CN110277901A - 一种电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电源系统，包括电源电路、输入滤波电路、输出滤波电路和谐波抑制电路；输入滤波电路并联在电源电路的输入端，用于滤除电源电路输入信号中的谐波。谐振抑制电路与输入滤波电路串联或并联，用于增加系统阻尼，进而降低谐振尖峰，避免输入电流振荡。而且，该方案在避免系统振荡的前提下，还能够保证响应速度快且跟踪准确，即提高了系统的动态性能。

Description

一种电源系统
技术领域
本发明属于电源技术领域，尤其涉及一种电源系统。
背景技术
对于采用PWM调制技术的电源系统而言，其输入/输出波形中含有与载波有关的谐波分量，因此，需要在电源的输入端/输出端增设滤波器以滤除谐波分量。
例如，在包括DC/DC变换电路的逆变系统中，包括DC/DC变换电路和DC/AC电路，其中，DC/DC变换电路的输入/输出包含谐波分量，为了滤除DC/DC变换电路的输入/输出谐波，在其输入端/输出端增设电容。当光伏电站建造时，由于施工布线等原因导致DC/DC变换电路输入端的连接线较长时，此时存在输入电感且电感值较大，导致DC/DC输入端形成LCL滤波器，进而导致输入信号中存在谐振尖峰。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电源系统，以解决系统中存在的谐振尖峰。其公开的具体技术方案如下：
本发明提供了一种电源系统，包括：输入滤波电路、电源电路、谐波抑制电路；
所述输入滤波电路与所述电源电路的输入端并联；
所述谐波抑制电路与所述输入滤波电路串联或并联，用于增加所述电源系统的阻尼。
可选地，所述谐波抑制电路包括等效阻抗电路，且所述等效阻抗电路与所述输入滤波电路串联。
可选地，所述谐波抑制电路包括等效阻抗电路和滤波电容；
所述等效阻抗电路与所述滤波电容串联得到串联支路；
所述串联支路与所述输入滤波电路并联。
可选地，所述电源系统还包括控制器，所述谐波抑制电路还包括与所述串联支路串联的控制开关；
所述控制开关的第一端和第二端与所述串联支路串联，所述控制开关的控制端连接所述控制器的控制信号输出端；
所述控制器，用于当检测到所述电源电路的输入电流发生谐振时，控制所述控制开关导通，并当检测到所述电源电路的输入电流中的谐波降低至预设阈值后，控制所述控制开关关断。
可选地，所述控制开关包括以下任意一种：继电器、逆阻型绝缘栅双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管串联二极管和金属-氧化物半导体场效应晶体管串联二极管。
可选地，所述等效阻抗电路为以下任意一种：
电阻；
电阻与电容并联；
电阻与电感并联或串联；
电容与电感串联后再与电阻并联。
可选地，所述谐波抑制电路包括至少两个与所述输入滤波电路串联的电解电容。
可选地，所述电源电路包括DC/DC变换电路；
所述DC/DC变换电路的输入端并联所述输入滤波电路；
所述DC/DC变换电路的输出端并联所述输出滤波电路。
可选地，所述电源电路包括DC/DC变换电路和逆变电路；
所述DC/DC变换电路的输出端连接所述逆变电路的输入端；
所述DC/DC变换电路的输入端并联所述输入滤波电路；
所述DC/DC变换电路的输出端并联所述输出滤波电路。
可选地，所述DC/DC变换电路包括Boost电路或Boost-Buck电路。
本实施提供的电源系统包括：电源电路、输入滤波电路、输出滤波电路和谐波抑制电路；输入滤波电路并联在电源电路的输入端，用于滤除电源电路输入信号中的谐波。谐振抑制电路与输入滤波电路串联或并联，用于增加系统阻尼，进而降低谐振尖峰，避免输入电流振荡。而且，该方案在避免系统振荡的前提下，还能够保证响应速度快且跟踪准确，即提高了系统的动态性能。
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作简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种电源系统的结构示意图；
图2是本发明提供的一种电源系统的结构示意图；
图3～图7是本发明提供的一类电源系统的结构示意图；
图8是本发明提供的另一种电源系统的结构示意图；
图9是本发明提供的又一种电源系统的结构示意图；
图10是本发明提供的再一种电源系统的结构示意图；
图11是本发明提供的一种适用于直流系统的电源系统的结构示意图；
图12是本发明提供的一种适用于逆变系统的电源系统的结构示意图。
具体实施方式
现有技术中，采用PWM调制技术的电源系统，当输入侧连接线较长时，线路中存在电感且电感值较大，该电感与输入滤波电路形成LCL滤波器，进而在输入侧产生谐振尖峰，即产生输入振荡。为了解决该技术问题，通常是降低系统的输入增益，从而抑制谐振尖峰。发明人在研发过程中发现，这种方案导致电源系统输入侧增益降低，进而降低了动态性能。为此，本发明提供了一种在不降低电源系统输入侧的增益的前提下，降低谐振尖峰。
请参见图1，示出了本发明提供的一种电源系统的结构示意图，该电源系统包括电源电路101、输入滤波电路102和谐波抑制电路103。
电源电路101是电源系统的核心电路，用于为后级的负载或电网提供电能。
输入滤波电路102与电源电路101的输入端并联，该输入滤波电路102用于滤除电源电路的输入信号中的谐波分量。
但是，如果输入侧连接线较长，线路中存在电感且电感值较大，该电感与输入滤波电路形成LCL滤波器，进而在输入侧产生谐振尖峰。为了抑制谐振尖峰，该方案增加了谐振抑制电路103。
谐振抑制电路103与输入滤波电路102串联或并联，以改变系统阻尼进而降低谐振尖峰，避免输入振荡。
需要说明的是，在谐振电路中，增加系统阻尼能够降低谐振电路的振动幅度，即降低谐振尖峰幅值。
为了方便绘图，图1中仅示出了谐振抑制电路103与输入滤波电路102并联连接的方式。图1仅仅是示例作用不能限制本发明的保护范围。
其中，谐振抑制电路103可以是阻抗，该阻抗具体可以是电阻、电感和电容的组合。
例如，基于LCL滤波器的两电平Boost变换器的占空比对电流的传递函数如下：
公式1中，iL2(S)为L2的电流传递函数，d(s)表示Boost变换器的占空比传递函数，C1为输入滤波电容容值，L2为Boost变换器的控制电抗感量，L1为输入线路等导致的电抗感量，Udc为Boost变换器的输出电压。
从上述传递函数可知，系统有两个共轭极点，没有阻尼，因此谐振尖峰非常高，系统容易振荡。当加入谐振抑制电路后，增加了系统阻尼，降低了振动幅度，即降低了谐振尖峰幅值。
此外，电源系统中通常在电源电路101的输出端设置有输出滤波电路104，用于滤除输出侧的谐波分量。
本实施例提供的电源系统包括：电源电路、输入滤波电路、输出滤波电路和谐波抑制电路；输入滤波电路并联在电源电路的输入端，用于滤除电源电路输入信号中的谐波。谐振抑制电路与输入滤波电路串联或并联，用于增加系统阻尼，进而降低谐振尖峰，避免输入电流振荡。而且，该方案在避免系统振荡的前提下，还能够保证响应速度快且跟踪准确，即提高了动态性能。
请参见图2，示出了本发明提供的一种电源系统的结构示意图，该类电源系统中，谐波抑制电路与输入滤波电路串联。下面均以输入滤波电路为电容的示例进行说明。
如图2所示，输入滤波电路为电容Cin，等效阻抗电路为阻抗Z，阻抗Z与输入滤波电容Cin串联连接。
其中，阻抗Z可以采用电阻、电容和电感的组合。
下面将结合图3～图7介绍阻抗Z可能的组合形式：
如图3所示，输入滤波电路为电容Cin，等效阻抗电路为电阻R，且电阻R与Cin串联。
通常电阻R的阻值越大，则系统抑制谐振的效果越好，但会导致滤波器的滤波效果下降，此外，由于增加了阻抗，所以导致系统中的损耗增加。因此，需要在系统稳定与滤波效果折中后选择电阻R的阻值。例如，阻值选择低于100Ω的电阻。
如图4所示，本实施例中，等效阻抗电路包括电阻R和电感L，其中，R与L并联后与输入滤波电容Cin串联。
如图5所示，本实施例中，等效阻抗电路包括电阻R和电容C，其中，R与C并联后与输入滤波电容Cin串联。
如图6所示，本实施例中，等效阻抗电路包括电阻R和电感L，其中，R与L串联后再与输入滤波电容Cin串联。
如图7所示，本实施例中，等效阻抗电路包括电阻R、电感L和电容C，其中，电感L和电容C串联得到LC串联支路，该LC串联支路再与电阻R并联。RLC的串并联电路再与输入滤波电容Cin串联。
其中，电感L和电容C与电阻R串并联后，能够使系统中的高频分量经过L和C，从而降低电阻R上的高频损耗，进而避免电阻R过热。
请参见图8，示出了本发明提供的另一种电源系统的结构示意图，该类电源系统中，谐波抑制电路与输入滤波电路并联，下面均以输入滤波电路为电容的示例进行说明。
如图8所示，本实施例中，等效阻抗电路包括阻抗Z和电容CR，其中Z和CR串联后并联于输入滤波电容Cin的两端。
其中，阻抗Z可以是图2～图6所示实施例中任意一种等效阻抗电路，例如，阻抗Z可以是以下任意一种：电阻R；电阻R与电感L并联；电阻R与电容C并联；电阻R与电感L串联；以及，电感L和电容C串联后再与电阻R并联。
在Cin两端并联C与Z串联支路，一方面降低Z上面的损耗，另外一方面能够增加系统阻尼，进而降低谐振尖峰。
请参见图9，示出了本发明提供的又一种电源系统的结构示意图，本实施例与图8所示实施例的区别之处在于：电源系统增加了控制器105，以及，谐波抑制电路103增加了控制开关K。
如图9所示，该控制开关K的第一端和第二端与阻抗Z及电容CR串联。K的控制端连接控制器105的控制信号输出端。
控制器105，用于当检测到电源电路101的输入电流发生谐振后，控制K导通，以及，在检测到电源电路101的输入电流中的谐波降至预设阈值后，控制K关断。
在与输入滤波电容Cin并联的谐振抑制电路103中串联控制开关K，当检测到电源系统的输入侧发生谐振后，通过闭合控制开关K改变系统阻尼，从而使系统达到稳定状态，最终实现降低谐振尖峰。
在一种可能的实现方式中，控制开关K可以采用继电器、金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)串联二极管、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)串联二极管，或者，逆阻型绝缘栅双极型晶体管(Reverse block IGBT)等可控开关实现。
在另一种可能的实现方式中，控制开关K还可以采用继电器实现。
本实施例提供的电源系统，在与输入滤波电路并联的谐振抑制电路中串联控制开关，当检测到电源系统的输入侧发生谐振后，控制控制开关闭合以改变系统阻尼，使系统达到稳定状态，最终实现降低谐振尖峰。该方案只有在需要降低谐波尖峰时才将谐振抑制电路接入电路中，正常情况下谐振抑制电路不会接入电路中，因此，降低了正常情况下系统的损耗。
请参见图10，示出了本发明提供的再一种电源系统的结构示意图，本实施例中，谐振抑制电路包括与输入滤波电路串联的至少两个电解电容。
如图10所示，谐振抑制电路包括至少两个串联的电解电容C1～CN，其中，N为大于或等于2的正整数。
具体的，电解电容的个数需要根据每个电解电容耐压、等效阻抗，以及输入滤波电路所需的阻抗确定。
由于电解电容具有一定的等效阻抗，所以通过多个电解电容串联的方式达到增加系统阻尼、进而降低谐波尖峰的目的。
本实施例提供的电源系统，在输入滤波电路上串联至少两个电解电容，增加电源系统的阻尼，进而降低谐波尖峰。
在一种应用场景中，上述的所有电源系统实施例均可以是直流电源系统。
如图11所示，电源系统包括DC/DC变换电路201、输入滤波电路202、谐振抑制电路203。
DC/DC变换电路201可以采用Boost电路，或者，Boost-Buck电路，此外，DC/DC变换电路201可以是两电平变换电路、三电平变换电路、或者，其它电平的变换电路，本申请对此并不限定。
输入滤波电路202并联在DC/DC变换电路201的输入端，用于滤除DC/DC变换电路201输入侧的谐波分量。
谐振抑制电路203与输入滤波电路202串联或并联，以增加系统的阻尼，进而降低谐波尖峰。
其中，本实施例中的谐振抑制电路203可以是图2～图9所示的谐波抑制电路中的任意一种。
此外，电源系统中通常在DC/DC变换电路201的输出端设置有输出滤波电路204，用于滤除输出侧的谐波分量。
本实施例提供的电源系统，可以应用于直流系统中，电源电路为DC/DC变换电路，输入滤波电路并联在DC/DC变换电路的输入端，谐振抑制电路与输入滤波电路串联或并联，增加系统中的阻尼，从而降低系统中的谐波尖峰。而且，该方案不会降低输入侧的增益，因此不会降低系统的动态性能。
在另一种应用场景下，上述的所有电源系统可以应用于逆变系统中。
如图12所示，电源系统包括：DC/DC变换电路301、DC/AC电路302、输入滤波电路303和谐振抑制电路304。
输入滤波电路303并联于DC/DC变换电路301的输入端，用于滤除输入侧的谐波分量。
谐振抑制电路304与输入滤波电路302串联或并联，以增加系统的阻尼，从而降低谐波尖峰。
DC/AC电路303的输入端连接DC/DC变换电路301的输出端，用于将直流电变换为交流电，并传输至负载或电网。
其中，本实施例中的谐振抑制电路304可以是图2～图9所示的谐波抑制电路中的任意一种。
此外，电源系统中通常在DC/AC电路303的输出端设置有输出滤波电路305，用于滤除输出侧的谐波分量。
本实施例提供的电源系统，可以应用于逆变系统中，电源电路为DC/DC变换电路，输入滤波电路并联在DC/DC变换电路的输入端，谐振抑制电路与输入滤波电路串联或并联，增加系统中的阻尼，从而降低系统中的谐波尖峰。而且，该方案不会降低输入侧的增益，因此不会降低系统的动态性能。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本申请各实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
本申请各实施例中的装置及终端中的模块和子模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的终端，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的终端实施例仅仅是示意性的，例如，模块或子模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个子模块或模块可以结合或者可以集成到另一个模块，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的模块或子模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块或子模块的部件可以是或者也可以不是物理模块或子模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块或子模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块或子模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块或子模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块或子模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块或子模块集成在一个模块中。上述集成的模块或子模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块或子模块的形式实现。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电源系统，其特征在于，包括：输入滤波电路、电源电路、谐波抑制电路；
所述输入滤波电路与所述电源电路的输入端并联；
所述谐波抑制电路与所述输入滤波电路串联或并联，用于增加所述电源系统的阻尼。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述谐波抑制电路包括等效阻抗电路，且所述等效阻抗电路与所述输入滤波电路串联。
3.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述谐波抑制电路包括等效阻抗电路和滤波电容；
所述等效阻抗电路与所述滤波电容串联得到串联支路；
所述串联支路与所述输入滤波电路并联。
4.根据权利要求3所述的电源系统，其特征在于，所述电源系统还包括控制器，所述谐波抑制电路还包括与所述串联支路串联的控制开关；
所述控制开关的第一端和第二端与所述串联支路串联，所述控制开关的控制端连接所述控制器的控制信号输出端；
所述控制器，用于当检测到所述电源电路的输入电流发生谐振时，控制所述控制开关导通，并当检测到所述电源电路的输入电流中的谐波降低至预设阈值后，控制所述控制开关关断。
5.根据权利要求4所述的电源系统，其特征在于，所述控制开关包括以下任意一种：继电器、逆阻型绝缘栅双极型晶体管、绝缘栅双极型晶体管串联二极管和金属-氧化物半导体场效应晶体管串联二极管。
6.根据权利要求2-5任一项所述的电源系统，其特征在于，所述等效阻抗电路为以下任意一种：
电阻；
电阻与电容并联；
电阻与电感并联或串联；
电容与电感串联后再与电阻并联。
7.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述谐波抑制电路包括至少两个与所述输入滤波电路串联的电解电容。
8.根据权利要求1-5或7任一项所述的电源系统，其特征在于，所述电源电路包括DC/DC变换电路；
所述DC/DC变换电路的输入端并联所述输入滤波电路；
所述DC/DC变换电路的输出端并联所述输出滤波电路。
9.根据权利要求1-5、7任一项所述的电源系统，其特征在于，所述电源电路包括DC/DC变换电路和逆变电路；
所述DC/DC变换电路的输出端连接所述逆变电路的输入端；
所述DC/DC变换电路的输入端并联所述输入滤波电路；
所述DC/DC变换电路的输出端并联所述输出滤波电路。
10.根据权利要求8所述的电源系统，其特征在于，所述DC/DC变换电路包括Boost电路或Boost-Buck电路。
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