CN108306294B - 一种电流谐波的缓解方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电流谐波的缓解方法，基于静止同步补偿器，当输电线路中存在电流谐波时，应用本缓解方法，可以以三相非线性负载的电流为基础，基于瞬时无功功率理论计算出与三相非线性负载电流对应的补偿电流的参考值，并在计算出控制电流之后，还可以利用控制电流产生调制角度，最终向输电线路注入与调制角度对应的补偿电流，能够阻断电流谐波在输电线路中传递，从而达到缓解电流谐波对电能质量的影响。而且，由于静止同步补偿器具有谐波小、运行范围宽、可靠性高和调节速度快等优点，所以，本缓解方法基于静止同步补偿器，可以提高自身的可靠性、反应速度和适用性。

Description

一种电流谐波的缓解方法
技术领域
本发明涉及电能质量领域，特别涉及一种电流谐波的缓解方法。
背景技术
随着电力电子技术的发展，非线性电力电子器件和装置在现代工业中得到了广泛应用，并且，由于非线性电力电子器件和装置大量接入电网，电流谐波逐渐成为了影响配电网电能质量的主流问题，给公用电网的电能质量造成了严重的污染。如二极管整流电路，其具有结构简单、成本较低等优点，运用最广泛，给电网带来的谐波污染问题也最严重。
但另一方面，随着现代科技的进步，各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备不断普及，电力用户对电网电能质量要求不断增高，电能质量问题对用户的用电体验的影响也越来越严重。
因此，如何缓解电流谐波对电能质量的影响是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种电流谐波的缓解方法，能够缓解电流谐波对电能质量的影响。
为了解决上述技术问题，本发明提供的一种电流谐波的缓解方法，基于静止同步补偿器，包括：
获取三相非线性负载的电流，并基于瞬时无功功率理论计算对应的补偿电流的参考值；
确定与输电线路中的交流电流对应的电流值，并将所述电流值与所述参考值的差作为控制电流；
依据所述控制电流产生调制角度，并向所述输电线路注入与所述调制角度对应的补偿电流。
优选地，所述获取三相非线性负载的电流具体包括：
确定交流电源的三相电压，并依据所述三相电压计算公共耦合点处的电压；
结合所述电压和所述三相非线性负载的电阻及电感计算所述电流。
优选地，所述基于瞬时无功功率理论计算对应的补偿电流的参考值具体包括：
将所述电流变换为dq0坐标系下的电流量；
提取所述电流量中的基波分量；
将所述基波分量逆变换为abc坐标系下的基波电流；
其中，所述基波电流为补偿电流的参考值。
优选地，所述提取所述电流量中的基波分量具体为：
利用低通滤波器提取所述电流量中的所述基波分量。
优选地，所述将所述电流变换为dq0坐标系下的电流量具体包括：
将所述电流变换为αβ坐标系下的第一电流量；
将所述第一电流量变换为所述dq0坐标系下的电流量；
则对应的，所述将所述基波分量逆变换为abc坐标系下的基波电流具体包括：
将所述基板分量逆变换为所述αβ坐标系下的第一基波电流；
将所述第一基波电流逆变换为所述abc坐标系下的所述基波电流。
优选地，所述确定与输电线路中的交流电流对应的电流值具体包括：
依据整流器的直流侧电流确定所述整流器的交流侧电流；
将所述交流侧电流与所述电流进行累加，获得所述电流值。
优选地，所述依据所述控制电流产生调制角度具体为：
通过比例积分环节产生与所述控制电流对应的所述调制角度。
优选地，所述向所述输电线路注入与所述调制角度对应的补偿电流具体包括：
利用逆变器中的PWM发生器生成与所述调制角度对应的驱动信号；
依据所述驱动信号触发所述逆变器中的开关器件向所述输电线路注入所述补偿电流。
本发明提供的电流谐波的缓解方法，基于静止同步补偿器，当输电线路中存在电流谐波时，应用本缓解方法，可以以三相非线性负载的电流为基础，基于瞬时无功功率理论计算出与三相非线性负载电流对应的补偿电流的参考值，并在计算出控制电流之后，还可以利用控制电流产生调制角度，最终向输电线路注入与调制角度对应的补偿电流，能够阻断电流谐波在输电线路中传递，从而达到缓解电流谐波对电能质量的影响。而且，由于静止同步补偿器具有谐波小、运行范围宽、可靠性高和调节速度快等优点，所以，本缓解方法基于静止同步补偿器，可以提高自身的可靠性、反应速度和适用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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附图。
图1为本发明实施例提供的一种电流谐波的缓解方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
本发明的目的是提供一种电流谐波的缓解方法，能够缓解电流谐波对电能质量的影响。
为了使本领域的技术人员更好的理解本发明技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明实施例提供的一种电流谐波的缓解方法的流程图。本实施例提供的电流谐波的缓解方法，基于静止同步补偿器，静止同步补偿器具有谐波小、运行范围宽、可靠性高和调节速度快等优点，能够提高本缓解方法的可靠性、反应速度和适用性。
如图1所示，本缓解方法包括：
S10：获取三相非线性负载的电流，并基于瞬时无功功率理论计算对应的补偿电流的参考值。
在步骤S10中，三相非线性负载的电流指流经三相非线性负载的电流，可以直接通过电流检测装置获取，也可以根据三相非线性负载自身的一些电气参数构建计算模型进行计算，本发明不做限定。
S11：确定与输电线路中的交流电流对应的电流值，并将电流值与参考值的差作为控制电流。
其中，输电线路中的交流电流指交流电源输出的交流电流中除流入静止同步补偿器的电流外的其它电流。以连接有整流器的系统为例，则输电线路中的交流电流为流入整流器交流侧的电流与三相非线性负载的电流之和。控制电流为与输电线路中的交流电流对应的电流值和补偿电流的参考值之间的差值。
S12：依据控制电流产生调制角度，并向输电线路注入与调制角度对应的补偿电流。
在得到控制电流之后，可以依据控制电流产生对应的调制角度，静止同步补偿器中的逆变器则可以根据该调制较低向输电线路注入对应的补偿电流，以阻断电流谐波在输电线路中的传递，进而缓解电流谐波问题。
综上所述，本发明实施例提供的电流谐波的缓解方法，基于静止同步补偿器，当输电线路中存在电流谐波时，应用本缓解方法，可以以三相非线性负载的电流为基础，基于瞬时无功功率理论计算出与三相非线性负载电流对应的补偿电流的参考值，并在计算出控制电流之后，还可以利用控制电流产生调制角度，最终向输电线路注入与调制角度对应的补偿电流，能够阻断电流谐波在输电线路中传递，从而达到缓解电流谐波对电能质量的影响。而且，由于静止同步补偿器具有谐波小、运行范围宽、可靠性高和调节速度快等优点，所以，本缓解方法基于静止同步补偿器，可以提高自身的可靠性、反应速度和适用性。
基于上述实施例，作为一种优选的实施方式，获取三相非线性负载的电流具体包括：
确定交流电源的三相电压，并依据三相电压计算公共耦合点处的电压；
结合电压和三相非线性负载的电阻及电感计算电流。
其中，公共耦合点是指交流电源与静止同步补偿器和三相非线性负载的公共连接点。
在具体实施中，可以通过建立交流电源的计算模型和三相非线性负载的计算模型获取三相非线性负载的电流，下面以幅值为Vs、频率为50Hz的交流电源为例，计算三相非线性负载的电流。
首先，通过式(1)计算交流电源的输出电压：
Figure BDA0001583126480000051
其中，Vsa、Vsb和Vsc分别为交流电源的a相输出电压、b相输出电压和c向输出电压。
其次，通过式(2)计算公共耦合点的电压：
Figure BDA0001583126480000052
其中，Is为交流电源的输出电流，Isa、Isb和Isc交流电源的分别为a相输出电流、b相输出电流和c相输出电流，Rs为交流电源的电阻，Lsa、Lsb和Lsc分别为交流电源的a相电感、b相电感和c相电感，Va、Vb和Vc为公共耦合点处的a相电压、b相电压和c相电压
最后，通过式(3)计算三相非线性负载的电流：
Figure BDA0001583126480000061
其中，ILa、ILb和ILc分别为三相非线性负载的a相电流、b相电流和c相电流，RLa、RLb和RLc分别为三相非线性负载的a相电阻、b相电阻和c相电阻，LLa、LLb和LLc分别为三相非线性负载的a相电感、b相电感和c相电感。
基于上述实施例，作为一种优选的实施方式，基于瞬时无功功率理论计算对应的补偿电流的参考值具体包括：
将电流变换为dq0坐标系下的电流量；
提取电流量中的基波分量；
将基波分量逆变换为abc坐标系下的基波电流；
其中，基波电流为补偿电流的参考值。
需要说明的是，在本实施例中，电流指三相非线性负载的电流，为abc坐标系下的三相非线性负载的电流，由于电流量基于dq0坐标系，所以基波分量也是基于dq0坐标系的。
基于上述实施例，作为一种优选的实施方式，提取电流量中的基波分量具体为：利用低通滤波器提取电流量中的基波分量。
而且，可以理解的是，利用低通滤波器提取基波分量为获取基波分量的一种优选方式，而并非唯一的实施方式，在实际应用中，可以根据实际应用场景采用其它合适的求平均值技术提取基本分量，本发明不做限定。
基于上述实施例，作为一种优选的实施方式，将电流变换为dq0坐标系下的电流量具体包括：
将电流变换为αβ坐标系下的第一电流量；
将第一电流量变换为dq0坐标系下的电流量；
则对应的，将基波分量逆变换为abc坐标系下的基波电流具体包括：
将基板分量逆变换为αβ坐标系下的第一基波电流；
将第一基波电流逆变换为abc坐标系下的基波电流。
在具体实施中，可以通过式(4)变换将abc坐标系下的电流变换为αβ坐标系下的第一电流量：
Figure BDA0001583126480000071
其中，
Figure BDA0001583126480000072
为αβ坐标系下的第一电流量。
通过式(5)将αβ坐标系下的第一电流量变换为dq0坐标系下的电流量：
Figure BDA0001583126480000073
其中，
Figure BDA0001583126480000074
为dq0坐标系下的电流量，ω是以公共耦合点处的电压作为锁相环的参考信号计算得到的。
将dq0坐标系下的基波分量先逆变换αβ坐标系，再逆变换abc坐标系的过程与将abc坐标系下的电流变换αβ坐标系，再变换为dq0坐标系的过程相反，本发明不再赘述。
基于上述实施例，作为一种优选的实施方式，确定与输电线路中的交流电流对应的电流值具体包括：
依据整流器的直流侧电流确定整流器的交流侧电流；
将交流侧电流与电流进行累加，获得电流值；
其中，电流值指与输电线路中的交流电流对应的电流值。
下面以输电线路上连接有六脉冲整流器的系统确定与输电线路中的交流电流对应的电流值为例进行详细说明。
若六脉冲整流器的直流侧电流为IDC-d，六脉冲整流器的开关函数为
Figure BDA0001583126480000081
则六脉冲整流器的交流侧电流可以通过式(6)计算得到：
Figure BDA0001583126480000082
其中，IAC-ra、IAC-rb和IAC-rb分别为六脉冲整流器的交流侧a相电流、b相电流和c相电流。
与输电线路中的交流电流对应的电流值则可以通过式(7)计算得到：
Itotal＝IAC-r+IL (7)
其中，Itotal为与输电线路中的交流电流对应的电流值，IAC-r为六脉冲整流器的交流侧电流，IL为三相非线性负载的电流。
则对应的，控制电流则可以通过式(8)计算得到：
Icomp＝Itotal-Iref (8)
其中，Icomp为控制电流，Iref为补偿电流的参考值。
基于上述实施例，作为一种优选的实施方式，依据控制电流产生调制角度具体为：通过比例积分环节产生与控制电流对应的调制角度。
在具体实施中，通过将控制电流作为比例积分环节的输入信号，可以使控制电流成为比例积分环节产生调制角度的依据，以最终获得与控制电流对应的调制角度。
基于上述实施例，作为一种优选的实施方式，向输电线路注入与调制角度对应的补偿电流具体包括：
利用逆变器中的PWM发生器生成与调制角度对应的驱动信号；
依据驱动信号触发逆变器中的开关器件向输电线路注入补偿电流。
在具体实施中，调制角度可以作为逆变器中的PWM发生器的输入信号，成为PWM发生器产生驱动信号的依据，最终获得与调制角度对应的驱动信号，并驱动逆变器中的开关器件向输电线路注入补偿电流。
以上对本发明所提供的一种电流谐波的缓解方法进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二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者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者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”或者其任何变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列的要素的过程、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它要素，或者还包括为这种过程、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。

Claims (1)

1.一种电流谐波的缓解方法，其特征在于，基于静止同步补偿器，包括：
确定交流电源的三相电压，并依据所述三相电压计算公共耦合点处的电压，结合所述电压和所述三相非线性负载的电阻及电感计算三相非线性负载的电流；
基于瞬时无功功率理论，将所述电流变换为αβ坐标系下的第一电流量；将所述第一电流量变换为dq0坐标系下的电流量；利用低通滤波器提取所述电流量中的基波分量；将所述基波分量逆变换为所述αβ坐标系下的第一基波电流；将所述第一基波电流逆变换为abc坐标系下的基波电流；其中，所述基波电流为补偿电流的参考值；
依据整流器的直流侧电流确定所述整流器的交流侧电流；将所述交流侧电流与所述电流进行累加，获得与输电线路中的交流电流对应的电流值，并将所述电流值与所述参考值的差作为控制电流；
通过比例积分环节产生与所述控制电流对应的调制角度，并利用逆变器中的PWM发生器生成与所述调制角度对应的驱动信号；
依据所述驱动信号触发所述逆变器中的开关器件向所述输电线路注入所述补偿电流；
其中，所述输电线路中的交流电流为所述交流电源输出的交流电流中除流入所述静止同步补偿器的电流外的其它电流。
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