低共模噪聲的電源變換裝置及其應(yīng)用系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種低共模噪聲的電源變換裝置，包括：電源變換電路，電源變換電路包括：交流源；功率變換單元，具有直流端和交流端；濾波電感單元，濾波電感單元包含第一端和第二端，濾波電感單元的第一端連接交流源，濾波電感單元的第二端連接功率變換單元的交流端；共模噪聲抑制電路，共模噪聲抑制電路包括：容性阻抗網(wǎng)絡(luò)，包括第一端和第二端；阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)，包括第一端和第二端；容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的第二端與阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第一端連接，容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的第一端與濾波電感單元的第一端連接，阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第二端連接功率變換單元的直流端；阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)與濾波電感單元在預(yù)設(shè)電磁干擾頻段具有相同的阻抗特性。
【專利說明】低共模噪聲的電源變換裝置及其應(yīng)用系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及一種電源變換裝置，包括使用這種電源變換裝置的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、有源電力濾波器和太陽能并網(wǎng)逆變系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電源變換裝置的開關(guān)元件的開關(guān)動(dòng)作會(huì)引起較高的電壓變化率(dv/dt)和電流變化率(di/dt)，這些電壓電流的快速變化會(huì)通過系統(tǒng)對(duì)地的分布電容產(chǎn)生共模噪音，流入電網(wǎng)，從而干擾連接在電網(wǎng)上的其他電子設(shè)備。
[0003]圖1示例性示出了一典型的三相功率變換器拓?fù)浼捌洚a(chǎn)生共模噪聲的原因的電路圖。11為功率變換單元，例如由三個(gè)半導(dǎo)體橋臂并聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)橋臂由兩個(gè)半導(dǎo)體器件構(gòu)成。在圖1中，121和122分別為直流母線電容Cbi和CB2，123為直流母線中點(diǎn)0，即直流母線電容Cbi和Cb2的連接點(diǎn)；15為交流源，例如電網(wǎng)。131、132、133分別為濾波電感La、Lb、Lc，各濾波電感的一端與交流源15對(duì)應(yīng)的一相相線連接，另一端與功率變換單元11對(duì)應(yīng)的橋臂中點(diǎn)相連，通常這三個(gè)濾波電感的分布是對(duì)稱的。14為一組星形連接的差模濾波電容組，例如包括三個(gè)連接成星形的電容Cx，141為三個(gè)電容Cx連接構(gòu)成的公共端N。圖1中的濾波電感La、Lb、Lc與X電容組14組成差模濾波器。G表示大地，為簡(jiǎn)潔起見，只標(biāo)示出了一處，其余處由相同的器件符號(hào)標(biāo)示。16為電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN)，是傳導(dǎo)電磁干擾測(cè)試時(shí)的輔助設(shè)備。
[0004]直流母線中點(diǎn)O與地之間具有分布電容Ctl (100)。類似地，功率變換單元11的橋臂中點(diǎn)A、B、C對(duì)地分別具有分布電容Cla (101)、Clb (102),Clc (103)。直流母線中點(diǎn)O以及橋臂中點(diǎn)A、B、C對(duì)地電位跳變會(huì)通過上述分布電容CrCyCpCle產(chǎn)生位移電流，位移電流流入地，形成共模噪聲。
[0005]為了滿足國(guó)際電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，如何更有效，更低成本地抑制共模噪聲，是業(yè)界普遍關(guān)注的問題。
[0006]圖2示例性示出了傳統(tǒng)技術(shù)中一種抑制共模噪聲的解決方案的電路圖。圖2與圖1的區(qū)別在于在電網(wǎng)15與功率變換單元11之間的三相電源線上增加了一個(gè)無源共模濾波器17來抑制共模噪聲。圖2中的無源共模濾波器17包括一個(gè)共模電感Lcm (171)和一組Y電容組172，Y電容組172例如包括三個(gè)連接成星形的電容CY，三個(gè)電容Cy的公共端Ny(173)接地。
[0007]然而，圖2中的共模電感171往往體積較大，成本較高。而且當(dāng)要求的共模感量較大時(shí)，共模電感171甚至很難設(shè)計(jì)。
[0008]圖3示意了傳統(tǒng)技術(shù)中另一類抑制共模噪聲的解決方案，就是通過減小原始共模噪聲來降低對(duì)共模濾波器的要求。圖3示例性示出了該種抑制共模噪聲的解決方案的電路圖。圖3與圖1的區(qū)別在于將星形連接的X電容組14的公共端N (141)直接與直流母線中點(diǎn)O (123)相連。由于N是一個(gè)虛擬中性點(diǎn)，其電位較穩(wěn)，將直流母線中點(diǎn)O與該虛擬中性點(diǎn)N直接相連后，母線的對(duì)地電位也被嵌位到穩(wěn)定電位，因而可以在一定程度上改善共模噪聲。
[0009]然而，圖3的方案只能抑制通過功率變換器的直流母線對(duì)地分布電容Ctl (100)流入地時(shí)所產(chǎn)生的共模噪聲，而對(duì)于通過功率變換單元的橋臂中點(diǎn)A、B、C對(duì)地分布電容Cla(101)、Clb (102), Clc (103)引起的共模電流，則不但不能抑制，反而還會(huì)增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了解決上述技術(shù)問題之一，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N低共模噪聲的電源變換裝置，包括:一電源變換電路。該電源變換電路包括:一交流源，一功率變換單元和一濾波電感單元。該功率變換單元具有直流端和交流端，該濾波電感單元包含一第一端和一第二端，濾波電感單元的第一端連接交流源，濾波電感單元的第二端連接功率變換單元的交流端。該抑制共模噪聲的電源變換裝置還包括一共模噪聲抑制電路。該共模噪聲抑制電路包括:一容性阻抗網(wǎng)絡(luò)和一阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)。該容性阻抗網(wǎng)絡(luò)包括一第一端和一第二端；該阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)包括一第一端和一第二端。該容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的第二端與阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第一端連接，容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的第一端與濾波電感單元的第一端連接，阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第二端連接功率變換單元的直流端。該阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)與濾波電感單元在預(yù)設(shè)電磁干擾頻段具有相同的阻抗特性。
[0011]本申請(qǐng)還提供了一種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括:一交流源；一第一功率變換單元，具有直流端和交流端；一第二功率變換單元，具有直流端和交流端；一電機(jī)；和一共模噪聲抑制電路。其中，交流源與第一功率變換單元的交流端耦接，第一功率變換單元的直流端與第二功率變換單元的直流端耦接，第二功率變換單元的交流端與電機(jī)電性耦接，共模噪聲抑制電路與第一功率變換單元耦接。第一功率變換單元包括:一第一功率變換電路和一濾波電感單元。該第一功率變換電路具有直流端和交流端。該濾波電感單元包含一第一端和一第二端，濾波電感單元的第一端連接交流源，濾波電感單元的第二端連接第一功率變換電路的交流端。共模噪聲抑制電路包括:一容性阻抗網(wǎng)絡(luò)和一阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)，該容性阻抗網(wǎng)絡(luò)包括第一端和第二端；該阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)包括第一端和第二端；該容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的第二端與該阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第一端連接，該容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的第一端與該濾波電感單元的第一端連接，該阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第二端連接第一功率變換電路的直流端。其中，阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)與濾波電感單元在預(yù)設(shè)電磁干擾頻段具有相同的阻抗特性。
[0012]本申請(qǐng)還提供了一種電能質(zhì)量裝置，包括:一逆變電路單元和一共模噪聲抑制電路。該逆變電路單元連接于一交流源，逆變電路單元用于補(bǔ)償與所述交流源電性連接的非線性負(fù)載所產(chǎn)生的無功和/或諧波，該逆變電路單元包括:一逆變電路和一濾波電感單元。該逆變電路具有直流端和交流端，該濾波電感單元包含一第一端和一第二端，濾波電感單元的第一端連接交流源，濾波電感單元的第二端連接逆變電路的交流端。共模噪聲抑制電路包括:一容性阻抗網(wǎng)絡(luò)和一阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)。該容性阻抗網(wǎng)絡(luò)包括第一端和第二端，該阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)包括第一端和第二端；其中，容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的第二端與阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第一端連接，容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的第一端與濾波電感單元的第一端連接，阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第二端連接逆變電路的直流端；阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)與濾波電感單元在預(yù)設(shè)電磁干擾頻段具有相同的阻抗特性。
[0013]本申請(qǐng)還提供了一種能量控制系統(tǒng)，包括:一直流源、一交流源、一逆變電路單元和一共模噪聲抑制電路。該逆變電路單元包括:一逆變電路，和一濾波電感單元。該逆變電路具有直流端和交流端；該濾波電感單元包含一第一端和一第二端，濾波電感單元的第一端連接交流源，濾波電感單元的第二端連接逆變電路的交流端。共模噪聲抑制電路包括:一容性阻抗網(wǎng)絡(luò)以及一阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)。該容性阻抗網(wǎng)絡(luò)包括第一端和第二端，該阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)包括第一端和第二端。其中，容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的第二端與阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第一端連接，容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的第一端與濾波電感單元的第一端連接，阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第二端連接逆變電路的直流端，逆變電路的直流端連接直流源；阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)與濾波電感單元在預(yù)設(shè)電磁干擾頻段具有相同的阻抗特性。
[0014]根據(jù)本申請(qǐng)的抑制共模噪聲的電源變換裝置，能夠有效地抑制電源變換裝置的共模噪聲，或者幫助減小所采用的共模濾波電感的體積或共模濾波電感的設(shè)計(jì)困難、或降低整個(gè)電源變換裝置成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面將參照所附附圖來描述本申請(qǐng)的實(shí)施例，其中:
[0016]圖1不例性不出了一典型的三相功率變換器拓?fù)浼捌洚a(chǎn)生共模噪聲的原因的電路圖；
[0017]圖2示例性示出了傳統(tǒng)技術(shù)中一種抑制共模噪聲的解決方案的電路圖；
[0018]圖3示例性示出了傳統(tǒng)技術(shù)中另一種抑制共模噪聲的解決方案的電路圖；
[0019]圖4示例性示出了一種能夠控制零序分量的電流的抑制共模噪聲的解決方案的電路圖；
[0020]圖5示例性示出了低共模噪聲的電源變換裝置的第一個(gè)實(shí)施例的電路圖；
[0021]圖6A示例性示出了低共模噪聲的電源變換裝置中的功率變換單元的一個(gè)實(shí)施例的電路圖；
[0022]圖6B示例性示出了低共模噪聲的電源變換裝置中的功率變換單元的另一個(gè)實(shí)施例的電路圖；
[0023]圖7A示例性示出了低共模噪聲的電源變換裝置中的容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)實(shí)施例的電路圖；
[0024]圖7B示例性示出了根據(jù)本申請(qǐng)的低共模噪聲的電源變換裝置中的容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)實(shí)施例的電路圖；
[0025]圖8A示例性示出了低共模噪聲的電源變換裝置中的阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)實(shí)施例的電路圖；
[0026]圖SB示例性示出了低共模噪聲的電源變換裝置中的阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)實(shí)施例的電路圖；
[0027]圖SC示例性示出了低共模噪聲的電源變換裝置中的阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的又一個(gè)實(shí)施例的電路圖；
[0028]圖9A示例性示出了低共模噪聲的電源變換裝置的第二個(gè)實(shí)施例的電路圖；
[0029]圖9B示例性示出了針對(duì)圖9A的電源變換裝置的三相所產(chǎn)生的共模噪聲所建立的豐吳型電路圖；
[0030]圖9C示例性示出了針對(duì)圖9B中一相的共模噪聲的模型等效電路圖；[0031]圖9D示例性示出了針對(duì)圖9B中三相完全對(duì)稱時(shí)共模噪聲模型等效電路圖；
[0032]圖10示例性示出了根據(jù)低共模噪聲的電源變換裝置的第三個(gè)實(shí)施例的電路圖；
[0033]圖11示例性示出了低共模噪聲的電源變換裝置的第四個(gè)實(shí)施例的電路圖；
[0034]圖12A示例性示出了原始共模噪聲、傳統(tǒng)技術(shù)方案以及本申請(qǐng)技術(shù)方案根據(jù)共模噪聲等效模型的交流掃描結(jié)果；
[0035]圖12B至圖12D分別示例性示出了根據(jù)圖1所示的傳統(tǒng)技術(shù)的功率變換器的原始共模噪聲、根據(jù)圖3所示的傳統(tǒng)技術(shù)抑制后的共模噪聲、以及采用圖9A所示的本申請(qǐng)的共模噪聲抑制方案的電路仿真結(jié)果；
[0036]圖13A示例性示出了根據(jù)本申請(qǐng)的低共模噪聲的電源變換裝置一個(gè)應(yīng)用實(shí)施例的電路圖；
[0037]圖13B示例性示出了根據(jù)本申請(qǐng)的低共模噪聲的電源變換裝置另一個(gè)應(yīng)用實(shí)施例的電路圖；以及
[0038]圖13C示例性示出了根據(jù)本申請(qǐng)的低共模噪聲的電源變換裝置又一個(gè)應(yīng)用實(shí)施例的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面將結(jié)合圖5至圖13C詳細(xì)描述本申請(qǐng)。需要注意的是，在以下描述的本申請(qǐng)的附圖中，具有相同參考標(biāo)記的元件在系統(tǒng)中具有相同的功能，作為連接導(dǎo)線的線段之間如果存在交叉點(diǎn)，那么交叉點(diǎn)上帶有黑點(diǎn)“.”則表示該交叉點(diǎn)是連接點(diǎn)，交叉點(diǎn)上不帶有黑點(diǎn)“.”則表示該交叉點(diǎn)不是連接點(diǎn)而僅僅是相互穿越；各線圈所示的匝數(shù)僅僅是示意圖，而不表示實(shí)際的匝數(shù)值或匝數(shù)比；各電感、變壓器線圈和電容的符號(hào)不但代表該元件自身，還可以表示該元件的容量的代數(shù)符號(hào)。
[0040]在圖3中將星形連接的X電容組14的公共端N( 141)直接與直流母線中點(diǎn)0(123)相連，連接線上的零序分量電流可能會(huì)比較大。圖4示例性示出了一種能夠控制低頻零序分量的電流的抑制共模噪聲的解決方案的電路圖。圖4與圖3的區(qū)別在于X電容組14的公共端N (141)與直流母線中點(diǎn)O (123)之間通過一個(gè)電容Cs來連接，以便能夠適當(dāng)?shù)乜刂屏阈蚍至康碾娏鳌?br> [0041]然而，圖4的方案仍然只能抑制通過直流母線對(duì)地分布電容Ctl (100)流入地時(shí)所產(chǎn)生的共模噪聲，而對(duì)于通過橋臂中點(diǎn)A、B、C對(duì)地分布電容Cla (IOl)Xlb (102),Clc (103)引起的共模電流，則不但不能抑制，反而還會(huì)增加。
[0042]本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N低共模噪聲的電源變換裝置。圖5示例性示出了根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)低共模噪聲的電源變換裝置的一實(shí)施例的電路圖。圖5所示低共模噪聲的電源變換裝置包括:功率變換單元21，具有直流端和交流端，其中直流端包括正極端子PO和負(fù)極端子NE，交流端包括三相交流端子At、Bt和Ct。各相交流端子之間的電壓為經(jīng)高頻調(diào)制的低頻交流電壓，通常各端子的分布是對(duì)稱的。功率變換單元21可以為交流-直流整流器、或直流-交流逆變器。直流母線電容Cbi (121)和Cb2 (122)串聯(lián)連接于功率變換單元21的直流端的正極端子PO和負(fù)極端子NE之間，直流母線電容Cbi和Cb2的連接點(diǎn)123為直流母線中點(diǎn)0，其中直流母線電容也可以只有一個(gè)。交流源15為包括三相電壓Ua、Ub和Uc的三相電源。濾波電感單元包括數(shù)目與功率變換單元21的交流端數(shù)目相同的若干濾波電感子單元。該濾波電感子單元可以是單一的電感，例如為濾波電感La (131),Lb (132),Lc (133)。濾波電感單元的一端與交流源15連接，而另一端與功率變換單元21對(duì)應(yīng)的交流端子相連。該電源變換裝置還包括共模噪聲抑制電路。該共模噪聲抑制電路包括容性阻抗網(wǎng)絡(luò)24和阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)28。容性阻抗網(wǎng)絡(luò)24包括第一組端子Dt、Et和Ft以及第二組端子Gt、Ht和It。第一組端子Dt、Et和Ft分別與交流源15對(duì)應(yīng)的一相連接，即與濾波電感單元的一端連接。阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)28包括第三組端子Jt、Kt和Lt以及第四端子Mt，第三組端子Jt、Kt和Lt分別與容性阻抗網(wǎng)絡(luò)24對(duì)應(yīng)的第二組端子Gt、Ht和It相連接，第四端子Mt與功率變換單元21的直流母線中點(diǎn)O (123)相連接。在其他實(shí)施例中，阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)28的第四端子Mt也可與功率變換單元21直流端子中正極PO或負(fù)極NE相連。其中，阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)28的阻抗在打算抑制共模噪聲的頻率范圍內(nèi)，即預(yù)設(shè)電磁干擾頻段與濾波電感La (131)、Lb (132),Lc (133)具有一致的阻抗特性，例如都為感性阻抗或都為容性阻抗，本文中所有涉及的阻抗特性都是指該阻抗為容性阻抗還是感性阻抗，比如說相同的阻抗特性，即指它們?cè)陉P(guān)注的頻率上都是感性阻抗，或者都是容性阻抗。
[0043]圖5中的功率變換單元21例如可以是如圖6A所示的兩電平電路中的功率變換單元31。圖6A示例性示出了根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)低共模噪聲的電源變換裝置中的功率變換單元的一實(shí)施例的電路圖。三相交流端子At、Bt和Ct分別對(duì)應(yīng)連接到兩電平電路的功率變換單元31各橋臂的中點(diǎn)A、B和C。
[0044]圖5中的功率變換單元21例如可以是如圖6B所示的三電平電路中的功率變換單元41。圖6B示例性示出了本申請(qǐng)的低共模噪聲的電源變換裝置中的功率變換單元的另一個(gè)實(shí)施例的電路圖。三相交流端子At、Bt和Ct分別對(duì)應(yīng)連接到三電平電路的功率變換單元41各橋臂的中點(diǎn)A、B和C。
[0045]圖5中的容性阻抗網(wǎng)絡(luò)24例如可以是如圖7A中所示的純電容網(wǎng)絡(luò)34。圖7A示例性示出了根據(jù)本申請(qǐng)的低共模噪聲的電源變換裝置中的容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)實(shí)施例的電路圖。圖7A所示的純電容網(wǎng)絡(luò)34例如包括三個(gè)電容Cx，可用于三相的應(yīng)用中，即與功率變換單元21的相數(shù)對(duì)應(yīng)，通常三個(gè)電容Cx的參數(shù)相同。其中，每個(gè)電容Cx也可以是由多個(gè)電容組合連接形成。
[0046]圖5中的容性阻抗網(wǎng)絡(luò)24例如可以是如圖7B中所示的阻容網(wǎng)絡(luò)44。圖7B示例性示出了根據(jù)本申請(qǐng)的低共模噪聲的電源變換裝置中的容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)實(shí)施例的電路圖。圖7B所示的阻容網(wǎng)絡(luò)44包括三個(gè)容性支路，與功率變換單元21的交流端數(shù)目對(duì)應(yīng)，通常三個(gè)容性支路的參數(shù)相同。其中每個(gè)容性支路包括一個(gè)電容Cx和一個(gè)電阻Rx的串聯(lián)，由于阻容網(wǎng)絡(luò)44是用于耦合交流的無源網(wǎng)絡(luò)，所以不分極性，即上下翻轉(zhuǎn)過來、電容電阻位置互換均可以使用。在其他容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施例中，每個(gè)容性支路可以是由多個(gè)電容和電阻組合連接形成。
[0047]圖5中的阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)28例如可以是如圖8A中所示的單個(gè)電感Lx (38)。圖8A示例性示出了根據(jù)本申請(qǐng)的低共模噪聲的電源變換裝置中的阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)實(shí)施例的電路圖。圖8A所示的單個(gè)電感Lx —端分別連接容性阻抗網(wǎng)絡(luò)24的第二組端子Gt、Ht和It，單個(gè)電感Lx的另一端可直接或通過電容和/或電阻連接到功率變換單元21的直流端例如直流母線中點(diǎn)O (123)。
[0048]圖5中的阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)28例如可以是如圖8B中所示的非耦合電感網(wǎng)絡(luò)48。圖8B示例性示出了根據(jù)本申請(qǐng)的低共模噪聲的電源變換裝置中的阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)實(shí)施例的電路圖。圖8A所示的非耦合電感網(wǎng)絡(luò)48例如包括三個(gè)電感Lx，每個(gè)電感Lx的一端連接容性阻抗網(wǎng)絡(luò)24的第二組端子Gt、Ht和It中相應(yīng)的一個(gè)，通常三個(gè)電感Lx的參數(shù)相同，每個(gè)電感Lx的另一端可直接或通過電容和/或電阻連接到功率變換單元21的直流端例如直流母線中點(diǎn)O (123)。
[0049]圖5中的阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)28例如可以是如圖8C中所示的耦合電感網(wǎng)絡(luò)58。圖8C示例性示出了根據(jù)本申請(qǐng)的低共模噪聲的電源變換裝置中的阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的又一個(gè)實(shí)施例的電路圖。圖8C所示的耦合電感網(wǎng)絡(luò)58例如是一個(gè)三相耦合電感，包括三個(gè)繞組，該三相耦合繞組的第一組端子的每一個(gè)端子分別連接容性阻抗網(wǎng)絡(luò)24的第二組端子Gt、Ht和It中相應(yīng)的一個(gè)，三個(gè)繞組的另一組端子即該三相耦合電感的公共端可直接或通過電容連接到功率變換單元21的直流端例如直流母線中點(diǎn)O (123)。其中，三個(gè)繞組彼此磁耦合。至于實(shí)現(xiàn)磁耦合的方式多種多樣，在此不進(jìn)行進(jìn)一步例舉。
[0050]圖9A示例性示出了根據(jù)本申請(qǐng)的低共模噪聲的電源變換裝置的具體實(shí)施例的電路圖。其中，阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的阻抗示意為平衡阻抗4。平衡阻抗Ztl與構(gòu)成濾波電感單元的濾波電感La (131),Lb (132),Lc (133)具有一致的阻抗特性，例如在打算抑制共模噪聲的頻率范圍內(nèi)都呈感性。
[0051]為了更好地理解本申請(qǐng)，下面將通過等效模型電路等效電路來進(jìn)一步闡述本申請(qǐng)的原理。
[0052]圖9B示例性示出了針對(duì)圖9A的電源變換裝置的三相所產(chǎn)生的共模噪聲所建立的模型電路圖?；趫D9A構(gòu)建共模噪聲模型電路，如圖9B所示該共模噪聲等效模型包括直流母線中點(diǎn)O與地之間的分布電容Ctl (100)、功率變換單元11的橋臂中點(diǎn)A、B、C對(duì)地分別具有的分布電容 Cla (101)、Clb (102)、Clc (103)、濾波電感 La (131)、Lb (132)、Lc (133)和電壓uAQ、uB0和Ucq和一電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)16。在此等效模型電路中，電壓uAQ、uB0和uc。是橋臂中點(diǎn)A、B、C對(duì)直流母線`中點(diǎn)O之間的電壓。電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)為干擾測(cè)試時(shí)的輔助設(shè)備，電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)16的阻抗等效為ZUSN/3，其上的壓降即為共模電壓。
[0053]根據(jù)線性疊加原理，可以分別對(duì)圖9B中的三相電壓uAQ、uBQ和Ucq單獨(dú)地進(jìn)行分析。例如在分析電壓1?所引起的共模噪聲時(shí)，可以另外兩相的電壓!^和^視為短路，這樣，就能夠進(jìn)一步得到圖9C所不的等效電路。
[0054]圖9C示例性示出了針對(duì)圖9B中一相的共模噪聲的等效模型電路圖。如圖9C所示，該等效模型電路包括一感性支路。該感性支路包括并聯(lián)的濾波電感Lb、Lc即Lb//Lc(134)、平衡阻抗Ztl (68)和濾波電感La (131) ；Lb//Lc (134)與平衡阻抗Ztl (68)并聯(lián)且與濾波電感La (131)串聯(lián)，濾波電感與并聯(lián)的Lb//Lc (134)和平衡阻抗Ztl的連接點(diǎn)為一第一節(jié)點(diǎn)。該等效模型電路還包括一容性支路。該容性支路包括分布電容Cla (101)、Clb、Clc和Ctl ;分布電容ClbXle和Ctl相互之間并聯(lián)且與分布電容Cla串聯(lián)，分布電容Cla與其他分布電容的連接點(diǎn)為一第二節(jié)點(diǎn)。電源阻抗網(wǎng)絡(luò)16的兩端分別與第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)連接。圖9C所示電路構(gòu)成了一個(gè)惠斯登電橋(wheatstone bridge)。
[0055]如果該電橋滿足電橋平衡條件，電源阻抗網(wǎng)絡(luò)16兩端電壓為零，共模電壓為零。即只要滿足以下公式:[。。56] ZqIIZlJIZl: ZcJIZcJZca⑴’
[0057]其中，Zh是濾波電感La的阻抗、Ztl是平衡阻抗Ztl的阻抗、Zu3是濾波電感Lb的阻抗、Zu是濾波電感Lc的阻抗、是分布電容Cla的阻抗、2&分布電容Clb的阻抗Z邑分布電容Clc;的阻抗、以及Zq是分布電容Q1的阻抗。那么，當(dāng)電源阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)16兩端電壓較小或接近等于O時(shí)，對(duì)于La所在相產(chǎn)生的共模噪聲就可以得到一定程度的抑制。
[0058]由于實(shí)際電感為非理想電感，存在分布參數(shù)，在頻率較高時(shí)，其阻抗可能呈現(xiàn)容性。例如前述的濾波電感La、Lb、Lc可能在IOMHz之前為感性，在IOMHz之后為容性。為了滿足公式(I )，如果要讓所述惠斯登電橋在一個(gè)較寬的頻率范圍內(nèi)達(dá)到平衡，那么平衡阻抗Ztl與濾波電感La、Lb、Lc需要有一致的阻抗特性，應(yīng)該在預(yù)設(shè)電磁干擾頻率范圍，例如共模噪聲的頻率范圍內(nèi)，可既呈現(xiàn)感性也可呈現(xiàn)容性。例如，在頻率較低時(shí)，濾波電感La、Lb、Lc的阻抗為感性阻抗，則平衡阻抗ZO也需要呈現(xiàn)感性；在頻率較高時(shí)，濾波電感的阻抗為容性阻抗，則相應(yīng)地，平衡阻抗ZO也需要呈現(xiàn)容性。
[0059]以此類推，對(duì)于其他兩相共模噪聲的等效模型電路與圖9C所示基本一致。為達(dá)到各相共模噪聲平衡，可能平衡阻抗Ztl的值會(huì)有所不同。因此Ztl的設(shè)計(jì)可以依據(jù)共模噪聲的主要來源的相，選擇能抑制該相共模噪聲的平衡阻抗Ztl的參數(shù)，或可根據(jù)需要去設(shè)計(jì)使得三相總共模噪聲最小的原則來設(shè)計(jì)平衡阻抗Ztl的參數(shù)。
[0060]考慮到為使各相的共模噪聲均能得到一定程度的抑制，那么功率變換單元結(jié)構(gòu)對(duì)稱，即各相包括元件數(shù)目和種類相同且相同元件的連接關(guān)系一致，且各相相同元件的參數(shù)一致，因此可假設(shè)各濾波電感La=Lb=Lc=L,功率變換單元11對(duì)地之間的分布電容Cla=Clb=Clc=C1O
[0061]圖9D與圖9C所示的等效模型電路的差別主要在于，圖9D將上述對(duì)濾波電感和分布電容的假設(shè)參數(shù)代入了圖9`C。由于功率變換單元各相結(jié)構(gòu)對(duì)稱，相同元件的參數(shù)一致，根據(jù)線性疊加的原理，圖9C的電壓Uaq可轉(zhuǎn)換成電壓uAQ、uB0和Ura之和。因此，圖9B所示的電源變換裝置共模噪聲模型就可以等效為圖9D所示的等效模型電路。
[0062]如圖9D所示，為使圖9所示的惠斯登電橋達(dá)到平衡，電源阻抗網(wǎng)絡(luò)兩端的電壓相等，即滿足公式:
Z,, — Zri
[0063]7 / 7 /(2)，
Z。" ％ %//Zc0
[0064]其中，Z表示阻抗的意思，Z0是平衡阻抗Ztl的阻抗。
[0065]在實(shí)際工程應(yīng)用中，三個(gè)濾波電感La、Lb、Lc可能會(huì)存在一定的容差(例如10%)，或者三個(gè)分布電容Cla、Clb、Cle也可能會(huì)存在一定的容差(例如10%)。那么，按照公式(2)得到的平衡阻抗Ztl的取值達(dá)到抑制共模噪聲的效果與預(yù)期效果會(huì)有些偏差，這種偏差應(yīng)是在正常允許范圍內(nèi)的。
[0066]圖10示例性示出了根據(jù)本申請(qǐng)的低共模噪聲的電源變換裝置的又一個(gè)實(shí)施例的電路圖。圖10所示的電路是圖5所示的技術(shù)方案的又一個(gè)具體實(shí)施例。圖10與圖9A的區(qū)別在于，圖10更具體地示意了阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)電感L1 (67)、隔直電容Cs (18)和阻尼電阻Rd (19)，這三者相互串聯(lián)。
[0067]對(duì)于圖10所示的阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)，在電感L1與隔直電容Cs的諧振頻率f0之前，即低于諧振頻率fO，電感L1、隔直電容Cs和阻尼電阻Rd的串聯(lián)支路的阻抗主要取決于隔直電容Cs，從而可以限制或隔離低頻段的零序電流。在電感L1與隔直電容Cs的諧振頻率fO之后，即高于諧振頻率f0，電感L1、隔直電容Cs和阻尼電阻Rd的串聯(lián)支路的阻抗主要取決于電感U。因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為保證在預(yù)設(shè)電磁干擾頻段，例如共模噪聲所在的干擾頻段，阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)與濾波電感具有相同的阻抗特性，達(dá)到抑制共模噪聲的效果，可將阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率設(shè)置小于該干擾頻段的最小頻率。例如關(guān)注的電磁干擾頻段為9kHz-30MHz時(shí)，只需將fO設(shè)置在小于9kHz，例如可以取fO = IkHz0
[0068]圖10中的阻尼電阻Rd在電感L1與隔直電容Cs諧振時(shí)起到阻尼的作用，以免使電感L1、隔直電容Cs和阻尼電阻Rd的串聯(lián)支路產(chǎn)生過大的電流。
[0069]雖然以上各實(shí)施例主要是例舉電源變換裝置中功率變換單元為三相功率變換單元的情況，然而電源變換裝置中功率變換單元并不局限于三相功率變換單元，也可以是單相功率變換單元。
[0070]例如，圖11示例性示出了低共模噪聲的電源變換裝置中功率變換單元為單相功率變換單元實(shí)施例的電路圖。
[0071]可以看到，圖11中的單相交流源25、單相功率變換單元51、容性阻抗網(wǎng)絡(luò)54、由濾波電感La (131)、Lb (132)構(gòu)成的濾波電感單元、以及包含電感Ls (66)的阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)。圖11所示的單相功率變換單元具有兩交流端，容性阻抗網(wǎng)絡(luò)54包括兩電容，電容的一端對(duì)應(yīng)與單相功率變換單元的一端連接，而另一端連接阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)。該圖11所示的實(shí)施例中，阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)為一單一的電感Ls(66)。該單相功率變換單元51具有兩橋臂，兩橋臂分別具有一橋臂中點(diǎn)A和一橋臂中點(diǎn)B。以橋臂中點(diǎn)A為例，按照上述共模噪聲的等效模型，若需抑制橋臂中點(diǎn)A可能產(chǎn)生的共模噪聲，則需滿足公式:
【權(quán)利要求】
1.一種低共模噪聲的電源變換裝置，包括: 一電源變換電路，所述電源變換電路包括: 一交流源； 一功率變換單元，具有直流端和交流端；和 一濾波電感單元，所述濾波電感單元包含一第一端和一第二端，所述濾波電感單元的第一端連接所述交流源，所述濾波電感單元的第二端連接所述功率變換單元的交流端；和一共模噪聲抑制電路，所述共模噪聲抑制電路包括: 一容性阻抗網(wǎng)絡(luò)，包括第一端和第二端；和 一阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)，包括第一端和第二端； 其中，所述容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的第二端與所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第一端連接，所述容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的第一端與所述濾波電感單元的第一端連接，所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第二端連接所述功率變換單元的直流端； 所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)與所述濾波電感單元在預(yù)設(shè)電磁干擾頻段具有相同的阻抗特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源變換裝置，其中，所述功率變換單元為三相功率變換單元或者單相功率變換單元；對(duì)應(yīng)地，所述交流源為三相交流源或者單相交流源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源變換裝置，其中，所述濾波電感單元包括數(shù)目與交流源的端子相同的濾波電感子單元；所述濾波電感子單元的第一端與所述交流源的端子一一對(duì)應(yīng)連接，所述濾波電感子單元的第二端與所述功率變換單元的交流端一一對(duì)應(yīng)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源變換裝置，其中，所述濾波電感子單元為一電感元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源變換裝置，其中，所述容性阻抗網(wǎng)絡(luò)包括數(shù)目與濾波電感子單元相同的容性支路，所述容性支路的第一端與濾波電感子單元的第一端一一對(duì)應(yīng)連接，所述容性支路的第二端與所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第一端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電源變換裝置，其中，所述容性支路為一電容元件或一電容元件與一電阻串聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電源變換裝置，其中，所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的阻抗?jié)M足:
Z I'Zu~ ZaiHZii 其中Ztl為所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的阻抗，ZLi為與Ztl等效并聯(lián)的所述濾波電感子單元的阻抗，Zlx為一與Ztl等效串聯(lián)的所述濾波電感子單元的阻抗?為Zh所對(duì)應(yīng)的所述濾波電感子單元連接的功率變換單元的交流端對(duì)地的阻抗，ZetlS所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)連接的功率變換單元的直流端對(duì)地的阻抗，Zcd為與Zeci等效并聯(lián)的功率變換單元的其他交流端對(duì)地的阻抗。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電源變換裝置，其中，各所述容性支路結(jié)構(gòu)相同，器件參數(shù)一致；各所述濾波子單元結(jié)構(gòu)相同，器件參數(shù)一致；所述功率變換單元呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，器件參數(shù)—致。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源變換裝置，其中，所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)為一感性支路，所述感性支路至少包括一電感。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電源變換裝置，其中，所述感性支路還包括一阻尼電阻和一電容，所述阻尼電阻、電容和電感相互串聯(lián)連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電源變換裝置，其中，所述電感為單一電感；所述單一電感的一端作為所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第一端。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電源變換裝置，其中，所述電感為非耦合的電感網(wǎng)絡(luò)或耦合的電感網(wǎng)絡(luò)；所述非耦合的電感網(wǎng)絡(luò)包括至少兩個(gè)非耦合的電感，所述耦合的電感網(wǎng)絡(luò)包括至少兩個(gè)耦合的繞組，所述兩個(gè)非耦合的電感或耦合的繞組的一端共接成一共接點(diǎn)，作為所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第二端，所述兩個(gè)非耦合的電感或耦合的繞組的另一端作為所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第一端。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源變換裝置，其中，所述功率變換單元的直流端包括兩直流引線端，所述兩直流引線端之間為一直流電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電源變換裝置，其中，所述功率變換單元的直流端還包括兩串聯(lián)的母線電容，所述兩串聯(lián)的母線電容跨接于所述兩直流引線端之間，所述兩串聯(lián)的母線電容的共接端形成一直流端中點(diǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源變換裝置，其中，所述功率變換單元是兩電平整流或逆變電路，或者是多電平整流或逆變電路。
16.一種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括: 一交流源； 一第一功率變換單元，具有直流端和交流端； 一第二功率變換單元 ，具有直流端和交流端； 一電機(jī)；和 一共模噪聲抑制電路； 其中，所述交流源與所述第一功率變換單元的交流端耦接，所述第一功率變換單元的直流端與所述第二功率變換單元的直流端耦接，所述第二功率變換單元的交流端與所述電機(jī)電性耦接，所述共模噪聲抑制電路與所述第一功率變換單元耦接； 所述第一功率變換單元包括: 一第一功率變換電路，具有直流端和交流端；和 一濾波電感單元，所述濾波電感單元包含一第一端和一第二端，所述濾波電感單元的第一端連接所述交流源，所述濾波電感單元的第二端連接所述第一功率變換電路的交流端; 所述共模噪聲抑制電路包括: 一容性阻抗網(wǎng)絡(luò)，包括第一端和第二端；和 一阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)，包括第一端和第二端； 所述容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的第二端與所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第一端連接，所述容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的第一端與所述濾波電感單元的第一端連接，所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第二端連接所述第一功率變換電路的直流端； 所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)與所述濾波電感單元在預(yù)設(shè)電磁干擾頻段具有相同的阻抗特性。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，所述電機(jī)為風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
18.—種電能質(zhì)量裝置,包括: 一逆變電路單元，連接于一交流源，所述逆變電路單元用于補(bǔ)償與所述交流源電性連接的非線性負(fù)載所產(chǎn)生的無功和/或諧波，所述逆變電路單元包括: 一逆變電路，具有直流端和交流端；和一濾波電感單元，所述濾波電感單元包含一第一端和一第二端，所述濾波電感單元的第一端連接所述交流源，所述濾波電感單元的第二端連接所述逆變電路的交流端；和一共模噪聲抑制電路，所述共模噪聲抑制電路包括: 一容性阻抗網(wǎng)絡(luò)，包括第一端和第二端；和 一阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)，包括第一端和第二端； 其中，所述容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的第二端與所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第一端連接，所述容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的第一端與所述濾波電感單元的第一端連接，所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第二端連接所述逆變電路的直流端； 所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)與所述濾波電感單元在預(yù)設(shè)電磁干擾頻段具有相同的阻抗特性。
19.一種能量控制系統(tǒng)，包括: 一直流源； 一交流源； 一逆變電路單元，所述逆變電路單元包括: 一逆變電路，具有直流端和交流端；和 一濾波電感單元，所述濾波電感單元包含一第一端和一第二端，所述濾波電感單元的第一端連接所述交流源，所述濾波電感單元的第二端連接所述逆變電路的交流端；以及一共模噪聲抑制電路， 所述共模噪聲抑制電路包括: 一容性阻抗網(wǎng)絡(luò)，包括第一端和第二端；和 一阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)，包括第一端和第二端； 其中，所述容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的第二端與所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第一端連接，所述容性阻抗網(wǎng)絡(luò)的第一端與所述濾波電感單元的第一端連接，所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)的第二端連接所述逆變電路的直流端，所述逆變電路的直流端連接所述直流源； 所述阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)與所述濾波電感單元在預(yù)設(shè)電磁干擾頻段具有相同的阻抗特性。
【文檔編號(hào)】H02M7/12GK103825474SQ201210464340
【公開日】2014年5月28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】周錦平, 周敏, 謝毅聰 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司