(tǒng)的阻尼裝置和阻尼方法，并且更特別地，涉及變換器系統(tǒng)的阻尼裝置和阻尼方法，其使用被包括在諧波濾波器中的電感器的電感之間的比率來補償被遞送到變換器的輸入?yún)⒖茧妷阂约氨话ㄔ谥C波濾波器中的電容器的電壓值。進一步地，本公開涉及變換器系統(tǒng)的阻尼裝置和阻尼方法，其通過從補償輸入?yún)⒖茧妷簻p去補償電容器電壓值并且生成最終參考電壓來執(zhí)行變換器系統(tǒng)的阻尼操作，從而控制變換器。

背景技術(shù)：

并網(wǎng)變換器(grid-connectedconverter)是一種裝置，其從三相交流(ac)系統(tǒng)電壓形成被稱作為系統(tǒng)電壓dc鏈路的電容器處的直流(dc)電壓，并且是被廣泛應用于再生電機驅(qū)動驅(qū)動器、并網(wǎng)風力發(fā)電機等的組件。特別地，在并網(wǎng)變換器中，發(fā)電機或電動機的逆變器使用dc鏈路電壓來生成ac電壓的振幅和頻率以達到控制目的。

這樣的并網(wǎng)變換器需要諧波濾波器以便通過為電壓合成方法的脈沖寬度調(diào)制(pwm)來有效地限制開關(guān)頻帶的電流諧波。一般地，為了最小化濾波器的尺寸，并網(wǎng)變換器通常采用電感器-電容器-電感器(lcl)濾波器，其中兩個電感器和單個電容器相互耦接。

圖1是示出了根據(jù)被輸入到lcl濾波器的電流的頻率的輸出電流的圖。

如圖1所示，lcl濾波器可以具有特征：其中l(wèi)cl濾波器的阻抗在特定頻率處變得很低，或共振現(xiàn)象可能發(fā)生在lcl濾波器中，其中共振現(xiàn)象是由于生成的電力的突然變化等而造成從lcl濾波器輸出的電流偏離的現(xiàn)象。

由于這種特征和/或現(xiàn)象，當干擾例如自發(fā)電壓的上升和下降發(fā)生在與并網(wǎng)變換器鏈接的系統(tǒng)電壓處時，或發(fā)生操作條件的變化時，生成了lcl濾波器輸入電壓的階梯變化。因此，增加了并網(wǎng)變換器的電流控制的不穩(wěn)定性。

為了解決由于lcl濾波器而造成的并網(wǎng)變換器的不穩(wěn)定性，已經(jīng)提議了被動阻尼方法和主動阻尼方法。

被動阻尼方法將電阻器添加到lcl濾波器的電容器端來衰減共振現(xiàn)象，并且具有簡單地衰減共振現(xiàn)象的優(yōu)點。然而，被動阻尼方法具有缺點，其中由于電阻器的添加和這樣的附加電阻器而造成變換器系統(tǒng)的尺寸和制造成本不必要地增加。此外，在變換器系統(tǒng)的性能方面，由于附加電阻元件而造成生成了損失，并且因此存在生成了濾波器的性能和效率退化的缺點。

另一方面，主動阻尼方法在沒有有形損失的情況下通過修改電流控制器來虛擬實施電阻器，使得存在沒有生成損失的優(yōu)點。當虛擬實施電阻器時，這樣的主動阻尼方法使用與在lcl濾波器的電容器處流動的電流有關(guān)的信息或與其電容器的電壓有關(guān)的信息來執(zhí)行主動阻尼。

在這一點上，使用與在lcl濾波器的電容器處流動的電流有關(guān)的信息的主動阻尼方法具有應該配置昂貴的電流傳感器以便獲得與電流有關(guān)的信息的缺點。另一方面，使用與lcl濾波器的電容器的電壓有關(guān)的信息的主動阻尼方法具有使用了廉價的電壓傳感器的優(yōu)點。然而，當使用與電壓有關(guān)的信息來虛擬地實施電阻器時，這樣的主動阻尼方法應該區(qū)分與電壓有關(guān)的信息而不是與電流有關(guān)的信息，并且因此存在問題：當實施微分項時噪聲分量被放大而導致難于確?？刂品€(wěn)定性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的目的是針對通過使用被包括在諧波濾波器中的電感器的電感之間的比率而補償被傳輸?shù)阶儞Q器的輸入?yún)⒖茧妷阂约氨话ㄔ谥C波濾波器中的電容器的電壓值、并且從補償?shù)妮斎雲(yún)⒖茧妷簻p去補償?shù)碾娙萜鞯碾妷褐刀勺罱K參考電壓，來防止發(fā)生在諧波濾波器處的共振現(xiàn)象。

本公開的目的不限于上面描述的目的，并且上面沒有提到的其他目的和優(yōu)點將從下面的描述在本領(lǐng)域中被理解，并且還將由本公開的實施例顯然地理解。此外，將容易理解的是，此處描述的本公開的目的和優(yōu)點可以由附屬權(quán)利要求通過方法及其組合而實現(xiàn)。

為了達到上面描述的目的，一種變換器系統(tǒng)的阻尼裝置，其補償被傳輸?shù)阶儞Q器的輸入?yún)⒖茧妷簛硪种圃谒鲎儞Q器的輸出端和系統(tǒng)之間連接的諧波濾波器的輸出電流，包括：參考電壓補償單元，其被配置為使用被包括在所述諧波濾波器中的電感器的電感之間的比率來補償所述輸入?yún)⒖茧妷?；電容器電壓值補償單元，其被配置為使用所述電感器的電感之間的比率來補償被包括在所述諧波濾波器中的電容器的電壓值；以及參考電壓生成單元，其被配置為通過從補償?shù)妮斎雲(yún)⒖茧妷簻p去補償?shù)乃鲭娙萜鞯碾妷褐祦砩勺罱K參考電壓。

一種根據(jù)本公開的變換器系統(tǒng)的阻尼方法，其補償被傳輸?shù)阶儞Q器的輸入?yún)⒖茧妷簛硪种圃谒鲎儞Q器的輸出端和系統(tǒng)之間連接的諧波濾波器的輸出電流，包括：經(jīng)由參考電壓補償單元使用被包括在所述諧波濾波器中的電感器的電感之間的比率來補償所述輸入?yún)⒖茧妷?；?jīng)由電容器電壓值補償單元使用所述電感器的電感之間的比率來補償被包括在所述諧波濾波器中的電容器的電壓值；并且經(jīng)由參考電壓生成單元通過從補償?shù)妮斎雲(yún)⒖茧妷簻p去補償?shù)碾娙萜鞯碾妷褐祦砩勺罱K參考電壓。

根據(jù)如上面描述的本公開，使用被包括在諧波濾波器中的電感器的電感之間的比率而補償被傳輸?shù)阶儞Q器的輸入?yún)⒖茧妷阂约氨话ㄔ谥C波濾波器中的電容器的電壓值，并且通過從補償?shù)妮斎雲(yún)⒖茧妷簻p去補償?shù)碾娙萜鞯碾妷褐刀勺罱K參考電壓，并且因此在沒有計算需要高性能計算過程的微分項的情況下，變換器系統(tǒng)的主動阻尼可以使用廉價的電壓傳感器而快速且有效地執(zhí)行。

附圖說明

圖1是示出了根據(jù)在傳統(tǒng)的變換器系統(tǒng)中配置的電感器-電容器-電感器(lcl)的輸入電壓的頻率的輸出電流的圖。

圖2是示出了根據(jù)本公開的一個實施例的配置有變換器系統(tǒng)的阻尼裝置的變換器系統(tǒng)的連接配置的圖。

圖3是示出了根據(jù)本公開的一個實施例的變換器系統(tǒng)的阻尼裝置的詳細配置的圖。

圖4是示出了根據(jù)本公開的一個實施例的變換器系統(tǒng)的阻尼裝置和諧波濾波器的電路的圖。

圖5和圖6是分別示出了根據(jù)本公開的一個實施例的作為傳遞函數(shù)的變換器系統(tǒng)的阻尼裝置和諧波濾波器的圖。

具體實施方式

本公開的上述及其他對象、特點和優(yōu)點將參照附圖隨后進行詳細描述，并且因此本公開的技術(shù)精神可以由本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員容易地實現(xiàn)。在本公開的下面的描述中，如果已知的配置和功能的詳細描述被確定為掩蓋本公開的實施例的解釋，則其詳細描述將被省略。在下文中，根據(jù)本公開的優(yōu)選實施例將參照附圖進行詳細描述。在附圖中，相同的參考標號自始至終指代相同或相似的元素。

圖2是示出了根據(jù)本公開的一個實施例的配置有變換器系統(tǒng)的阻尼裝置100的變換器系統(tǒng)10的連接配置的圖。

參考圖2，根據(jù)本公開的一個實施例的配置有變換器系統(tǒng)的阻尼裝置100的變換器系統(tǒng)10包括電流控制器11、脈沖寬度調(diào)制(pwm)信號生成器12、并網(wǎng)變換器13以及諧波濾波器14。

變換器系統(tǒng)10可以接收來自dc鏈路電源20的直流(dc)電力以將輸出電流輸出到電力系統(tǒng)30。

在此，dc鏈路電源20可以是使用太陽光、水力發(fā)電、核電和風力發(fā)電來生成電力的發(fā)電系統(tǒng)的儲能裝置。

更特別地，變換器系統(tǒng)10的電流控制器11可以生成輸入?yún)⒖茧妷阂员憧刂茝牟⒕W(wǎng)變換器13輸出的輸出電壓，從而將輸入?yún)⒖茧妷簜鬏數(shù)阶儞Q器系統(tǒng)10的阻尼裝置100。

變換器系統(tǒng)10的阻尼裝置100可以補償輸入?yún)⒖茧妷阂陨勺罱K參考電壓，并且然后可以將生成的最終參考電壓傳輸?shù)絧wm信號生成器12。

在這一點上，變換器系統(tǒng)10的阻尼裝置100可以補償輸入?yún)⒖茧妷簛砩勺罱K參考電壓以便消除發(fā)生在諧波濾波器14中的共振現(xiàn)象。

隨后將詳細描述變換器系統(tǒng)10的阻尼裝置100生成最終參考電壓。

pwm信號生成器12可以生成對應于從變換器系統(tǒng)10的阻尼裝置100接收到的最終參考電壓的pwm控制信號，以從而控制并網(wǎng)變換器13的切換。

根據(jù)從pwm信號生成器12生成的pwm控制信號，控制了在并網(wǎng)變換器13中的開關(guān)元件的切換。像這樣，并網(wǎng)變換器13可以根據(jù)最終參考電壓輸出從dc鏈路電源20供應的dc電力作為輸出電壓。

諧波濾波器14可以通過pwm來過濾開關(guān)頻帶的電流諧波。在此，諧波濾波器14可以是其中兩個電感器和單個導體相互連接的電感器-電容器-電感器(lcl)濾波器。

諧波濾波器14可以對電流諧波進行過濾以將輸出電流輸出至電力系統(tǒng)30。

圖3是示出了根據(jù)本公開的一個實施例的變換器系統(tǒng)的阻尼裝置100的詳細配置的圖。圖4是示出了根據(jù)本公開的一個實施例的變換器系統(tǒng)的阻尼裝置100和諧波濾波器14的電路的圖。

參照圖3和圖4，根據(jù)本公開的一個實施例的變換器系統(tǒng)的阻尼裝置100包括參考電壓補償單元110、電容器電壓值補償單元120、參考電壓生成單元130以及電壓測量單元140。

此外，參考電壓補償單元110包括第一乘法器111和第一加法器112，電容器電壓值補償單元120包括第二乘法器121和第二加法器122。

參考電壓補償單元110可以補償從電流控制器11傳輸?shù)妮斎雲(yún)⒖茧妷簐conv^*以便控制從并網(wǎng)變換器13輸出的輸出電壓。

更特別地，參考電壓補償單元110可以使用被包括在諧波濾波器14中的電感器的電感l(wèi)c和電感l(wèi)g之間的比率來補償輸入?yún)⒖茧妷旱膙conv^*。

在此，如上面描述的，諧波濾波器14可以為其中兩個電感器和單個導體相互連接的lcl濾波器。

因此，諧波濾波器14可以包括連接到并網(wǎng)變換器13的輸出端的電感器以及連接到電力系統(tǒng)30的電感器。

在這一點上，參考電壓補償單元110可以使用連接到并網(wǎng)變換器13的輸出端的電感器的電感l(wèi)c與連接到電力系統(tǒng)30的電感器的電感l(wèi)g之間的比率來補償輸入?yún)⒖茧妷簐conv^*。

為此目的，參考電壓補償單元110的第一乘法器111計算連接到并網(wǎng)變換器13的輸出端的電感器的電感l(wèi)c與連接到電力系統(tǒng)30的電感器的電感l(wèi)g之間的比率。此后，第一乘法器111可以將輸入?yún)⒖茧妷簐conv^*乘以計算出的比率。

參考電壓補償單元110的第一加法器112可以通過將乘法器111的輸出值添加到輸入?yún)⒖茧妷簐conv^*來補償輸入?yún)⒖茧妷簐conv^*。

在這一點上，參考電壓補償單元110可以使用下面的等式1來補償輸入?yún)⒖茧妷簐conv^*。

[等式1]

在此，vconv^*'是補償后的輸入?yún)⒖茧妷海瑅conv^*是補償前的輸入?yún)⒖茧妷海琹c是在諧波濾波器14中包括的電感器中的連接到并網(wǎng)變換器13的輸出端的一個電感器的電感，并且lg是在諧波濾波器14中包括的電感器中的連接到電力系統(tǒng)30的另一個電感器的電感。

電容器電壓值補償單元120可以補償被包括在諧波濾波器14中的電容器的電壓值vcf以便抵消諧波濾波器14的諧波分量。

為此目的，電容器電壓值補償單元120可以使用連接到并網(wǎng)變換器13的輸出端的電感器的電感l(wèi)c與連接到電力系統(tǒng)30的電感器的電感l(wèi)g之間的比率。

更特別地，電容器電壓值補償單元120的第二乘法器121計算連接到并網(wǎng)變換器13的輸出端的電感器的電感l(wèi)c與連接到電力系統(tǒng)30的電感器的電感l(wèi)g之間的比率。此后，第二乘法器121可以將電容器電壓值vcf乘以計算出的比率。

之后，電容器電壓值補償單元120的第二加法器122可以通過將第二乘法器121的輸出值添加到電容器電壓值vcf來補償電容器電壓值vcf。

在這一點上，電容器電壓值補償單元120可以使用下面的等式2來補償電容器電壓值vcf。

[等式2]

在此，vcf'是補償后的電容器電壓值，vcf是補償前的電容器電壓值，lc是在諧波濾波器14中包括的電感器中的連接到并網(wǎng)變換器13的輸出端的一個電感器的電感，并且lg是在諧波濾波器14中包括的電感器中的連接到電力系統(tǒng)30的另一個電感器的電感。

同時，根據(jù)另一個實施例的變換器系統(tǒng)的阻尼裝置100可以進一步包括用于測量被包括在諧波濾波器14中的電感器的電感l(wèi)c和電感l(wèi)g的電感測量單元。

電感測量單元可以實時測量被包括在諧波濾波器14中的電感器的電感l(wèi)c和電感l(wèi)g以將它們傳輸?shù)缴厦婷枋龅牡谝怀朔ㄆ?11和第二乘法器121。

通過這樣的過程，第一乘法器111和第二乘法器121可以使用實時變化的電感值來準確地計算出電感l(wèi)c和電感l(wèi)g之間的比率。

同時，電壓測量單元140可以測量被包括在諧波濾波器14中的電容器的電壓值vcf，并且可以將測量出的電容器電壓值vcf傳輸?shù)诫娙萜麟妷褐笛a償單元120。

通過這樣的過程，根據(jù)本公開的一個實施例的變換器系統(tǒng)的阻尼裝置100可以在不采用昂貴的電流傳感器的情況下使用廉價的電壓傳感器來抑制變換器系統(tǒng)的輸出電流。

參考電壓生成單元130接收來自參考電壓補償單元110的補償后的輸入?yún)⒖茧妷旱膙conv^*'以及來自電容器電壓值補償單元120的補償后的電容器電壓值vcf'。此后，參考電壓生成單元130可以通過從補償后的輸入?yún)⒖茧妷簐conv^*'減去補償后的電容器電壓值vcf'來生成最終參考電壓vconv^**。

在這一點上，參考電壓生成單元130可以使用下面的等式3來生成最終參考電壓vconv^**。

[等式3]

在此，vconv^**是最終參考電壓，vconv^*'是輸入?yún)⒖茧妷?，vcf'是補償后的電容器電壓值，vconv^*是補償前的輸入?yún)⒖茧妷?，vcf是補償前的電容器電壓值，lc是在諧波濾波器14中包括的電感器中的連接到并網(wǎng)變換器13的輸出端的一個電感器的電感，并且lg是在諧波濾波器14中包括的電感器中的連接到電力系統(tǒng)30的另一個電感器的電感。

即，根據(jù)本公開的一個實施例的變換器系統(tǒng)的阻尼裝置100可以補償從電流控制器11傳輸?shù)妮斎雲(yún)⒖茧妷簐con^*作為最終參考電壓vcon^**以將其傳輸?shù)絧wm信號生成器12。通過這樣的過程，變換器系統(tǒng)的阻尼裝置100可以抑制諧波濾波器14的輸出電流igrid。

圖5和圖6是分別示出了根據(jù)本公開的一個實施例作為傳遞函數(shù)的變換器系統(tǒng)的阻尼裝置100和諧波濾波器14的圖。

參照圖5，當變換器系統(tǒng)10沒有配置根據(jù)本公開的一個實施例的變換器系統(tǒng)的阻尼裝置100時，其使用未補償?shù)妮斎雲(yún)⒖茧妷簐con^*來控制并網(wǎng)變換器13。

在這一點上，從并網(wǎng)變換器13輸出的輸出電壓vcon與諧波濾波器14的輸出電流igrid之間的傳遞函數(shù)可以如下面的等式4表示。

[等式4]

在此，igrid是諧波濾波器14的輸出電流，vconv是并網(wǎng)變換器13的輸出電壓，s是laplace常數(shù)，cf是被包括在諧波濾波器14中的電容器的電容，lc是在諧波濾波器14中包括的電感器中的連接到并網(wǎng)變換器13的輸出端的一個電感器的電感，并且lg是在諧波濾波器14中包括的電感器中的連接到電力系統(tǒng)30的另一個電感器的電感。

通過察看等式4，當使用未補償?shù)妮斎雲(yún)⒖茧妷簐con^*來控制并網(wǎng)變換器13時，傳遞函數(shù)包括第三組分。因此，當并網(wǎng)變換器13的輸出電壓vcon的頻率是導致共振現(xiàn)象的頻率時，共振現(xiàn)象發(fā)生在諧波濾波器14中。

參照圖6，當變換器系統(tǒng)10配置有根據(jù)本公開的一個實施例的變換器系統(tǒng)的阻尼裝置100時，其使用補償?shù)妮斎雲(yún)⒖茧妷簐con^**來控制并網(wǎng)變換器13。

在這一點上，從并網(wǎng)變換器13輸出的輸出電壓vcon與諧波濾波器14的輸出電流igrid之間的傳遞函數(shù)可以如下面的等式5表示。

[等式5]

在此，igrid是諧波濾波器14的輸出電流，vconv是并網(wǎng)變換器13的輸出電壓，s是laplace常數(shù)，lc是在諧波濾波器14中包括的電感器中的連接到并網(wǎng)變換器13的輸出端的一個電感器的電感，并且lg是在諧波濾波器14中包括的電感器中的連接到電力系統(tǒng)30的另一個電感器的電感。

通過察看等式5，當使用補償?shù)妮斎雲(yún)⒖茧妷簐con^**來控制并網(wǎng)變換器13時，傳遞函數(shù)僅包括第一組分而沒有第三組分。因此，即使并網(wǎng)變換器13的輸出電壓vcon達到任意頻率，共振現(xiàn)象也可能不會發(fā)生在諧波濾波器14中。

因此，根據(jù)本公開的一個實施例的變換器系統(tǒng)的阻尼裝置100在沒有包括第三分量和第二分量的高性能計算過程的情況下可以準確、有效地抑制用于過濾并網(wǎng)變換器13的諧波的諧波濾波器14的輸出電流igrid。

雖然本公開已經(jīng)參照實施例進行描述，但是應該理解的是，在沒有背離本公開的技術(shù)精神的情況下許多其他替換、修改和改變可以由本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員進行設計，并且因此其應該被解釋為本公開不受上面描述的實施例和附圖限制。