通過整合的有源濾波器穩(wěn)定的連續(xù)功率電氣系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電氣系統(tǒng)，包括電源、電氣設備(4)、電容器(2’)以及提供電氣量穩(wěn)定的受控制的有源濾波器(7,L)。相對于傳統(tǒng)手段，該有源濾波器(7,L)與容量減少的電容器(2’)并聯(lián)地安裝。有源濾波器(7,L)至少部分地整合在電氣設備(4)中。
【專利說明】通過整合的有源濾波器穩(wěn)定的連續(xù)功率電氣系統(tǒng)
發(fā)明領域
[0001]本發(fā)明涉及連續(xù)功率電氣網(wǎng)絡優(yōu)化的范圍，特別是在交通工具的板上。
【背景技術】
[0002]如今，研發(fā)具有分布式連續(xù)功率的板上電氣網(wǎng)絡的架構關系到許多活動領域，例如汽車產(chǎn)業(yè)、鐵路建設、造船或航空產(chǎn)業(yè)。因此需要尋找可靠、緊湊和廉價的方案以優(yōu)化這些系統(tǒng)。盡管能將又被稱為負載的若干不同性質的電氣設備(DE)連接至共同dc總線(I)(圖1)，然而這些電氣設備(DE)之間的相互作用可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定的行為。
[0003]事實上，一些電氣設備(DE)—例如包括由逆變器(3)和電機⑷組成的組裝件的那些電氣設備——修正了連續(xù)量(即電流和電壓)的諧波內容。因此需要根據(jù)PWM技術(脈寬調制，一種常用于使用開-關電路合成交變信號的技術)減少或甚至消除由逆變器的切換造成的諧波污染。這種類型的系統(tǒng)涉及兩種主要約束:板上能量的穩(wěn)定性和質量?？刂七@兩種約束由此允許減小這些系統(tǒng)的尺寸(體積和重量)并最好地控制確保例如在機動交通工具的情形下是電池的電源元件增加的壽命。
[0004]響應于所提出的問題，普遍的解決方案包括使用高容量“電容器組件”(2)(串聯(lián)和并列的電容器的組合)，其目的是提供能吸收諧波污染的無源濾波。這些電容器一般被直接設置在逆變器(3)的上游，并設計其尺寸以獲得非常好的能量質量，特別是dc總線電壓(圖2)。下面的文獻描述“電容器組件”的使用。
[0005]— Nicolas PATIN、Dung NGUYEN 以及 Guy FRIEDRICH, Impact des strategiesde controle et des topologies d’onduleur sur la stabilisation du bus continudans Ies systemes embarques, EF 學會，2009 年 9 月。
[0006]— Nicolas PATIN、Dung NGUYEN 以及 Guy FRIEDRICH, Analyse dessollicitations sur Ies condensateurs de filtrage du bus continu cT onduleur pourapplications embarquees, 2010 年，車間。
[0007]現(xiàn)在，為了保證這些性能，這些高容量電容器組件(2)是大體積的，并且它們占功率逆變器的體積和成本的將近三分之一。因此需要在控制兩種主要約束(即連續(xù)網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和質量)的同時嘗試減少這些無源元件。
[0008]以一種簡單的方式，可將穩(wěn)定性定義為系統(tǒng)的狀態(tài)量保持“接近”于例如通過其平衡狀態(tài)定義的工作點，即便系統(tǒng)經(jīng)歷外部干擾。研究容量值對由電池(5)(輸入電壓源)、濾波器電容器Cdc(2)以及包括逆變器(3)和電機(4)的組裝件構成的系統(tǒng)的影響以展示電容值與穩(wěn)定性問題之間的聯(lián)系。由線繞組造成的漏電感Lf通過等效總線的電源和電容器(圖3)之間的電感(6)建模。
[0009]當電容低(例如100 μ F)且漏電感高時，濾波器Lf-Cde與逆變器-電機組裝件之間的相互作用造成穩(wěn)定性喪失。另一方面，高容量(例如十倍那樣高)能提供系統(tǒng)的穩(wěn)定性。提醒一下，電容器的容量依賴于其尺寸，因此高容量需要大的體積。
[0010]另一方面，如果由線繞組(不可控的)造成的漏電感相對低，則提供了穩(wěn)定性，但與通過逆變器的切換造成的調制相關聯(lián)的波動的振幅增加。
[0011]這些結果表示dc總線電容器達到雙重目的。首先，它能通過減少濾波器(Lf-Cdc)和負載之間的相互作用面積而消除穩(wěn)定性喪失風險。它也允許大量地衰減波動振幅變化，由此確保在實踐中使連續(xù)量變得平滑。因此，這些無源元件的尺寸的任何減少必須伴隨以旨在穩(wěn)定化和減少dc總線的電量波動的校正動作。
[0012]為了減少電氣系統(tǒng)的尺寸，功率電子器件越來越多地整合到電機中。然而，盡管這對逆變器的開關是可能的，該逆變器的開關隨后被設置在電機定子上，然而因為全部電容器而更為復雜。事實上，通過制造，這些無源元件無法全部地整合到機器上，并且使功率電子器件整合到機器內的唯一方式包括將它們設置在機器上并由此保持它們的重量、體積和可靠性。此外，全部電容器的整合也造成與電容器的化學成份關聯(lián)的問題。事實上，電容器是化學構成的并且它們對諸如振動之類的嚴峻工作條件敏感。因此，使用“電容器組件”不能實現(xiàn)功率電子器件整體整合到電氣設備中。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的電氣系統(tǒng)基于受控制的有源濾波器的使用，該受控制的有源濾波器提供電量的穩(wěn)定化。該有源濾波器與關聯(lián)于傳統(tǒng)手段的容量減少的電容器并聯(lián)地安裝。此夕卜，該有源濾波器至少部分地整合到電氣設備中。因此，在保持板上電能的質量和穩(wěn)定性的同時獲得體積和重量的減小。本發(fā)明也允許減少這種系統(tǒng)的成本。

【發(fā)明內容】

[0014]本發(fā)明涉及一種電氣系統(tǒng)，該電氣系統(tǒng)包括至少一個連續(xù)功率電能源、與所述源連接的至少一個電氣設備以及與所述電氣設備并聯(lián)的電容器。該電氣系統(tǒng)也包括在所述源和所述電氣設備之間的受控制的有源濾波器裝置，用于注入或吸收由所述源提供的電流的波動并減少在所述源的端子處的電壓的脈動，所述有源濾波器裝置至少部分地整合到所述電氣設備中。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，所述電容器被設置在電氣設備上。
[0016]有利地，所述電氣設備包括至少一個逆變器和電機，所述有源濾波器裝置至少部分地整合到所述電機內。
[0017]有利地，所述逆變器包括設置在所述電機上的受控制開關。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述有源濾波器裝置包括:形成H橋的四個受控制開關以及與所述橋并聯(lián)設置并整合到所述電機內的電感器。
[0019]替代地，所述有源濾波器裝置包括:形成兩個H橋的八個受控制開關以及分別與兩個橋中的一個并聯(lián)設置的并被整合到所述電機內的兩個電感器。
[0020]根據(jù)該電機，所述開關被設置在所述電機上。
[0021]有利地，開關受兩個反饋環(huán)控制，這兩個反饋環(huán)分別包括高通濾波器和調節(jié)器，每個反饋環(huán)控制兩個開關。
[0022]優(yōu)選地，所述調節(jié)器是滯后比較器。
[0023]此外，所述有源濾波器裝置可直接與所述電容器并聯(lián)。
[0024]替代地，所述有源濾波器裝置的控制依賴于兩個變量，即逆變器輸入電流的波動 的符號以及總線電壓的波動。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，系統(tǒng)包括旨在使由所述源提供的電流和在所述源的端子處的電壓Vdc動態(tài)穩(wěn)定的裝置。
[0026]優(yōu)選地，所述動態(tài)穩(wěn)定裝置對應于所述電機的控制中的反饋環(huán)，它與直接并聯(lián)于電容器和有源濾波器裝置的電阻器R具有相同的效果。
[0027]此外，所述動態(tài)穩(wěn)定裝置(11’ )的反饋環(huán)可包括增益4和低通濾波器。


K
[0028]本發(fā)明也涉及包括根據(jù)本發(fā)明的電氣系統(tǒng)的交通工具，特別是混合型或電動型交通工具。
[0029]附圖簡述
[0030]參考附圖并對非限制性實施例的各示例的描述將清楚地理解根據(jù)本發(fā)明的方法的其它特征和優(yōu)勢，在附圖中:
[0031]已描述的圖1示出一種分布式電功率系統(tǒng)；
[0032]已描述的圖2和圖3示出根據(jù)現(xiàn)有技術的電氣系統(tǒng)；
[0033]圖4示出本發(fā)明；
[0034]圖5示出本發(fā)明的第一變型實施例；
[0035]圖6和圖7示出本發(fā)明的第一變型的控制的實施例；
[0036]圖8示出根據(jù)本發(fā)明第一變型的系統(tǒng)的時間響應；
[0037]圖9不出根據(jù)本發(fā)明第一變`型的系統(tǒng)的頻率響應；
[0038]圖1Oa)和IOb)示出根據(jù)本發(fā)明第一變型的系統(tǒng)的另一時間響應，其中線電感不再是可忽略的；
[0039]圖11示出本發(fā)明的第二變型實施例；
[0040]圖12示出本發(fā)明的第三變型實施例；
[0041]圖13示出第三變型實施例的控制；
[0042]圖14a)和14b)示出本發(fā)明的第一變型實施例的時間響應；
[0043]圖15示出本發(fā)明第三變型實施例的時間響應；
[0044]圖16和圖17示出根據(jù)本發(fā)明第一變例的系統(tǒng)的組件的整合。
【具體實施方式】
[0045]根據(jù)本發(fā)明的電氣系統(tǒng)包括:至少一個連續(xù)功率電能源(S);連接至所述源并消耗由所述源(S)提供的電流ie和在所述源(S)的端子處的電壓Vdc的至少一個電氣設備(DE);與所述電氣設備(DE)并聯(lián)的電容器(2);以及在所述源(S)和所述電氣設備(DE)之間的受控制的有源濾波器裝置(7，7’)，該有源濾波器裝置(7，7’ )用于注入或吸收由所述源提供的電流L的波動并減小所述源的端子處的電壓vDC的脈動(圖4)。傳統(tǒng)地，電氣設備(DE)包括逆變器(3)和電機⑷。
[0046]本發(fā)明可應用于交通工具的板上，特別是混合型或電動型機車、火車或輪船，但也適用于用電池操作的任何系統(tǒng)。
[0047]有源濾波器裝置(7，7’ )被理解為提供電流濾波的裝置，它允許注入或吸收電流波動以及總線電壓脈動。這些裝置可受到控制，這與無源濾波器裝置不同。無源濾波器裝置僅包括無法受到控制的電容器、電阻器和電感器。這些與關于傳統(tǒng)裝置電容減小或電容非常小的電容器相關聯(lián)的有源濾波器裝置(7，7’ )充當在現(xiàn)有技術中使用的電容器(2)的組裝件，即它們在允許減小電容器組裝件尺寸的同時使電流和總線電壓變得穩(wěn)定。傳統(tǒng)地， 有源濾波器裝置（7，7’ )包括非常有限尺寸的受控制開關。電容器（2’ )允許減小總線電 壓vD。的脈動。
[0048]電氣設備（DE)被理解為需要電流和電壓以工作的設備，它可以是用于驅動交通 工具的電機（4)或可被安裝在交通工具板上或由電池供電的電氣設備，例如駕駛設備、工 具、壓縮機等。然而，下面的描述以及圖2 - 17本質上關聯(lián)于由電機（4)和逆變器（3)構 成的電氣設備。事實上，這種類型的電氣設備（DE)是大多數(shù)修正由源提供的連續(xù)量的諧波 內容的電氣設備。該電機⑷可以是三相同步電機。逆變器⑶允許將連續(xù)的電信號轉換 成特別適于向電機供電的交流電信號。傳統(tǒng)地，逆變器（3)包括三個逆變器臂（三相電機 的每一相具有一個逆變器臂），并且每個逆變器臂包括兩個輔助的受控制開關。這些開關的 控制一般使用脈寬調制（PWM)。
[0049]電能源（S)被理解為允許提供電流和電壓的任何裝置，在當前情形下基本是向至 少一個電氣設備（DE)提供連續(xù)的電流和電壓的電池（5)。
[0050]在優(yōu)選實施例中，所述電氣設備（DE)通過共同dc總線（1)連接至所述源，所述有 源濾波器裝置（7，V )也連接至該共同dc總線（1)。
[0051]有源濾波器（7，7’）的目的是注入和吸收波動并因此注入和吸收電氣設備（DE)的 輸入電流iD。的諧波，并減少dc總線電壓vD。（等于在源⑶端子處的電壓）的脈動。逆變 器輸入電流iDC是在電氣設備（DE)中循環(huán)的電流。通過將網(wǎng)格法則應用于圖7的電路圖， 可將逆變器輸入電流iDC計算為因變于由源提供的電流i6、在電容器中循環(huán)的電流i。以及 在有源濾波器裝置⑵中循環(huán)的電流ifilte的函數(shù)。4^+4—
[0052]根據(jù)本發(fā)明的第一變型實施例，該濾波器包括形成H橋的四個受控制開關（T1至 T4)以及與所述橋并聯(lián)設置的電感器（L)(圖6)，它具有單相電流逆變器的拓樸。它因此是 電壓和電流雙向的并直接并聯(lián)于減小的電容器（2’ )。它允許經(jīng)由包括電感為L的電感器 的電流源注入電流iind。
[0053]在圖5-7所示的這個實施例中，在濾波器輸出處的電流產(chǎn)生受兩個變量控制，這 兩個變量包括dc總線電壓的波動？雙和逆變器輸入電流的脈動：電壓和電流波動被理 解為這些量圍繞其連續(xù)分量的變化，這些波動由7和r表示。
[0054]有利地，對開關T1-T4的控制是通過兩個反饋環(huán)達成的，這兩個反饋環(huán)分別包括 高通濾波器（8)和調節(jié)器（9)(圖5、6和7)，每個反饋環(huán)控制兩個開關。在這些反饋環(huán)中 使用的調節(jié)器（9)可以是磁滯比較器。所使用的高通濾波器⑶的特征在于，它們的截止 頻率Wi和w。是如此確定的以至于僅保留電壓vD。和電流iD。的高頻波動，即僅保留電流波動
iD和電壓波動。
[0055]可以注意，拉普拉斯轉換變量由s表示。此外，(^和(：2指定來自控制有源濾波器裝 置（7)的反饋環(huán)的控制信號（通-斷），這些信號被直接施加或在開關T1-T4翻轉后施加。
[0056]開關T2和T4僅依賴于控制Q的狀態(tài)和由總線電壓vDC達到的滯后極限?？刂芉 的狀態(tài)改變頻率由此依賴于電壓vDC的增加或減小速率并依賴于滯后帶寬，它因此受電容 器（2’）的電容值影響。事實上，電容越高，電壓斜率越低，這引起較低的滯后極限到達頻 率（9)。然而，如果電容低（例如低于100 u F)，則開關T2和T4的切換頻率增加并且變得不可能達到；頻率也使切換損失增加。電容器(2’ )的電容值因此對有源濾波器控制拓樸具有直接影響，這對電容器(2’)的值形成限制。例如，電容高于100 μ F的電容器(2’)看上去是可接受的；事實上，從該電容值看，所需的切換頻率在IOOkHz的數(shù)量級。提醒一下，100 μ F電容導致現(xiàn)有技術的電氣系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
[0057]擬被注入的感應電流iind的調整是經(jīng)由dc總線電壓的調節(jié)來達成的。在減小的電容器(2’ )端子處的dc總線電壓可被用作允許調節(jié)電流iind的電壓源。因此，為了將電
流調節(jié)在其理論確定的恒定值，我們向電壓波動Fix添加了誤差，該誤差表示為:-1ind。
通過這種方法，滯后調節(jié)器允許校正感應電流誤差連同滯后帶內的電壓vDC的約束。在圖7中示出調節(jié)圖。在該圖中，附圖標記10表示反相門，該反相門允許執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的控制的一個實施例:
[0058]當電流的波動為正時，即循環(huán)流過電氣設備(DE)時，有源濾波器(J)將感應電流iind注入到dc總線(I)上。受控制信號控制的開關Tl和T4因此閉合(T2和T3斷開)。
[0059]當?shù)牟▌?為負時，即被注入到總線(I)時，有源濾波器吸收該電流并因此受T2和T3控制的開關閉合(Tl和T4斷開)。
[0060]允許兩個自由輪狀態(tài)(Tl和T2閉合或T3和T4閉合)并允許增加或減小在電容器(2’)端子處的總線電壓vD。，這依賴于它是否超出例如滯后比較器的規(guī)定波動振幅極限。[0061 ] 根據(jù)本發(fā)明，有源濾波器裝置的至少一部分，優(yōu)選其全部，被整合到電氣設備(DE)中。因此，一方面由于電容器(2’ )被減小，而另一方面由于有源濾波器裝置被至少部分地設置在電氣設備(DE)的體積內，所以根據(jù)本發(fā)明的電氣系統(tǒng)的尺寸被減小。考量將一個組件被整合到元件中，如果該組件以組裝件(元件和組件)的體積不超出元件單獨體積的方式被定位在元件內/上的話。在圖5的實施例的情形下，可考慮單獨或組合地整合有源濾波器裝置的若干種可能的方法:
[0062]電感器(L)被插入到電機⑷中，優(yōu)選地靠近電機的線圈。圖16示出該實施例。
[0063]有源濾波器裝置的開關(T1-T4)被設置在電機(4)的定子上，這顯著地減少功率電子器件和電機之間的線路元件。這也使電氣系統(tǒng)的尺寸受到限制，
[0064]逆變器臂(3)的開關也可被直接設置在電機(4)的定子上。因此減少電氣系統(tǒng)的線路元件和尺寸，
[0065]電容器(2’)被直接設置在電機的定子上。事實上，通過與現(xiàn)有技術中使用的電容器(2)有關的有源濾波器裝置減小的電容器(2’ )的尺寸使得將電容器(2’ )定位在電機
(4)的定子上變得可能。
[0066]圖17示出在考慮所有前述可能選擇的電機中整合組件的一個示例:在電機(4)的定子上直接地整合電感器(L)、定位有源濾波器裝置(7)的開關、定位逆變器(3)的開關以及定位電容器(2’)。因此，電氣系統(tǒng)的體積限于電源(S)的體積并限于電機(4)的體積。
[0067]第一奪型實施例
[0068]我們執(zhí)行包括圖7所示的有源濾波器裝置(7)的電氣系統(tǒng)的模擬，即由電池
(5)、有源濾波器(7)以及包括逆變器(3)和電機(4)的組裝件構成的系統(tǒng)。使用低電容(IOOyF)電容器(2’)。提醒一下，通過這種電容，現(xiàn)有技術的方案導致不穩(wěn)定。
[0069]執(zhí)行第一模擬，其中假設由于線繞組造成的漏電感低(幾μΗ)，這確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其結果在圖8中給出。
[0070]從t=0.035秒開始，有源濾波器裝置被激活；有源濾波器的激活允許將dc總線電壓和源電流約束在規(guī)定寬度的滯后帶內。由于要消除逆變器調制，濾波器允許波動變化。
[0071]圖9的結果示出濾波器如何對圖8的量(電流源ie和de總線電壓vD。)的頻譜產(chǎn)生影響。逆變器切換頻率(fd)為IOkHz以在交流側(f)獲得50Hz信號。由PWM造成的調制提供下列頻率下的譜線:9.85kHz, 10.15kHz, 20kHz, 29.85kHz, 30.15kHz, 40kHz 等，它們對應于(2n+l)fd±3f和(2n)fd±6f，n是諧波等級。
[0072]有源濾波器的激活造成頻譜擴展并且非常占優(yōu)勢地保持連續(xù)分量。對于源電流和總線電壓的最大諧波振幅各自保持低于“基波”的0.5%和0.05%，而在濾波器激活前它們分別為17%和1.25%。當使用特定PWM技術(滯后或隨機空間矢量調制RSVM)時，這些結果的目標可比擬在交流側獲得的那些目標。
[0073]執(zhí)行第二模擬，其中線繞組電感不再是可忽略的(例如安裝在飛機或火車的板上)，該線繞組電感引起系統(tǒng)不穩(wěn)定的行為。有源濾波器(7)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響示出于圖1Oa)和圖1Ob)中。在t=0.05秒時，有源濾波器裝置被激活并在t = 0.1秒時被去激活。在沒有有源濾波器的情況下，系統(tǒng)向不穩(wěn)狀態(tài)演進，所述不穩(wěn)狀態(tài)被轉化成源電流和dc總線電壓vDC與其工作點的分歧。有源濾波器(7)的激活造成系統(tǒng)的穩(wěn)定化，其效果通過量收斂而被證實。一旦有源濾波器被去激活，不穩(wěn)狀態(tài)再現(xiàn)。
[0074]奪型實施例
[0075]下面描述的變型實施例可單獨實現(xiàn)，結合第一實施例地實現(xiàn)，或結合其它變型實施例實現(xiàn)。
[0076]在圖7所示實施例中，在逆變器(3)和有源濾波器(7)中使用另一類型的開關，所述開關包括二極管和晶體管。例如，它可以是與二極管串聯(lián)的IGBT(絕緣柵雙極晶體管)。這種類型的開關可受控制并具有快速的優(yōu)勢，因此適用于將連續(xù)電能轉換成交流電能的方法。
[0077]在一變型中，有源濾波器的控制是以模擬方式達成的，以簡化控制的實現(xiàn)。在該實施例中，使用運算放大器、電阻器、電容器和電位計來控制有源濾波器。
[0078]為了減小有源濾波器裝置的尺寸，人們可能考慮減小第一實施例中使用的電感器(L)的尺寸。然而，電感器(L)的尺寸減小受從中流過的電流值的限制。圖11因此給出使感應電流減小的有源濾波器裝置(7’ )的第二變型實施例。感應電流減小可通過修正最初拓樸來實現(xiàn)，這種修正對應于有源濾波器裝置(7’ )輸入處的分段。有源濾波器裝置(7’ )包括形成兩個H橋的八個受控制開關(T1-T4和Tl’ -T4’ )以及分別與所述橋之一并聯(lián)設置的兩個電感器(L)。開關以與前述第一變型實施例相同的方式受到控制。流過每個電感的電流由此等于理論上在dc總線上注入(或吸收)的值的一半。開關的控制因此被復制。有利地，兩個電感器(L)靠近電機⑷的線圈地被插入到電機⑷中，并且八個開關(T1-T4和Tl’ -T4’ )被設置在電機⑷的定子上。
[0079]盡管濾波器也對系統(tǒng)的穩(wěn)定造成影響，然而可能需要校正低阻尼級別以增進量的收斂速率。事實上，盡管這些量如圖1Ob)所示地受約束，然而它們幾乎沒有阻尼振蕩地收斂。在本發(fā)明的優(yōu)選變型實施例中，如圖12所示，量的收斂速率的提高是使用動態(tài)穩(wěn)定裝置(11)達成的，所述動態(tài)穩(wěn)定裝置(11)可對應于電機(4)控制中的反饋環(huán)(11’)。這種穩(wěn)定化可通過增加“虛擬”阻尼來獲得。其目的是虛擬地引導電阻器R(Il)的行為，該電阻器R(Il)如圖13所示地直接與dc總線電容器(2’ )和有源濾波器并聯(lián)設置。在下列文獻中特別提到虛擬電阻器的使用:
[0080]Ahmed-Bilal AWAN 和 Babak NAHID-MOBARAKEH，“提供恒定功率負載的 dc 總線的非線性穩(wěn)定”，IEEE, 2009。
[0081]其理念是產(chǎn)生與dc電壓波動的平方成比例的功車及然后將功率 加至電
氣設備的標稱功率Po，這根據(jù)更大或更小的大電壓波動調整其功率需求。由此確定的功率
羅被用于例如電機⑷的電氣設備(DE)的控制(12)，以調整電氣設備(DE)的行為，從而防
止dc總線內的振蕩發(fā)生。因此，借助電氣設備(DE)的控制來避免電流和dc總線電壓波動。虛擬電阻器(11)和有源濾波器(7)的組合是確保穩(wěn)定性和改善電能質量的有效裝置。在
圖13所示的實施例中，動態(tài)穩(wěn)定裝置包括增益f，R是虛擬電阻器(11)和低通濾波器的
值。在這種機制下，共同總線包括電阻器R和電感器L，由此允許對連接線和電池(5)的內部電阻和電感(線繞組電感)進行建模。
[0082]通過具有和不具有虛擬電阻器(11)的有源濾波器(7)的穩(wěn)定化示出于圖14a)和圖14b)中。圖14a)示出根據(jù)僅具有有源濾波器裝置(7)的第一變型實施例的電氣系統(tǒng)的行為，圖14b)示出具有與動態(tài)穩(wěn)定裝置(11)相聯(lián)的有源濾波器裝置(7)的第三變型實施例的電氣系統(tǒng)的行為。經(jīng)由虛擬電阻器添加輔助阻尼允許這些量無振蕩地收斂。因此當應用于不穩(wěn)定系統(tǒng)時將有源濾波關聯(lián)于動態(tài)穩(wěn)定方法是有利的，即在大量dc總線電容器相對于現(xiàn)有技術的方案減小之后。
[0083]圖15中詳細地示出有源濾波器和假想電阻器的角色。沒有穩(wěn)定系統(tǒng)(從t=0秒至t=0.02秒)，過多的電容減小導致系統(tǒng)的不穩(wěn)定行為。在t=0.02秒，假想電阻器的激活單獨涉及總線電壓的收斂，但由逆變器調制造成的波動保持不變。一旦在t = 0.04秒激活有源濾波器，波動被消除。由此即便減小了總線電容器，總線電壓也受到控制。
[0084]本發(fā)明的變型實施例是減少無源元件、改善dc總線能量質量和減小對板上能源(電池)的約束的感興趣實施例。此外，對板上能源(S)的約束的減小允許其壽命增加。這種變型允許確保電能的良好質量并通過控制和約束dc總線的電氣量來防止系統(tǒng)切換至不穩(wěn)定狀態(tài)。有源濾波器裝置和動態(tài)穩(wěn)定的組合在減小與電容器的重量和體積(尺寸)相關的約束條件方面是有效的。例如，在汽車產(chǎn)業(yè)中，當前使用的電容在3000 μ F的數(shù)量級。本發(fā)明使該值減小大約6倍；500 μ F的電容器就足夠了。
[0085]所提供的方案因此優(yōu)選地適用于任何類型的板上系統(tǒng)，并因此適用于前面提到的活動領域(汽車產(chǎn)業(yè)、鐵路建設、造船和航天產(chǎn)業(yè))。
【權利要求】
1.一種電氣系統(tǒng)，包括至少一個連續(xù)功率電能源(S)、連接至所述源(S)的至少一個電氣設備(DE)以及與所述電氣設備(DE)并聯(lián)的電容器(2’)，其特征在于，所述電氣系統(tǒng)還包括在所述源(S)和所述電氣設備(DE)之間的受控制的有源濾波器裝置(7，7’)，用于注入或吸收由所述源⑶提供的電流込的波動并減小在所述源⑶的端子處的電壓vDC的脈動，所述有源濾波器裝置(7，7’ )至少部分地整合在所述電氣設備(DE)中。
2.如權利要求1所述的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述電容器(2’)被設置在電氣設備(DE)上。
3.如前面任何一項權利要求所述的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述電氣設備(DE)包括至少逆變器(3)和電機(4)，所述有源濾波器裝置(7，7’)至少部分地整合在所述電機(4)中。
4.如權利要求3所述的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述逆變器(3)包括被設置在所述電機(4)上的受控制開關。
5.如權利要求3或4中任何一項所述的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述有源濾波器裝置(7)包括形成H橋的四個受控制開關(T1-T4)以及與所述橋并聯(lián)設置并被整合在所述電機(4)中的電感器(L)。
6.如權利要求3或4中任何一項所述的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述有源濾波器裝置(7’)包括形成兩個H橋的八個受控制開關(T1-T4，T1’-T4’)以及分別與所述橋中的一個并聯(lián)設置并被整合在所述電機(4)中的兩個電感器(L)。
7.如權利要求5或6中任何一項所述的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(Τ1-Τ4;Τ1-Τ4和Tl’ -Τ4，)被設置在所述電機(4)上。
8.如權利要求5-7中任何一項所述的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(Τ1-Τ4;Τ1-Τ4和Tl’ -Τ4’ )受兩個反饋環(huán)控制，所述兩個反饋環(huán)分別包括高通濾波器(8)和調節(jié)器(9)，每個反饋環(huán)控制兩個開關。
9.如權利要求8所述的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述調節(jié)器(9)是滯后比較器。
10.如前面任何一項權利要求所述的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述有源濾波器裝置(7，7’ )直接并聯(lián)于所述電容器。
11.如前面任何一項權利要求所述的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述有源濾波器裝置(7，7’)的控制依賴于兩個變量，即逆變器輸入電流的波動:的符號以及總線電壓的波動1 DC ^
12.如前面任何一項權利要求所述的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括旨在使由所述源提供的電流和所述源的端子處的電壓~動態(tài)穩(wěn)定的裝置(11)。
13.如權利要求12所述的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述動態(tài)穩(wěn)定裝置對應于所述電機(4)的控制中的反饋環(huán)(11’)，所述反饋環(huán)(11’ )與直接并聯(lián)于電容器和有源濾波器裝置(7，7’)的電阻器R具有相同的效果。
14.如權利要求13所述的電氣系統(tǒng)，其特征在于，所述動態(tài)穩(wěn)定裝置(11’)的反饋環(huán)包括增益I和低通濾波器。
K
15.—種混合型或電動型車輛，其特征在于，其包括如前面任何一項權利要求所述的電氣系統(tǒng)。
【文檔編號】H02J3/38GK103779871SQ201310487975
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月17日 優(yōu)先權日:2012年10月18日
【發(fā)明者】E·H·米莉安妮 申請人:Ifp新能源公司