CN109067154B - 一种有源滤波器及消除列车直流母线二次谐振的方法 - Google Patents

一种有源滤波器及消除列车直流母线二次谐振的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109067154B
CN109067154B CN201811008199.7A CN201811008199A CN109067154B CN 109067154 B CN109067154 B CN 109067154B CN 201811008199 A CN201811008199 A CN 201811008199A CN 109067154 B CN109067154 B CN 109067154B
Authority
CN
China
Prior art keywords
active filter
energy storage
storage capacitor
current
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811008199.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109067154A (zh
Inventor
刘志刚
陈杰
刘国东
漆良波
吕海臣
张钢
牟富强
路亮
邱瑞昌
魏路
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BEIJING QIANSIYU ELECTRIC CO LTD
Beijing Jiaotong University
Original Assignee
BEIJING QIANSIYU ELECTRIC CO LTD
Beijing Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BEIJING QIANSIYU ELECTRIC CO LTD, Beijing Jiaotong University filed Critical BEIJING QIANSIYU ELECTRIC CO LTD
Priority to CN201811008199.7A priority Critical patent/CN109067154B/zh
Priority to PCT/CN2018/120442 priority patent/WO2020042429A1/zh
Publication of CN109067154A publication Critical patent/CN109067154A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109067154B publication Critical patent/CN109067154B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/4585—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种有源滤波器及消除列车直流母线二次谐振的方法，所述有源滤波器包括具有升降压功能的双向DC/DC变换器，滤波电感及储能电容。依据功率平衡原理，当母线电压二次脉动完全被补偿时，需要控制单相整流器输出的二次脉动功率与有源滤波器补偿的二次脉动功率大小相等，方向相反。根据实际***检测的电压、电流等电气量，进行闭环控制，保证了补偿效果与列车实际运行时的***动态响应能力，提高了***的稳定性。可以替代传统的无源LC滤波环节，能够克服无源滤波只能补偿固定频率谐波的缺点，可以适应复杂的电网环境，比传统方法效果更理想。该替代二次谐振的装置可以减小牵引传动***的体积和重量，降低了成本并且提高变流器的功率密度。

Description

一种有源滤波器及消除列车直流母线二次谐振的方法
技术领域
本发明涉及轨道交通单相供电***，尤其涉及车载牵引变流器交-直-交***。
背景技术
单相变换器因其结构简单、可靠性强、效率高等特点不仅在机车牵引变流器***，同时还在不间断电源、光伏并网、级联多电平变换器、多相交流传动、航空航天电源等多种电力电子***中得到了广泛的应用。目前世界高速列车大多数采用现代交流传动***，牵引传动***的交-直部分，采用四象限运行的单相PWM整流，可将机车制动时的能量回馈给电网，同时使得***具有较高的功率因数。然而，单相***会产生固有的二次脉动功率，使直流母线电压出现二次低频脉动，危害整个列车牵引***。
传统的无源滤波直接在直流母线两端并联大电容或LC谐振电路来抑制直流电压脉动。由于电压脉动频率较低，用于滤波的LC比较大。LC谐振电路对参数偏移和基波频率漂移敏感，当LC谐振频率与谐波源频率严重失配时，会在直流支撑电容和LC谐振电路之间产生二次谐波环流，同时LC谐振电路存在过电压、过电流现象，电容电压高于直流母线电压。为降低参数偏移对滤波效果的影响，同时由于谐振电感功率密度低，工程实际设计电路时，常选取较大的电容值。大容值、高电压等级使得电容成本升高。因此传统方式降低了整个***的可靠性和功率密度，同时提高了成本。
发明内容
本发明提供一种有源滤波器及用于消除列车直流母线二次谐振的方法，以解决传统无源LC谐振装置的固有缺点，进而提高整车功率密度，降低成本。
本发明涉及一种直流侧有源滤波器(DC-APF)(双向Buck/Boost变换器)，包括：具有升降压功能的双向DC/DC变换器，滤波电感Ls和用于补偿前级整流器直流侧输出二次脉动功率的储能电容Cs；所述双向DC/DC变换器由上下两个开关管组成，每个开关管包括IGBT和反并联二极管；
所述双向DC/DC变换器中上IGBT管的集电极与直流正母线连接，上IGBT管的发射极与下IGBT管的集电极连接，双向DC/DC变换器(半桥逆变器)的半桥中点接滤波电感Ls的一端，滤波电感Ls的另一端与储能电容Cs串联式连接，储能电容Cs的另一端接直流负母线，双向DC/DC变换器中下IGBT管的发射极与直流负母线连接。
所述直流侧有源滤波器工作过程包括：当前级整流器输出的二次脉动电流由负向最大值变到正向最大值(以电流从整流器输出至后级逆变器负载方向为正)时，双向DC/DC变换器上IGBT管或与下IGBT管反并联的二极管处于导通状态，直流侧有源滤波器工作于Buck模式降压交流斩波状态，二次脉动电流从整流器流向储能电容Cs，DC-APF吸收二次脉动功率，储能电容Cs充电，电压以正弦规律升高，电压从最低点脉动至最高点，脉动频率为100Hz；当前级整流器输出的二次脉动电流由正向最大值变到负向最大值时，下IGBT管或与上IGBT管反并联的二极管处于导通状态，直流侧有源滤波器工作于Boost模式升压状态，电流从储能电容Cs流向整流器，DC-APF释放二次脉动功率，储能电容Cs放电，电压以正弦规律降低，电压从最高点脉动至最低点，脉动频率为100Hz。
本发明涉及的另一种可能的实现方式中，直流侧有源滤波器(DC-APF)(双向Buck/Boost变换器)，包括：具有升降压功能的双向DC/DC变换器，滤波电感Ls和用于补偿前级整流器直流侧输出二次脉动功率的储能电容Cs；所述双向DC/DC变换器由上下两个开关管组成，每个开关管包括IGBT和反并联二极管；
所述滤波电感Ls一端接双向DC/DC变换器的半桥(半桥逆变器)中点，另一端接直流正母线，所述双向DC/DC变换器中上IGBT管的发射极与下IGBT管的集电极连接，上IGBT管的集电极与储能电容Cs一端连接，储能电容Cs另一端和双向DC/DC变换器中下IGBT管的发射极均接直流负母线。
所述另一种实现方式的直流侧有源滤波器工作过程包括：当前级整流器输出的二次脉动电流由正向最大值变到负向最大值时(以电流从整流器输出至后级逆变器负载方向为正)，双向DC/DC变换器上IGBT管或与下IGBT管反并联的二极管处于导通状态，直流侧有源滤波器工作于Buck模式降压交流斩波状态，二次脉动电流从储能电容Cs流向整流器，储能电容Cs放电，电压以正弦规律降低，电压从最高点脉动至最低点，脉动频率为100Hz；当前级整流器输出的二次脉动电流由负向最大值变到正向最大值时，下IGBT管或与上IGBT管反并联的二极管处于导通状态，直流侧有源滤波器工作于Boost模式升压状态，二次脉动电流从整流器流向储能电容Cs，储能电容Cs充电，电压以正弦规律升高，电压从最低点脉动至最高点，脉动频率为100Hz。
所述双向DC/DC变换器的IGBT开关器件耐压等级与前级整流器模块相同，易于与整流器集成，便于整个装置的硬件设计。
所述方法根据实现的目标，需要在主电路拓扑中加装电流、电压传感器，根据得到的瞬时电压或电流数据进行闭环控制以达到二次脉动功率平衡的目标。
应用上述直流侧有源滤波器消除列车直流母线二次谐振的方法，包括：
步骤A：DC-APF补偿电流控制
步骤A1：DC-APF补偿电流目标值的确定：采用四象限整流器直流侧输出电流传感器和直流母线电压传感器分别检测整流器输出电流ig和直流母线电压Ud，将检测到的整流器输出电流ig与直流母线电压Ud相乘并进行数字带通滤波处理，得到整流器输出二次脉动功率瞬时值Ps，Ps除以DC-APF储能电容直流量指令目标值Ucs*得到DC-APF补偿电流目标值is*；
步骤A2：DC-APF实际补偿电流的闭环控制：采用DC-APF补偿电流传感器检测DC-APF实际补偿电流is，将检测到的DC-APF实际补偿电流is进行低通滤波处理，然后步骤A1中得到的DC-APF补偿电流目标值is*与DC-APF实际补偿电流is做差得到控制器2的输入；
步骤B：DC-APF储能电容电压控制
为保证补偿效果，必须控制储能电容Cs的电压直流分量保持在恒定值，以达到APF输入、输出功率平衡的目标。采用DC-APF储能电容电压传感器检测DC-APF储能电容电压实际电压直流量Ucs，将检测到的DC-APF储能电容电压实际电压直流量Ucs进行低通滤波(LPF)处理，DC-APF储能电容直流量指令目标值Ucs*与DC-APF储能电容电压实际电压直流量Ucs的差为控制器1的输入；
步骤C：将控制器1和控制器2的输出相加，得到两个开关管的占空比d，根据占空比d控制双向DC/DC变换器的两个开关管动作，实现二次补偿电流的双向流动，实现抵消整流器输出的二次脉动功率的功能。
所述控制器1为PI控制器，控制器2为比例谐振控制器。
依据功率平衡原理，控制储能电容Cs的二次脉冲功率等于列车交-直-交牵引供电***的前级整流器输出的二次脉动功率，相位相反，控制目标实现时，理论上直流侧二次脉动电压完全消除。
所述消除列车直流母线二次谐振的方法适用于以上两种可能涉及的实现方式，即两种不同的DC-APF的控制方法及实现方式均相同。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为传统无源LC谐振方式消除直流母线电压脉动的方法示意图；
图2为用DC-APF代替传统无源LC谐振电路消除直流母线电压脉动的电气示意图一；
图3为本发明另一种可代替的拓扑实例电气示意图二；
图4为本发明电气示意图一中电压、电流传感器加装位置示意图；
图5为本发明电气示意图二中电压、电流传感器加装位置示意图；
图6为本发明方法实际控制原理框图；
附图标记说明：
Ls：二次谐振电感(图1)；
Cs:二次谐振电容(图1)；
Cd:直流侧支撑电容；
1：四象限整流器直流侧输出电流传感器位置；
2：DC-APF补偿电流传感器位置；
3(3’):DC-APF储能电容电压传感器位置；
4(4’):直流母线电压传感器位置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种用于消除列车直流母线二次谐振的方法，适用于应用交-直-交式单相牵引供电***的城市轨道交通车辆。本发明依靠升降压双向DC/DC拓扑，进行交流斩波实现补偿电流的双向流动。该方法应用的DC-APF拓扑可以完全代替传统的无源滤波谐振装置，可以避免传统无源LC谐振装置的固有缺点(比如谐振点偏移对滤波效果的影响，***内可能环流等)，同时该装置相对传统装置，体积小、重量轻，进而提高整车功率密度，降低制造成本。
下面以具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为传统无源LC谐振方式消除直流母线电压脉动的方法示意图，在该方式中，谐振电感Ls与谐振电容Cs串联，整个谐振装置并联于列车直流侧支撑电容Cd。
图2为用DC-APF代替传统无源LC谐振电路消除直流母线电压脉动的电气示意图，在该方式中，滤波电感Ls与储能电容Cs串联连接，滤波电感Ls另一端接半桥逆变器输出中点，储能电容Cs另一端接直流侧负母线。
在该实施例一中，当前级整流器输出的二次脉动电流由负向最大值变到正向最大值(以电流从整流器输出至后级逆变器负载方向为正)时，控制双向DC/DC变换器工作于Buck模式，开通上管S1，S1与D2交替导通时，二次脉动电流从整流器输出至DC-APF的储能电容Cs，DC-APF吸收二次脉动功率，该阶段储能电容Cs电压以正弦规律上升，电压从最低点脉动至最高点，脉动频率为100Hz。
当前级整流器输出的二次脉动电流由正向最大值变到负向最大值时，控制双向DC/DC变换器工作于Boost模式，此阶段控制下管S2动作，S2与D1交替导通时，二次脉动电流从DC-APF的储能电容Cs输出至直流侧，DC-APF释放二次脉动功率，该阶段储能电容Cs电压以正弦规律下降，电压从最高点脉动至最低点，脉动频率为100Hz。
在该实施例一中，DC-APF正常工作时，DC-APF提供的二次脉动功率与前级四象限整流器输出的二次脉动功率大小相等，相位相反。
图3为另一种可代替的电气示意图，在该方式中，滤波电感Ls一端直接与直流正母线相连，另一端接半桥逆变器中点；所述双向DC/DC变换器中上IGBT管的集电极与储能电容Cs一端连接，储能电容Cs另一端和双向DC/DC变换器中下IGBT管的发射极均接直流负母线。
在该可代替的实施例二中，根据整流器输出功率的方向控制S1和S2交替导通，控制方式与实施例一相反，即二次脉动电流由负向最大值变到正向最大值时，控制开关管S2动作，电流由正向最大值变到负向最大值时，控制开关管S1动作，DC-APF功率补偿原理与实施例一相同。
本发明消除列车直流母线二次谐振的方法中，需要检测前级整流器输出电流ig，DC-APF实际补偿电流is，直流母线电压Ud以及DC-APF储能电容电压实际电压直流量Ucs，检测位置如图3、图4所示，其中，测试点1、2加电流传感器；位置3(3’)、4(4’)加电压传感器。
本发明方法的具体实现过程分为两部分，如图6所示，第一部分是DC-APF补偿电流控制。第一步是得到DC-APF补偿电流目标值，将检测到的整流器输出电流ig与直流母线电压Ud相乘并进行数字带通滤波(BPF)处理，得到整流器输出二次脉动功率瞬时值Ps，Ps除以DC-APF储能电容直流量指令目标值Ucs*即可得到DC-APF补偿电流目标值is*；第二步是DC-APF实际补偿电流的闭环控制，将检测到的DC-APF实际补偿电流is进行低通滤波处理，然后与得到的DC-APF补偿电流目标值is*做差得到控制器2的输入。
第二部分是DC-APF储能电容电压控制。为保证补偿效果，必须控制Cs的电压直流分量保持在恒定值，以达到APF输入、输出功率平衡的目标。将检测到的DC-APF储能电容电压实际电压直流量Ucs进行低通滤波(LPF)处理，DC-APF储能电容直流量指令目标值Ucs*与DC-APF储能电容电压实际电压直流量Ucs的差为控制器1的输入。
最后，将控制器1和控制器2的输出相加，得到开关S1和S2的占空比d。需要指出的是，如果检测DC-APF实际补偿电流is的电流传感器方向如图6所示，那么当占空比d为正时，需要控制S2动作，d为负时，需要控制S1动作，如果此处传感器方向与图示相反，那么开关动作方式与前述相反。
所述控制器1为PI控制器，控制器2为比例谐振控制器。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种直流侧有源滤波器，其特征在于：包括：具有升降压功能的双向DC/DC变换器，滤波电感Ls和用于补偿四象限整流器直流侧输出二次脉动功率的储能电容Cs；所述双向DC/DC变换器由上下两个开关管组成，每个开关管包括IGBT管和反并联二极管；
所述双向DC/DC变换器中上IGBT管的集电极与直流正母线连接，上IGBT管的发射极与下IGBT管的集电极连接，双向DC/DC变换器的半桥中点接滤波电感Ls的一端，滤波电感Ls的另一端与储能电容Cs串联式连接，储能电容Cs的另一端接直流负母线，双向DC/DC变换器中下IGBT管的发射极与直流负母线连接；
以电流从四象限整流器输出至后级逆变器负载方向为正，当四象限整流器输出的二次脉动电流由负向最大值变到正向最大值时，双向DC/DC变换器上IGBT管或与下IGBT管反并联的二极管处于导通状态，直流侧有源滤波器工作于Buck模式降压交流斩波状态，二次脉动电流从四象限整流器流向储能电容Cs，直流侧有源滤波器吸收二次脉动功率，储能电容Cs充电，储能电容Cs电压以正弦规律升高，储能电容Cs电压从最低点脉动至最高点，储能电容Cs电压脉动频率为100Hz；当四象限整流器输出的二次脉动电流由正向最大值变到负向最大值时，下IGBT管或与上IGBT管反并联的二极管处于导通状态，直流侧有源滤波器工作于Boost模式升压状态，电流从储能电容Cs流向四象限整流器，直流侧有源滤波器释放二次脉动功率，储能电容Cs放电，储能电容Cs电压以正弦规律降低，储能电容Cs电压从最高点脉动至最低点，储能电容Cs电压脉动频率为100Hz；
应用所述的直流侧有源滤波器消除列车直流母线二次谐振的方法，包括：
步骤A：直流侧有源滤波器补偿电流控制
步骤A1：直流侧有源滤波器补偿电流目标值的确定：采用四象限整流器直流侧输出电流传感器和直流母线电压传感器分别检测四象限整流器输出电流ig和直流母线电压Ud，将检测到的四象限整流器输出电流ig与直流母线电压Ud相乘并进行数字带通滤波处理，得到四象限整流器输出二次脉动功率瞬时值Ps，Ps除以直流侧有源滤波器储能电容直流量指令目标值Ucs*得到直流侧有源滤波器补偿电流目标值is*；
步骤A2：直流侧有源滤波器实际补偿电流的闭环控制：采用直流侧有源滤波器补偿电流传感器检测直流侧有源滤波器实际补偿电流is，将检测到的直流侧有源滤波器实际补偿电流is进行低通滤波处理，然后步骤A1中得到的直流侧有源滤波器补偿电流目标值is*与直流侧有源滤波器实际补偿电流is做差得到控制器2的输入；
步骤B：直流侧有源滤波器储能电容电压控制
采用直流侧有源滤波器储能电容电压传感器检测直流侧有源滤波器储能电容电压实际电压直流量Ucs，将检测到的直流侧有源滤波器储能电容电压实际电压直流量Ucs进行低通滤波处理，直流侧有源滤波器储能电容直流量指令目标值Ucs*与直流侧有源滤波器储能电容电压实际电压直流量Ucs的差为控制器1的输入；
步骤C：将控制器1和控制器2的输出相加，得到两个开关管的占空比d，根据占空比d控制双向DC/DC变换器的两个开关管动作，实现二次补偿电流的双向流动，实现抵消四象限整流器输出的二次脉动功率的功能。
2.如权利要求1所述的直流侧有源滤波器，其特征在于：所述双向DC/DC变换器的IGBT管耐压等级与四象限整流器模块相同，易于与四象限整流器集成。
3.如权利要求1所述的直流侧有源滤波器，其特征在于：所述控制器1为PI控制器，控制器2为比例谐振控制器。
4.如权利要求1所述的直流侧有源滤波器，其特征在于：依据功率平衡原理，控制储能电容Cs的二次脉冲功率等于列车交-直-交牵引供电***的四象限整流器输出的二次脉动功率，相位相反。
5.一种直流侧有源滤波器，其特征在于：包括：具有升降压功能的双向DC/DC变换器，滤波电感Ls和用于补偿四象限整流器直流侧输出二次脉动功率的储能电容Cs；所述双向DC/DC变换器由上下两个开关管组成，每个开关管包括IGBT管和反并联二极管；
所述滤波电感Ls一端接双向DC/DC变换器的半桥中点，另一端接直流正母线，所述双向DC/DC变换器中上IGBT管的发射极与下IGBT管的集电极连接，上IGBT管的集电极与储能电容Cs一端连接，储能电容Cs另一端和双向DC/DC变换器中下IGBT管的发射极均接直流负母线；
以电流从四象限整流器输出至后级逆变器负载方向为正，当四象限整流器输出的二次脉动电流由正向最大值变到负向最大值时，双向DC/DC变换器上IGBT管或与下IGBT管反并联的二极管处于导通状态，直流侧有源滤波器工作于Buck模式降压交流斩波状态，二次脉动电流从储能电容Cs流向四象限整流器，储能电容Cs放电，储能电容Cs电压以正弦规律降低，储能电容Cs电压从最高点脉动至最低点，储能电容Cs电压脉动频率为100Hz；当四象限整流器输出的二次脉动电流由负向最大值变到正向最大值时，下IGBT管或与上IGBT管反并联的二极管处于导通状态，直流侧有源滤波器工作于Boost模式升压状态，二次脉动电流从四象限整流器流向储能电容Cs，储能电容Cs充电，储能电容Cs电压以正弦规律升高，储能电容Cs电压从最低点脉动至最高点，储能电容Cs电压脉动频率为100Hz；
应用所述的直流侧有源滤波器消除列车直流母线二次谐振的方法，包括：
步骤A：直流侧有源滤波器补偿电流控制
步骤A1：直流侧有源滤波器补偿电流目标值的确定：采用四象限整流器直流侧输出电流传感器和直流母线电压传感器分别检测四象限整流器输出电流ig和直流母线电压Ud，将检测到的四象限整流器输出电流ig与直流母线电压Ud相乘并进行数字带通滤波处理，得到四象限整流器输出二次脉动功率瞬时值Ps，Ps除以直流侧有源滤波器储能电容直流量指令目标值Ucs*得到直流侧有源滤波器补偿电流目标值is*；
步骤A2：直流侧有源滤波器实际补偿电流的闭环控制：采用直流侧有源滤波器补偿电流传感器检测直流侧有源滤波器实际补偿电流is，将检测到的直流侧有源滤波器实际补偿电流is进行低通滤波处理，然后步骤A1中得到的直流侧有源滤波器补偿电流目标值is*与直流侧有源滤波器实际补偿电流is做差得到控制器2的输入；
步骤B：直流侧有源滤波器储能电容电压控制
采用直流侧有源滤波器储能电容电压传感器检测直流侧有源滤波器储能电容电压实际电压直流量Ucs，将检测到的直流侧有源滤波器储能电容电压实际电压直流量Ucs进行低通滤波处理，直流侧有源滤波器储能电容直流量指令目标值Ucs*与直流侧有源滤波器储能电容电压实际电压直流量Ucs的差为控制器1的输入；
步骤C：将控制器1和控制器2的输出相加，得到两个开关管的占空比d，根据占空比d控制双向DC/DC变换器的两个开关管动作，实现二次补偿电流的双向流动，实现抵消四象限整流器输出的二次脉动功率的功能。
6.如权利要求5所述的直流侧有源滤波器，其特征在于：所述双向DC/DC变换器的IGBT管耐压等级与四象限整流器模块相同，易于与四象限整流器集成。
7.如权利要求5所述的直流侧有源滤波器，其特征在于：所述控制器1为PI控制器，控制器2为比例谐振控制器。
8.如权利要求5所述的直流侧有源滤波器，其特征在于：依据功率平衡原理，控制储能电容Cs的二次脉冲功率等于列车交-直-交牵引供电***的四象限整流器输出的二次脉动功率，相位相反。
CN201811008199.7A 2018-08-31 2018-08-31 一种有源滤波器及消除列车直流母线二次谐振的方法 Active CN109067154B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811008199.7A CN109067154B (zh) 2018-08-31 2018-08-31 一种有源滤波器及消除列车直流母线二次谐振的方法
PCT/CN2018/120442 WO2020042429A1 (zh) 2018-08-31 2018-12-12 一种用于消除列车直流母线二次谐振的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811008199.7A CN109067154B (zh) 2018-08-31 2018-08-31 一种有源滤波器及消除列车直流母线二次谐振的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109067154A CN109067154A (zh) 2018-12-21
CN109067154B true CN109067154B (zh) 2020-05-05

Family

ID=64757987

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811008199.7A Active CN109067154B (zh) 2018-08-31 2018-08-31 一种有源滤波器及消除列车直流母线二次谐振的方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN109067154B (zh)
WO (1) WO2020042429A1 (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110011524B (zh) * 2019-05-17 2021-07-13 广东工业大学 一种谐波抑制的控制方法、装置、设备及可读存储介质
CN112217381B (zh) * 2020-09-17 2022-03-01 郑州轻工业大学 一种单相变换器直流母线电压二次纹波抑制电路和方法
CN112152490B (zh) * 2020-09-23 2021-07-27 南京信息工程大学 一种具有母线谐波吸收功能的动力电池集成充电功率变换器及控制方法
CN112865528B (zh) * 2020-12-31 2022-02-11 北京交通大学 一种基于直流母线电压检测的二次脉动功率解耦方法
CN112953184A (zh) * 2021-03-08 2021-06-11 中航太克（厦门）电力技术股份有限公司 一种具有pwm整流器的ups的输入电流谐波抑制方法
CN113114033B (zh) * 2021-05-18 2022-11-29 西南交通大学 用于牵引传动***的直流侧二次纹波抑制装置及控制方法
CN113394959B (zh) * 2021-07-09 2022-12-13 南通大学 一种基于脉动功率反馈的二次谐波电流抑制***及方法
CN113400959B (zh) * 2021-07-30 2022-12-06 南通大学 计及二次功率脉动抑制的电动汽车用电驱重构型充电***
CN113726199B (zh) * 2021-09-03 2023-09-22 安徽工业大学 一种低输出纹波升压型整流器及其控制方法
CN117175939A (zh) * 2022-05-27 2023-12-05 中车株洲电力机车研究所有限公司 一种列车及其牵引传动***和控制方法
CN115693632B (zh) * 2022-09-07 2023-06-16 广东工业大学 一种用于直流微电网功率振荡抑制装置的控制方法
CN116505536B (zh) * 2023-06-30 2024-02-09 深圳优普莱等离子体技术有限公司 一种mpcvd设备微波源的稳压***及方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010014749A1 (en) * 2008-07-30 2010-02-04 Rolls-Royce Corporation Electrical power system with high-density width modulated (pwm) rectifier
CN103311950B (zh) * 2013-05-15 2016-04-20 华中科技大学 城市轨道列车再生制动能量吸收利用***及方法
CN103683453B (zh) * 2013-11-12 2016-10-05 华南理工大学 超级电容储能、滤波及稳压的再生制动城轨供电***
CN103944365B (zh) * 2014-04-14 2016-05-18 山东大学 一种单相pwm整流器消除二次纹波电路
CN108377102B (zh) * 2018-03-30 2020-03-17 南京航空航天大学 一种减小单相脉冲负载ac-dc电源中电容的方法
CN208971375U (zh) * 2018-08-31 2019-06-11 北京交通大学 一种用于消除列车直流母线二次谐振的直流侧有源滤波器

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020042429A1 (zh) 2020-03-05
CN109067154A (zh) 2018-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109067154B (zh) 一种有源滤波器及消除列车直流母线二次谐振的方法
WO2017107401A1 (zh) 一种直流母线电压纹波补偿方法和光伏逆变器
US9450502B2 (en) Direct power conversion device and method for controlling direct power conversion device
CN111740455B (zh) 一种交流不平衡电压与直流脉动电压统一补偿的母线接口变换器控制方法
US9948200B2 (en) Charge and discharge circuit, control method for charge and discharge circuit, control device for charge and discharge circuit, and direct power converter
TWI458235B (zh) 風力發電系統及其功率電路和變流器結構
JP6569839B1 (ja) 電力変換装置
Chao et al. New control methods for single phase PWM regenerative rectifier with power decoupling function
CN208971375U (zh) 一种用于消除列车直流母线二次谐振的直流侧有源滤波器
WO2021208274A1 (zh) 适用于单三相电网的功率因素调整架构及其控制方法
CN103765743A (zh) 用于减少dc链路电容的dc链路模块
CN103283135A (zh) 电力转换装置
CN109639160B (zh) 基于软开关技术的新型单向三相三电平整流器
CN105406748A (zh) 一种抑制模块化多电平变流器输出电流谐波的控制方法
CN107888096B (zh) 一种三相两桥臂三电平混合整流器
CN106411161A (zh) 一种电压不平衡条件下三相pwm变换器及其优化控制方法
CN112838577B (zh) 基于有源虚拟电感的多次低频电流纹波抑制方法
JP2009027815A (ja) 系統連系コンバータ装置
US9431924B2 (en) Power source inverter for use with a photovoltaic solar panel
Jin et al. Reduction of dc-link capacitance for three-phase three-wire shunt active power filters
CN108767901A (zh) 一种三相并网逆变器防逆流装置及控制方法
CN106655862B (zh) 一种抑制纹波的非隔离型逆变器及其控制方法
CN102474178B (zh) 电功率控制装置和电功率控制装置中的电功率计算方法
CN102130579B (zh) 精简开环控制的单级功率因数校正器
JP2012039813A (ja) 系統連系インバータ装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant