[发明专利]电流补偿方法、功率解耦电路及功率变换器系统

说明书

本申请提供一种电流补偿方法、功率解耦电路及功率变换器系统，该方法包括：通过控制功率解耦电路注入的补偿电流的相位角与主功率变换器电路的直流母线侧上的母线电流的交流分量的相位角之间的差值大于或等于180°且小于或等于270°，提高功率解耦电路的损耗补偿能力，使得功率解耦电路采用成本较低且损耗较大的元器件，有益于减小功率解耦电路的体积，还可以基于主功率变换器电路的直流母线侧上的母线电压的交流分量，调节功率解耦电路注入的补偿电流的幅值，综合考虑主功率变换器电路的损耗和功率解耦电路的损耗，优化了功率变换器系统的综合损耗和效率，减小了主功率变换器电路的直流母线侧上的电压纹波，保证了良好的电流补偿抵消效果。

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电流补偿方法、功率解耦电路及功率变换器系统。

背景技术

功率变换器电路(如功率变换器)是一种可以将某种电流转换为其他类型电流的电子设备。图1示出了一种功率变换器系统的架构示意图。如图1所示，该功率变换器系统可以包括：依次电连接的直流设备、主功率变换器电路和交流设备。其中，直流设备可以包括直流负载或者直流电源，主功率变换器电路可以为交流电源转直流电源(alternatingcurrent/direct current，AC/DC)功率变换器，或者，直流电源转交流电源DC/AC功率变换器。交流设备可以包括交流负载，或者，交流电源。主功率变换器电路的交流侧和直流母线侧上的瞬时功率均为p₁(t)＝P+Pcos(2ωt+φ)，ω＝2πf，f为交流设备的工作频率，φ为交流设备的相位角，P为直流设备的直流侧上的瞬时功率。在主功率变换器电路的交流侧与直流母线侧之间会存在瞬时不平衡的脉动功率，即主功率变换器电路的直流母线侧上存在2倍交流侧频率的脉动功率p₂(t)＝Pcos(2ωt+φ)，容易引起主功率变换器电路的直流母线侧上的电压纹波，该电压纹波会影响主功率变换器电路无法正常工作，降低功率变换器系统的效率。为了解决上述问题，如图1所示，通常将功率解耦电路电连接在主功率变换器电路的直流母线侧上，实现对主功率变换器电路的交流侧与直流侧之间的功率解耦或能量缓冲，从而限制电压纹波。

通常，功率解耦电路包括无源功率解耦电路和有源功率解耦电路。

其中，无源功率解耦电路采用无源电容C和电感L等器件实现功率解耦，通常包括两种形式，一种是在主功率变换器电路的直流母线侧并联电容C；另一种是在主功率变换器电路的直流母线侧并联低通滤波LC。对于第一种形式，由于电容C的容值与电压纹波的大小为反比例关系，在电压纹波较小时，电容C的容值和体积将急剧增大。对于第二种形式，由于脉动功率或电压纹波的频率较低，电感L和电容C的体积将会很大，容易受到空间限制。

其中，有源功率解耦电路通过变换器电路，将主功率变换器电路的直流母线侧存在的2倍交流侧频率的脉动功率或者电压纹波，转移到允许电压纹波范围更大的储能器件(如电容C或电感L)上。针对独立型的有源功率解耦电路，由于储能器件采用陶瓷电容和氮化镓器件，其价格贵，造成成本升高。假若采用成本较低的如电解电容或者二氧化硅的金属-氧化物-半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor，简称MOS管)等的储能器件，容易导致有源功率解耦电路的损耗增大，造成有源功率解耦电路无法正常工作。

发明内容

本申请提供一种电流补偿方法、功率解耦电路及功率变换器系统，解决了传统功率解耦电路中由于元器件体积过大而受到空间限制的问题，提高了功率解耦电路的损耗补偿能力，降低了功率解耦电路的元器件成本，使得功率解耦电路能够正常工作，减少了主功率变换器电路的直流母线侧上的电压纹波，保证了良好的电流补偿抵消效果。