CN103683966A - 再生逆变器装置和使用电池单元的逆变器装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供再生逆变器装置和使用电池单元的逆变器装置。根据本发明的逆变器装置可包括：转换器单元，其配置为接收单相AC电以输出DC电；电容器单元，其配置为吸收从转换器单元输出的DC电；逆变器单元，其配置为合成所吸收的DC电以输出负载的驱动电力；以及转换器控制器，其配置为基于单相AC电和转换器单元的输出DC电来控制转换器单元，其中转换器控制器包括：转换器门信号发生器，其配置为控制包含在转换器单元中的多个门；以及输入线路谐波电压发生器，其配置为输出转换器附加电力至连接到转换器门信号发生器的输入侧的加法器，转换器附加电力具有与单相AC电的基频分量的频率的预定倍数大小相同的单相AC电的基频分量的频率的预定倍数。

Description

再生逆变器装置和使用电池单元的逆变器装置

技术领域

本公开涉及一种再生逆变器装置和使用单元电池的逆变器装置，且更具体地，涉及能够通过在再生逆变器装置和使用单元电池的逆变器装置中的直流链（DC-link）电压脉动改善来实现系统体积减小和成本降低的一种再生逆变器装置和使用单元电池的逆变器装置。

背景技术

高电压逆变器可以表示具有600V以上线间电压均方根（RMS）值的输入电力的逆变器。这样的高电压逆变器主要用于风机、泵、压缩机等应用领域。

在所述应用领域中使用的高电压逆变器中，变速操作频繁地发生，因而，当需要快速加速或快速减速操作时，要采用使用再生逆变器的再生操作，从而支持快速加速或快速减速。此外，例如，对于诸如牵引机、提升机、输送机等应用领域，这样的再生操作基本上是必需的。

图1示出了一种典型的高电压逆变器装置的连接构造。

存在有各种高电压逆变器，但对于如图1所示的靠单位电力驱动的高电压逆变器的示例，高电压逆变器100接收3相电源来更换相位，并增强电力电流的谐波失真率，然后通过变压器生成单位电力，并将单位电力合成进3相电压中从而按照各个相位将其供给3相电动机。

图2示出了高电压逆变器100的单元电池构造。

每个单元电池可以包括：电感器202，其用来接收来自输入电源单元201的交流（AC）电以存储和供给电力；转换器203，其用来将通过电感器202的电力转换成DC电；转换器控制器206，其用来控制转换器203；电容器204，其用来吸收转换器203的输入/输出电力；逆变器205，其用来将DC电再次转换成AC电；以及逆变器控制器207，其用来控制逆变器205。

被包括在逆变器装置100中的单元电池接收单相电力以提供相电压。根据转换器控制器206和逆变器控制器207的开关控制来实施其具体操作，并可以参照Chapter7,Bin Wu,High-Power Converters and AC Drive,Wiley-Science（Wiley-科学、吴彬、高功率转换器和AC驱动器、第7章）来描述其详细操作。

更具体地，转换器控制器206是转换器203的输出端口以控制被连接至电容器204的DC线电压。通常，电容器204被用来解决在输入/输出端口中的功率不平衡，且当从电源侧供给的输入功率大于负载处消耗的输出功率时，DC线电压升高，而在相反情况下DC线电压降低以进行吸收操作。图3和图4示出了用来控制DC线电压的转换器控制器206的DC线电压控制器构造。

可以根据应用领域，以如图3中所示的积分比例控制器或如图4中所示的比例积分控制器的形式来选择性地配置典型的DC线电压控制器。

在每幅图中，Kp表示比例增益，Ki表示积分增益，Vdc可以代表被输出至电容器204的DC线电压的测量值，而Vdc*代表DC线电压控制指令信号值。

基于dq坐标系电流，如等式1中可以计算图3中获得的q轴电流指令信号iq*，如等式2中可以计算图4中获得q轴电流指令信号iq*。

【等式1】

$i_q^{e^{*}}={-K}_p{v}_{\mathrm{dc}}+K_i\text{\∫}(v_{\mathrm{dc}}^{*}-v_{\mathrm{dc}})\mathrm{dt}+\frac{{\hat{P}}_{\mathrm{out}}}{\frac{1}{2}E}$

【等式2】

$i_q^{e^{*}}=K_p(v_{\mathrm{dc}}^{*}-v_{\mathrm{dc}})+K_i\text{\∫}(v_{\mathrm{dc}}^{*}-v_{\mathrm{dc}})\mathrm{dt}+\frac{{\hat{P}}_{\mathrm{out}}}{\frac{1}{2}E}$

如上所述，可以通过DC线电压控制器来控制被连接至DC线路的电容器204的电压，且DC线电压控制器的输出可以是q轴电流指令信号（iq*）。根据电流指令信号，第二部分206的电流控制器分别控制着同步坐标系中的d、q轴电流，其中，q轴电流分量被称为有效功率电流且d轴电流分量被定义为无效功率电流。

当有需要时，可以根据第二部分206的电流控制器的操作来控制AC电力线的功率因数。当电源电压和电流是正弦波时，功率因数（PF）可以被表达如下。

【等式3】

$\mathrm{PF}=\frac{e_{\mathrm{dq}}^e\·i_{\mathrm{dq}}^e}{\left|e_{\mathrm{dq}}^e\right|\left|i_{\mathrm{dq}}^e\right|}=\frac{i_q^e}{\sqrt{{i_q^e}^2+{i_q^e}^2}}$

这里，edq^e=ed^e+jeq^e、idq^e=id^e+jiq^e以及edq^e·idq^e代表同步坐标系中电源电压复矢量和电流复矢量的内积，而|edq^e||idq^e|可以代表每个复矢量大小的乘积。用来控制从DC线电压控制器输出的功率因数的同步坐标系d轴电流指令信号值id^e*可以根据等式3被表达如下。

【等式4】

$i_d^{e^{*}}=i_q^{e^{*}}\frac{\sqrt{{1-\mathrm{PF}*}^2}}{\mathrm{PF}*}$

另一方面，第二部分206的电流控制器可以如图5所示被配置。根据通过从前述DC线电压控制器输出的功率因数控制计算出来的电流指令信号和通过电流传感器测得的电流，电流控制器可以利用比例积分控制器和前馈补偿器输出电压指令信号。

在图5中，Kpd和Kpq可以分别代表对d轴电流指令信号的比例增益值和对q轴电流指令信号比例增益值，而Kid和Kiq可以分别代表对d轴电流指令信号的积分值和对q轴电流指令信号的积分值。

由图5中的电流控制器输出的电压指令信号值如下。

【等式5】

$v_q^{e^{*}}=K_p(i_q^{e*}-i_q^e)+K_i\text{\∫}(i_q^{e*}-i_q^e)\mathrm{dt}+v_{q\_\mathrm{ff}}^{e*}$

$v_q^{e^{*}}=K_p(i_d^{e*}-i_d^e)+K_i\text{\∫}(i_d^{e*}-i_d^e)\mathrm{dt}+v_{d\_\mathrm{ff}}^{e*}$

$v_{q\_\mathrm{ff}}^{e*}=-{\mathrm{\ω}}_e{L}_{\mathrm{inter}}{i}_q^e$

$v_{d\_\mathrm{ff}}^{e*}={\mathrm{\ω}}_e{L}_{\mathrm{inter}}{i}_d^e$

所生成的电压指令信号可以被转换和输出至待用于转换器203中的单相固定坐标系。

另一方面，可以获得如下的包括第二部分206的单元电池的电压脉动。

首先，单元电池的输入电压和电流可以被表达为等式6。

【等式6】

$v_s\left(t\right)=\sqrt{2}{V}_s\sin \left({\mathrm{\ω}}_{s}t\right)$

$i_s\left(t\right)=\sqrt{2}{I}_s\sin ({\mathrm{\ω}}_{s}t+\mathrm{\δ})$

在等式6中，δ是转换器203的输入电压和电流之间的相差，而ω_s是输入功率频率，t是时间，而V_s和I_s是输入电压和电流的均方根（RMS）值。

此外，从等式6获得的输入功率p_s(t)如下。

【等式7】

$p_s\left(t\right)=v_s\left(t\right)i_s\left(t\right)=V_s{I}_s[\cos \left(\mathrm{\δ}\right)-\cos (2{\mathrm{\ω}}_{s}t+\mathrm{\δ})]$

在这种情况下，每个单元电池的输出电压和电流可以被定义为等式8。

【等式8】

$v_0\left(t\right)=\sqrt{2}{V}_0\sin {\mathrm{\ω}}_{o}t$

$i_0\left(t\right)=\sqrt{2}{I}_0\sin ({\mathrm{\ω}}_{o}t+\mathrm{\φ})$

这里，Φ可以代表负载角，ω_o可以代表工作频率，而t可以代表时间。此外，V₀和I₀可以代表输出电压和电流的均方根（RMS）值。

从等式8，单元电池的输出功率可以被计算如等式9。

【等式9】

p₀(t)＝v₀(t)i₀(t)＝V₀I₀cosφ-V₀I₀cos(2ω_ot+φ)

如等式9所示，可以看出，单元电池的输入功率和输出功率是由DC分量和AC分量组成的，并且可以看出，输入功率的AC分量具有两倍的输入频率，而输出功率的AC分量具有两倍的工作频率。

可以由转换器203的输入功率和输出功率之差来确定被传递至与DC线路连接的电容器204的功率。此外，因为输入功率和输出功率的平均值应该是相同的，所以其余的AC分量可以是被传递至电容器204的功率。它可以被表达为以下的等式10。

【等式10】

p_c(t)＝P_s(t)-p_o(t)＝V_sI_scos(2ω_st+δ)-V₀I₀cos(2ω_ot+φ)

从等式10可以看出，在DC线路处分别生成对应于两倍输入频率和工作频率的脉动，并且可以看出，当输入功率和输出功率的AC分量增大时，DC线路电源电压的脉动大小增加。

所以，在由单元电池的单相转换器203和逆变器205组成的电源电路的DC线电压（电容器204传递电压）处，生成对应于两倍输入线路功率频率和输出线路工作频率的大尺度的脉动，因而可能需要用来减小大尺度脉动的DC线路电容器的大级别的电容。它增大了整个系统的体积和成本。此外，DC线电压的脉动给逆变器输入电压施加影响，从而降低了系统稳定性。

发明内容

本公开的目的是提供一种能够减小逆变器的DC线路电压脉动的再生逆变器装置和使用单元电池的逆变器装置。

此外，本公开的另一个目的是提供一种能够减小逆变器的DC线路电容器的电容的再生逆变器装置和使用单元电池的逆变器装置。

另外，本公开的又一个目的是提供一种能够通过单元电池的有效电压控制来提高逆变器输出的系统可靠性的再生逆变器装置和使用单元电池的逆变器装置。

为了实现前述目的，根据本发明实施例的逆变器装置可以包括：转换器单元，其被配置为接收单相AC电以输出DC电；电容器单元，其被配置为吸收从转换器单元输出的DC电；逆变器单元，其被配置合成所吸收的DC电以输出负载的驱动电力；以及转换器控制器，其被配置为基于单相AC电和转换器单元的输出DC电来控制转换器单元，其中，所述转换器控制器包括转换器门信号发生器，其被配置为二级控制被包含在转换器单元中的多个门；以及输入线路谐波电压发生器，其被配置为输出转换器附加电力至被连接到转换器门信号发生器的输入侧的加法器，所述转换器附加电力具有与单相AC电的基频分量的频率的预定倍数大小相同的单相AC电的基频分量的频率的预定倍数。

优选地，所述转换器控制器可以包括：相位检测单元，其被配置为检测单相AC电的相位信息；坐标转换单元，其被配置为基于所检测出的相位信息将单相AC电的电流转换成依据dq同步坐标系的d轴电流和q轴电流；电压控制器，其被配置为根据转换器单元的输出电压来生成d轴控制电流和q轴控制电流；以及电流控制器，其被配置为根据经坐标转换的d轴电流和q轴电流以及从电压控制器输出的d轴控制电流和q轴控制电流来生成用来控制转换器单元的第一控制电压，其中，输入线路谐波电压发生器基于单相AC电和第一控制电压来输出第二控制电压，并且加法器将第一控制电压和第二控制电压相加以将其输出至转换器门信号发生器。

优选地，输入线路谐波电压发生器可以包括：减法器，其被配置为输出第一控制电压和单相电源电压之间的差；绝对值计算单元，其被配置为计算减法器输出的绝对值以计算基频分量的大小；比例控制器，其被配置为基于所计算的基频分量的大小来输出预定大小的谐波电压；以及相位判定单元，其被配置为控制相位使得从比例控制器输出的谐波电压变成预定倍数个基频以输出第二控制电压。

优选地，输入线路谐波电压发生器可以包括用来保持转换器附加电力的电压大小和频率处于预定倍数的比例控制器。

优选地，预定倍数可以是3倍。

此外，为了实现前述目的，根据本发明实施例的逆变器装置可以进一步包括逆变器控制器，所述逆变器控制器被配置为基于逆变器单元的输出电压来控制逆变器单元，其中，逆变器控制器包括：逆变器门信号发生器，其被配置用来控制被包含在逆变器单元中的多个门；以及输出线路谐波电压发生器，其被配置为输出逆变器附加电力至被连接到逆变器门信号发生器的输入侧的加法器，所述逆变器附加电力具有与逆变器单元的输出电压的基频分量的频率的预定倍数大小相同的逆变器单元的输出电压的基频分量的频率的预定倍数。

优选地，转换器附加电力频率的单相AC电的基频分量的预定倍数可以与逆变器附加电力频率的逆变器单元的输出电压的基频分量的预定倍数相同。

优选地，输出线路谐波电压发生器可以包括：绝对值计算单元，其被配置为计算逆变器单元的输出电压的基频分量的大小；以及相位判定单元，其被配置为通过基于逆变器单元的输出电压的负载角和逆变器单元的输出电压的基频分量大小的相位控制来输出逆变器附加电力。

此外，为了实现前述目的，提供包括多个单元电池的逆变器装置，并且所述逆变器装置可以包括：相位替换变压器单元，其被配置为从输入电源接收3相电以进行相位替换，并将单相电提供给每个单元电池；以及输出线路，其被配置为合成从每个单元电池输出的电力以将其输出至3相驱动负载，其中，每个单元电池均包括：转换器单元，其被配置为接收单相电以输出DC电；逆变器单元，其被配置为输出DC电至输出线路；转换器控制器，其被配置为基于单相电和转换器单元的输出电力来控制转换器单元；以及逆变器控制器，其被配置为基于逆变器单元的输出电压来控制逆变器单元，其中，所述转换器控制器包括输入线路谐波电压发生器，所述输入线路谐波电压发生器被配置为输出转换器附加电力，所述转换器附加电力具有与单相电的基频分量的频率的预定倍数大小相同的单相AC电的基频分量的频率的预定倍数，并且逆变器控制器包括输出线路谐波电压发生器，所述输出线路谐波电压发生器被配置输出逆变器附加电力，所述逆变器附加电力具有与输出电压的基频分量的频率的预定倍数大小相同的输出电压的基频分量的频率的预定倍数。

优选地，每个单元电池均可以使用被分成对应于待被连接至输出线路的3相驱动负载的每一相的预定组的单元电池。

优选地，3相驱动负载的相电压可以使用被合成为已分成预定组的单元电池的电压之和的单元电池。

优选地，被包含在每个单元电池中的逆变器单元和转换器单元可以使用被连接在串联H桥结构中的单元电池。

优选地，3相驱动负载可以使用包含感应电动机和同步电动机中的至少一个的单元电池。

根据本发明的一个实施例，使用输入线路谐波电压发生器可以增大脉动电力频率，从而减小转换器的DC线路电压的脉动大小。

此外，根据本发明的一个实施例，使用输入线路谐波电压发生器和输出线路谐波电压发生器可以增大脉动电力频率，从而减小转换器的DC线路电压的脉动大小。

此外，由于转换器的DC线路电压的脉动大小的减小，可以减小DC线路电容器的电容，从而减小整个系统的体积和成本。

另外，通过转换器的DC线路电压的脉动大小的减小，可具有能够提高系统可靠性的效果。

附图说明

被包括以提供对本公开的进一步理解并且被合并于此且构成本说明书的一部分的附图，图示了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。

在附图中：

图1至图5是用来解释一种典型的逆变器装置的构造和操作的视图；

图6是示意性地示出根据本发明实施例的包括逆变器装置的整个系统的示例的视图；

图7是示出根据本发明实施例的逆变器装置的构造的框图；

图8是示出根据本发明实施例的在逆变器装置中的单元电池的构造的视图；

图9是根据本发明实施例的用来解释在逆变器装置中的输入线路谐波电压发生器的操作的控制图；

图10是根据本发明实施例的用来解释在逆变器装置中的输出线路谐波电压发生器的操作的控制图；以及

图11是根据本发明实施例的用来解释在逆变器装置中的门信号发生操作的控制图。

具体实施方式

以下描述图示说明了本发明的原理。应当理解地是，尽管没有在这里明确地描述或示出，但本领域技术人员将能够设计体现本发明原理且被包括在本发明精神和范围内的各种装置。此外，在这里列出的所有条件性术语和实施例仅用于教学目的，以帮助读者理解本发明原理，且被解释为并不局限于这样具体列出的实施例和条件。

而且，在这里叙述本发明的原理、方案和实施例及其具体实施例的所有详细的说明都旨在包含其结构的和功能的等同物。另外，它意指这样的等同物既包括当前已知的等同物又包括未来待开发的等同物，即，待开发以执行相同功能的任意元件，而与其结构无关。

因而，例如，本领域技术人员应当理解地是，在这里提出的原理图代表体现本发明原理的示例性电路的概念视图。类似地，应当理解地是，任意流程图、程序框图、状态转移图、伪码等代表可以被基本上表现在计算机可读介质中且由计算机或处理器如此执行的各种过程，无论这样的计算机或处理器是否被明确地示出。

通过与附图相关联的以下详细描述，前述目的、特征和优势将更加明显，并且因此，本发明的技术构思能够由与本发明有关的技术领域的普通技术人员轻松地实现。而且，在本发明的描述中，如果对与本发明有关的公知技术的具体描述被判断为使本公开的主旨模糊，则将省略详细的说明。

在下文中，将参照附图详细地描述根据本发明的优选实施例。

图6是示意性地示出根据本发明实施例的包括逆变器装置的整个系统的示例的视图。

参照图6，根据本发明实施例的包括逆变器装置701的整个系统可以包括电力输入单元705、相位替换变压器单元703、多个单元电池（a1至c3）以及3相电动机702。

电力输入单元705从电源供应器接收3相电压以将其传递至相位替换变压器单元703。在高电压逆变器的情况下，电力输入单元705可以接收和传递具有600V以上线间电压均方根（RMS）值的3相电压。

相位替换变压器单元703减少从输入线路接收到的电力输入单元705的传递电力的谐波以改进电力电流的总谐波失真，并且执行转换过程以为每个单元电池提供单相电力。此外，相位替换变压器单元703可以在电力输入单元705的输入线路和逆变器装置701之间提供电气绝缘。

此外，每个单元电池（a1至c3）接收单相电力以输出相电压。相电压被合成为对应于每个相位的单元电池的电压之和以被输出至3相电动机702。

因此，单元电池可以分组。例如，单元电池组704a可以包括单元电池（a1、a2、a3），并且被包含在单元电池组704a中的单元电池的输出可以被合成以对应的一个相，从而输出单相电力至3相电动机。此外，每个单元电池（704a至704c）之间的电压相位可以具有120度的相位差以用来形成3相电力。

在下文中，将参照图7至图11更详细地描述根据本发明实施例的逆变器装置中的单相电池的构造。

图7是示出根据本发明实施例的逆变器装置中的单元电池的构造的框图。

参照图7，根据本发明实施例的逆变器装置可以包括：电感器单元802，其被配置以接收单相AC电以用于存储和传递；转换器单元803，其被配置将电感器单元802的输出转换成DC电并进行升压以用于输出；逆变器单元805，其被配置以将经升压的直流电再次转换以输出AC电；转换器控制器820，其被配置以基于转换器单元803的单相AC电和输出电力来控制转换器单元803；以及逆变器控制器830，其被配置以基于逆变器单元805的输出电压来控制逆变器单元805。

此外，转换器控制器820可以包括输入线路谐波电压发生器，其被配置以输出转换器附加电力，所述转换器附加电力具有与单相电源的基频分量的频率的预定倍数大小相同的单相AC电的基频分量的频率的预定倍数。

此外，逆变器控制器830可以包括输出线路谐波电压发生器，其被配置以输出逆变器附加电力，所述逆变器附加电力具有与逆变器单元的输出电压的基频分量的频率的预定倍数大小相同的输出电压的基频分量的频率的预定倍数。

根据转换器控制器820和逆变器控制器830的操作，可以减小正从转换器单元803输出的DC电压的脉动。将在后面描述其更详细的说明。

图8是更具体地示出根据本发明实施例的逆变器装置中的单元电池的构造的视图。

此外，参照图8，其它构造与图7中所述的构造相同，且将在下面更详细地描述转换器控制器820和逆变器控制器830的构造。

首先，转换器控制器820可以包括相位检测单元806、坐标转换单元807、电压控制器808、电流控制器809、输入线路谐波电压发生器814、第一加法器812以及转换器门信号发生器810。

相位检测单元806可以被连接至单元电池的输入电源801以测量从输入电源801接收到的单相电的电压，并且获取相位信息且将其提供给坐标转换单元807。

坐标转换单元807可以被连接至相位检测单元806和单元电池的输入电源801。坐标转换单元807可以基于从相位检测单元806接收到的相位信息将在单相固定坐标系上传输的单元电池的输入电源801的电流转换成在dq同步坐标系上的电流。

电压控制器808可以根据作为转换器单元803的输出线路的DC线电压来生成电流控制指令信号，并且将电流控制指令信号输出至电流控制器809。电压控制器808可以基于从转换器单元803的输出线路的DC电压测得的电压以及DC电压指令信号（Vdc*）来生成在同步坐标系上的d、q轴控制电流（iq*、id*）。可以从用户或者可以从主控制系统接收DC电压指令信号，或也可以预先设定DC电压指令信号为某一数值。另外，电压控制器808可以进一步包括带通滤波器，带通滤波器被配置为仅输出具有基频分量的电流指令信号。

根据本发明的实施例，电压指令信号或电流指令信号可以表示用于电压或电流控制的具有特定值的控制电压或控制电流。根据方便性，每个控制电压或控制电流可以被称作为电流指令信号或电压指令信号。

电流控制器809可以被连接至电压控制器808和坐标转换单元807。电流控制器809可以接收从电压控制器808施加的电流指令信号。此外，电流控制器809可以基于所接收到的电流指令信号和来自坐标转换单元807的坐标转换电流来生成电压指令信号，并输出所生成的电压指令信号（Va*）。

转换器门信号发生器810可以为转换器单元803中每个功率元件，特别是，被包含在转换器单元803中的多个开关（803a和803d）生成开关信号，并且在转换器单元803处接收开关信号。转换器门信号发生器810可以被连接至第一加法器812。转换器门信号发生器810可以接收电压指令信号，因为所述电压指令信号，输入线路谐波电压发生器814的输出信号通过第一加法器812与电流控制器809的输出相加，从而生成PWM信号以控制转换器单元803的开关操作。

第一加法器812将输入线路谐波电压发生器814的输出信号与电流控制器809的输出信号相加，并且所得到的信号被传递至前述门信号发生器810。

此外，输入线路谐波电压发生器814输出转换器附加电力至被连接到转换器门信号发生器810的输入侧的第一加法器812，所述转换器附加电力具有与单相AC电的基频分量的频率的预定倍数大小相同的单相AC电的基频分量的频率的预定倍数。通过这样，能够减小转换器单元803的输出DC线路电力的脉动，并减小电容器单元804的尺寸。将在后面描述输入线路谐波电压发生器814操作的详细配置。

另一方面，逆变器控制器830可以包括逆变器门信号发生器811、第二加法器813以及输出线路谐波电压发生器815。

逆变器门信号发生器811可以通过加法器813接收输出电压指令信号。逆变器门信号发生器811可以生成用来控制多个功率元件特别是被包含在逆变器单元805中的多个开关元件（805a至805d）的开关信号，并且在逆变器单元805的每个开关处接收开关信号。

第二加法器813可以输出信号至逆变器门信号发生器811，对于输出线路谐波电压发生器815和逆变器单元805的输出电压的指令信号电压（Vo*）被加到所述信号上。对于逆变器单元805的输出电压的指令信号电压可以包括逆变器单元805的输出电压，因为它符合再生逆变器方案。然而，指令信号电压可以由用户根据需要来设定，且当被连接至另一个控制系统时，自然可以根据控制系统的控制来被确定。

输出线路谐波电压发生器815可以输出逆变器附加电力至被连接到逆变器门信号发生器811的输入侧的第二加法器813，所述逆变器附加电力具有与逆变器单元805的输出电压的基频分量的频率的预定倍数大小相同的逆变器单元805的输出电压的基频分量的频率的预定倍数。因此，可以增大输出频率以进一步减小转换器单元803的输出DC线路电力的脉动，且进一步减小电容器单元804的尺寸。将在后面描述输出线路谐波电压发生器815操作的详细配置。

图9是示出根据本发明实施例的输入线路谐波电压发生器814的构造的视图。

参照图9，根据本发明实施例的输入线路谐波电压发生器814可以包括第一减法器901、第一绝对值计算单元902、第一比例控制器903以及第一坐标转换单元904。

第一减法器901计算从电流控制器809输出的电压指令信号（Va*）和单相AC电源801的输入电压之间的差，并输出差值至第一绝对值计算单元902。

第一绝对值计算单元902可以接收第一减法器901的输出，并且计算绝对值以输出信号至第一比例控制器903。由第一绝对值计算单元902计算的绝对值可以表示被施加至转换器单元803的输入绕组的转换器电压的基频分量的大小。

第一比例控制器903可以输出谐波电压至第一坐标转换单元904，基于表示从第一绝对值计算单元902接收到的转换器电压的基频分量大小的绝对信号来成比例地控制所述谐波电压的大小。例如，比例常数可以是“K”，且可以确定“K”值使得第一比例控制器903的输出能够被保持为转换器电压的基频分量大小的预定倍数。

第一坐标转换单元904可以被连接至相位检测单元806以接收从相位检测单元806输出的电源相位角信息。此外，第一坐标转换单元904可以根据从比例控制器903输出的谐波电压信号来确定对应于三倍基频的谐波电压相位，并且基于所确定的电压相位来转换从比例控制器903输出的谐波电压信号的相位和坐标以输出它至第一加法器812。

图10示出了根据本发明实施例的输出线路谐波电压发生器815的构造。

参照图10，根据本发明实施例的输出线路谐波电压发生器815可以包括第二绝对值计算单元1001和第二坐标转换单元1002。

第二绝对值计算单元1001可以接收从逆变器单元805输出的逆变器单元805的输出电压作为电压指令（Vo*），并且计算所接收到的逆变器单元805的输出电压的绝对值以输出信号至第二坐标转换单元1002。输出绝对值信号可以表示逆变器单元805的输出电压的基频分量的大小。

第二坐标转换单元1002可以接收从第二绝对值计算单元1001输出的电压大小信号，并且基于逆变器单元805的输出电压的基频分量大小和被连接至逆变器单元805的输出线路的负载的负载角来确定对应于逆变器单元805三倍输出电压频率的谐波电压相位。此外，第二坐标转换单元1002可以基于所确定的电压相位来转换从第二绝对值计算单元1001输出的谐波电压信号的相位和坐标以输出它至第二加法器813。

根据前述输入线路谐波电压发生器814和输出线路谐波电压发生器815，可以调整输入功率和输出功率如下。

首先，根据输入线路谐波电压发生器814的操作，可以生成增大转换器单元803的输入功率的AC分量频率所需要的电压指令。电压指令可以生成与电力电流的基频分量的大小相同的第三谐波电流，并且为此目的，可能需要确定基频电流大小的电压的大小。通过等式11可以看出大小，所述等式11是转换器单元803的输入绕组的电压等式。

【等式11】

$v_a\left(t\right)=R_s{i}_s+L_s\frac{{\mathrm{di}}_s}{\mathrm{dt}}+v_s\left(t\right)$

这里，va（t）可以表示转换器单元803的输入绕组的电压。

根据等式11可以看出，由转换器单元803的输入电压和单相输入电源（Vs）的电压之差来确定对转换器单元803的输入电源的电流施加影响的电压的大小。

因此，输入线路谐波电压发生器814可以通过转换器单元803将具有三倍于施加到流过电感器单元802的电流上的基频电压的大小和频率的电压施加到输入绕组上，从而使具有第三谐波分量的电流流动。

此外，因为用来使具有与基频电流相同的第三谐波分量的电流流动的电压的大小能够根据频率或操作环境而被改变，所以可以使用比例控制器以精确的方式来控制输入线路谐波电压发生器814。输入线路谐波电压发生器814的输出电压指令可以被加到电流控制器809的输出电压指令上。这里，转换器单元803的输入电压、输入电流和输入功率可以被表达为如等式12所示。

【等式12】

$v_s\left(t\right)=\sqrt{2}{V}_s\sin \left({\mathrm{\ω}}_{s}t\right)$

$i_s\left(t\right)=\sqrt{2}{I}_s\sin ({\mathrm{\ω}}_{s}t+\mathrm{\δ})+\sqrt{2}{I}_s\sin (3{\mathrm{\ω}}_{s}t+\mathrm{\δ})$

P_s(t)＝V_sI_s[cos(δ)-cos(4ω_st+δ)]

另一方面，输出线路谐波电压发生器815可以另外将具有与逆变器单元805的指令电压相同大小但具有三倍指令电压频率的电压指令信号施加到逆变器单元805的指令电压上。这里，逆变器单元805的输出电压、输出电流和输出功率可以被表达为如等式13所示。

【等式13】

$v_0\left(t\right)=\sqrt{2}{V}_0\sin \left({\mathrm{\ω}}_{o}t\right)+\sqrt{2}{V}_0\sin (3{\mathrm{\ω}}_{o}t+2\mathrm{\φ})$ $i_0\left(t\right)=\sqrt{2}{I}_0\sin ({\mathrm{\ω}}_{o}t+\mathrm{\φ})$

P_o(t)=V₀I₀[cos(φ)-cos(4ω_ot+3φ)]

此外，根据等式12中的功率等式和等式13中的功率等式，如等式14所示，以下计算被施加到转换器单元803的DC输出线路处的电容器单元804的脉动功率。

【等式14】

P_c(t)=P_s(t)-P_o(t)=V_sI_scos(4ω_st+δ)-V₀I₀cos(4ω_ot+3φ)

如等式14所示，可以看出，在与等式7和等式9相比较中，与现有技术相比，输入功率和输出功率的AC分量频率都被增大。

因此，通过输入线路谐波电压发生器814和输出线路谐波电压发生器815计算出的电压指令被加到每个转换器和逆变器的电压指令上，于是，可见上述被显示的结果。当与等式10相比较时，可见DC线路频率被增大两倍，所述等式10是在现有技术中电源电路的DC线路电容器处显示的脉动功率。

在DC线路中所使用的电解电容器的阻抗大小可以被减小在小于几kHz的区域内。例如，电源电路的输入线路频率是50/60Hz，而输出线路频率可以小于200Hz。在这种情况下，当如前述等式14所示形成输出时，基于脉动频率的DC线路电容器的阻抗可以随着频率的增大而被减小。

因此，由于DC线路电容器的特性，可以实现随着脉动功率的频率增大，减小DC线路电源电压的脉动大小的效果。其结果是，在要求相同负载功率和具有相同DC线路电容器的情况下，能够减小DC线路电源电压的脉动大小，且随着所要求的电容器尺寸的减小，具有能够减小成本和体积的效果。

另一方面，图11是用来解释根据本发明实施例的转换器门信号发生器810和逆变器门信号发生器811的构造的视图。

在其描述之前，转换器门信号发生器810和逆变器门信号发生器811可以包括相同的电路。例如，转换器门信号发生器810和逆变器门信号发生器811可以以相同的单极开关方法被操作。因此，转换器门信号发生器810的操作将被主要描述如下，但是它也可以适用于逆变器门信号发生器811以相同方式的操作。

转换器门信号发生器810可以包括三角波形发生器601、逆变单元602、第三减法器603、第四减法器604、第一门信号发生器605、第二门信号发生器606、第一非（NOT）门607以及第二NOT门608。

三角波形发生器601生成三角波形信号用来与DC线路电压指令信号（Va*）相比较，并输出它至第三减法器603和第四减法器604。

逆变单元602接收DC线路电压指令信号（Va*）以输出其逆变后的电压。

第三减法器603接收DC线路电压指令信号，并且与三角波形发生器601的输出进行差运算，并输出具有正值或负值的信号至第一门信号发生器605。

第四减法器604从逆变单元602接收逆变后的电压，并且与三角波形发生器601的输出进行差运算，并且输出具有正值或负值的信号至第二门信号发生器606。

第一门信号发生器605根据第三减法器603的输出来确定开关状态值，并且输出它至转换器单元803的开关803a（在逆变器的情况下是开关805a），并通过NOT门607将逆变后状态值输出至转换器单元803的开关803b（在逆变器的情况下是开关805b）。

此外，第二门信号发生器606根据第四减法器604的输出来确定开关状态值，并且输出它至转换器单元803的开关803c（在逆变器的情况下是开关805c），并且通过NOT门607将逆变后状态值输出至转换器单元803的开关803d（在逆变器的情况下是开关805d）。

由于输入线路谐波电压发生器814和输入线路谐波电压发生器815，根据用来切换电路内每个门的门信号发生操作，转换器单元803的输入线路频率和输出线路频率可以被增大。因此，能够实现通过电路减小前述DC线路电源电压的脉动大小的效果。

尽管相对于本发明的优选实施例，已经显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员自然应当理解地是，如以下权利要求所限定的那样，可以进行各种修改，而不会背离本发明的主旨，并且应当注意，不应该脱离本发明的技术概念和前景来单独理解那些修改例。

Claims (13)

1.一种再生逆变器装置，包括：

转换器单元，其被配置为接收单相交流电以输出直流电；

电容器单元，其被配置为吸收从所述转换器单元输出的直流电；

逆变器单元，其被配置为合成所吸收的直流电以输出负载的驱动电力；以及

转换器控制器，其被配置为基于所述单相交流电和所述转换器单元的输出直流电来控制所述转换器单元，

其中，所述转换器控制器包括：

转换器门信号发生器，其被配置为控制被包含在所述转换器单元中的多个门；以及

输入线路谐波电压发生器，其被配置为输出转换器附加电力至被连接到所述转换器门信号发生器的输入侧的加法器，所述转换器附加电力具有与所述单相交流电的基频分量的频率的预定倍数大小相同的所述单相交流电的基频分量的频率的预定倍数。

2.根据权利要求1所述的再生逆变器装置，其中，所述转换器控制器包括：

相位检测单元，其被配置为检测所述单相交流电的相位信息；

坐标转换单元，其被配置为基于所检测出的相位信息将所述单相交流电的电流转换成依据dq同步坐标系的d轴电流和q轴电流；

电压控制器，其被配置为根据所述转换器单元的输出电压来生成d轴控制电流和q轴控制电流；以及

电流控制器，其被配置为根据经坐标转换的d轴电流和q轴电流以及从所述电压控制器输出的所述d轴控制电流和q轴控制电流来生成用来控制所述转换器单元的第一控制电压，

其中，所述输入线路谐波电压发生器基于所述单相交流电和所述第一控制电压来输出第二控制电压，并且

所述加法器将所述第一控制电压和所述第二控制电压相加以将其输出至所述转换器门信号发生器。

3.根据权利要求1所述的再生逆变器装置，其中，所述输入线路谐波电压发生器包括用来保持所述转换器附加电力的电压大小和频率处于预定倍数的比例控制器。

4.根据权利要求1所述的再生逆变器装置，其中，所述预定倍数是3倍。

5.根据权利要求2所述的再生逆变器装置，其中，所述输入线路谐波电压发生器包括：

减法器，其被配置为输出所述第一控制电压和单相电源电压之间的差；

绝对值计算单元，其被配置为计算所述减法器输出的绝对值以计算所述基频分量的大小；

比例控制器，其被配置为基于所计算出的所述基频分量的大小来输出预定大小的谐波电压；以及

相位判定单元，其被配置为控制相位以使得从所述比例控制器输出的谐波电压变成预定倍数个基频以输出所述第二控制电压。

6.根据权利要求1所述的再生逆变器装置，进一步包括：

逆变器控制器，其被配置为基于所述逆变器单元的所述输出电压来控制所述逆变器单元，

其中，所述逆变器控制器包括：

逆变器门信号发生器，其被配置为控制被包含在所述逆变器单元中的多个门；以及

输出线路谐波电压发生器，其被配置为输出逆变器附加电力至被连接到所述逆变器门信号发生器的输入侧的加法器，所述逆变器附加电力具有与所述逆变器单元的所述输出电压的基频分量的频率的预定倍数大小相同的所述逆变器单元的所述输出电压的基频分量的频率的预定倍数。

7.根据权利要求6所述的再生逆变器装置，其中，所述转换器附加电力频率的所述单相交流电的所述基频分量的预定倍数与逆变器附加电力频率的所述逆变器单元的所述输出电压的所述基频分量的预定倍数相同。

8.根据权利要求6所述的再生逆变器装置，其中，所述输出线路谐波电压发生器包括：

绝对值计算单元，其被配置为计算所述逆变器单元的所述输出电压的基频分量的大小；以及

相位判定单元，其被配置为通过基于所述逆变器单元的所述输出电压的负载角和所述逆变器单元的所述输出电压的基频分量大小的相位控制来输出所述逆变器附加电力。

9.一种包括多个单元电池的逆变器装置，所述逆变器装置包括：

相位替换变压器单元，其被配置为从输入电源接收3相电以进行相位替换，并且将单相电提供给每个单元电池；以及

输出线路，其被配置为合成从所述每个单元电池输出的电力以将其输出至3相驱动负载，

其中，所述每个单元电池均包括：

转换器单元，其被配置为接收所述单相电以输出直流电；

逆变器单元，其被配置为输出所述直流电至所述输出线路；

转换器控制器，其被配置为基于所述单相电和所述转换器单元的输出电力来控制所述转换器单元；以及

逆变器控制器，其被配置为基于所述逆变器单元的所述输出电压来控制所述逆变器单元，

其中，所述转换器控制器包括输入线路谐波电压发生器，所述输入线路谐波电压发生器被配置为输出转换器附加电力，所述转换器附加电力具有与所述单相电的所述基频分量的频率的预定倍数大小相同的所述单相交流电的所述基频分量的频率的预定倍数，以及

所述逆变器控制器包括输出线路谐波电压发生器，所述输出线路谐波电压发生器被配置为输出逆变器附加电力，所述逆变器附加电力具有与所述输出电压的所述基频分量的频率的预定倍数大小相同的所述输出电压的所述基频分量的频率的预定倍数。

10.根据权利要求9所述的逆变器装置，其中，所述每个单元电池均使用被分成与待被连接至所述输出线路的3相驱动负载的每一相对应的预定组的单元电池。

11.根据权利要求10所述的逆变器装置，其中，所述3相驱动负载的相电压使用被合成为已分成所述预定组的单元电池的电压之和的单元电池。

12.根据权利要求9所述的逆变器装置，其中，被包含在所述每个单元电池中的所述逆变器单元和所述转换器单元使用被连接在串联H桥结构中的单元电池。

13.根据权利要求9所述的逆变器装置，其中，所述3相驱动负载使用包含感应电动机和同步电动机中的至少一个的单元电池。

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