CN109802404A - 一种全频带自适应陷波器、谐振抑制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全频带自适应陷波器、谐振抑制方法及系统,包括:构建一种针对多谐振点的全频带自适应陷波器;陷波器串联在并网设备控制系统机端电压前馈通道,对机端电压谐振分量进行自适应滤波,消除电网谐振激励,或串联在并网设备控制系统控制环前向通道,对调制波谐振分量进行自适应滤波,增大设备谐振阻抗。本发明可应用于新能源并网、分布式发电、并网储能、直流输电等领域,有效改善并网设备的动态响应特性,抑制系统谐振;无需检测谐振频率,避免大量的检测计算;可同时实现全频段多谐振点的抑制,大幅降低控制复杂度,易于工程实现。
Description
技术领域
本发明属于电力系统运行与控制技术领域,具体涉及一种全频带自适应陷波器、谐振抑制方法及系统。
背景技术
随着电力系统电力电子化,电网接入了大量非线性负载,引发了电网谐波污染、电网电压畸变等问题,另外,远距离输电线路阻抗使电网条件变得更加复杂。电网等效阻抗通常大范围变化,变化的电网阻抗给并网设备的稳定性控制带来挑战,若并网设备输出阻抗与电网阻抗叠加后,在谐振频率点形成负阻尼,系统将发生谐振,严重时将造成过电压,损坏并网设备。
为消除并网设备和电网的谐振交互影响,通常采用低通滤波器或陷波器对并网设备控制系统中的机端电压前馈环节进行滤波,以消除电网对并网设备控制系统的谐振激励。采用低通滤波器方案将引起中低频段信号的相移,可能形成中低频段的负阻尼,导致中低频段的谐振或谐波放大;采用陷波器方案仅能对特定频率进行滤波,对于多次谐波的滤除一般采用多个陷波器级联的方式,计算复杂,且存在谐波混叠。另外,现有方案均需要已知系统谐振频率,或通过大量的计算在线检测系统谐振频率,在阻抗特性变化的系统中应用受限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种谐振抑制方法,用以有效改善并网设备的动态响应特性,在全频段内抑制并网系统谐振,且无需检测谐振频率,避免大量的检测计算,易于工程实现。
为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案为:一种全频带自适应陷波器,包括:滤波模块,转换模块和自适应滤波器模块;
所述滤波模块用于提取输入信号的谐振分量;
所述转换模块用于将所提取的谐振分量转换为α-β坐标系下的两相正交信号;
所述自适应滤波器模块用于滤除所输入的与两相正交信号同频率的信号。
进一步的,所述滤波模块包括高通滤波器,带通滤波器和陷波器三种方式;
所述高通滤波器用于滤除基波和低次谐波,提取中高频段谐波信号;
所述带通滤波器用于提取谐振点分布频带的谐波信号;
所述陷波器用于滤除基波,提取基波外的全频段谐波信号。
一种谐振抑制方法,包括以下步骤:
S1,构建一种全频带自适应陷波器,以用于抑制多谐振点;
S2,将所述全频带自适应陷波器串联在并网设备控制系统中,以消除电网谐振激励或增大谐振阻抗。
进一步的,所述步骤S1的具体方法为:
将含谐振分量的信号进行滤波处理,得到谐波信号,并将所述谐波信号转换为α-β坐标系下的两相正交信号;
将所述α-β坐标系下的两相正交信号作为自适应陷波器的参考信号,构成全频带自适应陷波器。
进一步的,所述步骤S2中,所述全频带自适应陷波器串联在并网设备控制系统机端电压前馈通道,将机端电压信号输入到所述全频带自适应陷波器进行滤波,将滤波后的信号叠加到调制波。
进一步的,所述步骤S2中,所述全频带自适应陷波器串联在并网设备控制系统控制环前向通道,将调制波输入到所述全频带自适应陷波器进行滤波。
进一步的,所述步骤S1中,将谐振分量转换为α-β坐标系下的两相正交信号的具体方法为:
当所述全频带自适应陷波器处于三相静止坐标系时,采用CLARK变换,将三相信号转换为α-β坐标系下的两相正交信号;所述CLARK变换的公式如下:
其中,va、vb、vc为三相静止信号,vα、vβ为α-β坐标系下的两相正交信号;
当所述全频带自适应陷波器处于α-β坐标系时,无需转换;
当所述全频带自适应陷波器处于dq旋转坐标系时,采用IPARK变换,将两相信号转换为两相正交信号;所述IPARK变换的公式如下:
其中,vd、vq为dq旋转坐标系下的两相信号;ω0为基波频率;vα、vβ为α-β坐标系下的两相正交信号。
进一步的,所述前馈通道包括三相静止坐标系,α-β坐标系和dq旋转坐标系三种方式。
进一步的,所述前向通道包括dq旋转坐标系,α-β坐标系和三相静止坐标系三种方式。
一种谐振抑制系统,基于该系统能够实现上述方法,包括:电流控制模块、电压前馈模块、调制模块;
所述电流控制模块用于对换流器输出的电流进行闭环控制;
所述电压前馈模块用于对机端电压进行滤波、坐标转换和校正处理;
所述调制模块用于接收所述电流控制模块的输出信号和所述电压前馈模块的输出信号;对所述接收信号进行叠加;对所述叠加信号进行滤波、坐标转换和校正处理,生成换流器调制波。
与现有技术相比,本发明至少具有如下有益效果:
本发明的一种谐振抑制方法,基于一种针对多谐振点的全频带自适应陷波器,通过构建一种全频带自适应滤波器,以用来抑制多谐振点;将该全频带自适应陷波器串联在并网设备控制系统机端电压前馈通道,对机端电压谐振分量进行自适应滤波,消除电网谐振激励,或串联在并网设备控制系统控制环前向通道,对调制波谐振分量进行自适应滤波,增大设备谐振阻抗。本发明可应用于新能源并网、分布式发电、并网储能、直流输电等领域,有效改善并网设备的动态响应特性,抑制系统谐振;无需检测谐振频率,避免大量的检测计算;可同时实现全频段多谐振点的抑制,大幅降低控制复杂度,易于工程实现。
附图说明
图1是全频带自适应陷波器原理图;
图2是前馈通道谐振抑制控制框图;
图3是前向通道谐振抑制控制框图;
图4是本发明中谐振抑制系统的组成框图;
图中:101为电流控制模块,102为电压前馈模块,103为调制模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚,下面结合附图及实施例,对本发明作进一步的详细说明。
步骤一:构建一种针对多谐振点的全频带自适应陷波器;
步骤二:陷波器串联在并网设备控制系统中,以消除电网谐振激励或增大谐振阻抗的方式抑制谐振。
进一步地:上述步骤一中,所述构建一种针对多谐振点的全频带自适应陷波器中,全频带自适应陷波器原理如图1所示。
图中,x(t)为输入信号,rs(t)和rc(t)为频率与谐振频率相关的正交参考信号,rs(t)和rc(t)进行加权运算得到y(t),e(t)为自适应陷波滤波器的输出信号,也就是对原始信号特定频率谐波滤除后的信号,其值等于原始信号x(t)与加权值y(t)的差。LMS算法为内部采用最小均方的迭代算法,对加权值W1、W2进行迭代更新,迭代方法如下:
其中,μ为控制稳定性和收敛速度的参量。
滤波算法目的是提取x(t)的谐振分量,提取方式包括三种:采用高通滤波器滤除基波和低次谐波,提取中高频段谐波信号;采用带通滤波器提取谐振点分布频带的谐波信号;采用陷波器滤除基波,提取基波外的全频段谐波信号。典型的二阶高通滤波器、带通滤波器、陷波器的传递函数Ghpf(s)、Gbpf(s)、Gnotch(s)分别如下:
其中,s是拉普拉斯算子,ω为特性频率,ξ为阻尼比。
转换模块目的是将提取的谐振分量转换为α-β坐标系下的两相正交信号,转换方式包括三种:
方式一,三相静止坐标系下,采用CLARK变换,将三相信号va、vb、vc转换为α-β坐标系下的两相正交信号vα、vβ,CLARK变换式如下:
方式二,α-β坐标系下,无需转换;
方式三,dq旋转坐标系下,采用IPARK变换,将两相信号vd、vq转换为两相正交信号vα、vβ,IPARK变换式如下:
其中,ω0为基波频率。
将α-β坐标系下的两相正交信号vα、vβ作为自适应陷波器的参考信号rs(t)、rc(t),构成步骤一所述全频带自适应陷波器。
所述步骤二包括两种方式,以采用典型电流环控制的变流器控制系统为例进行说明。
方式一如图2所示,全频带自适应陷波器串联在变流器控制系统机端电压前馈通道,消除电网谐振激励。具体为,将机端电压输入到步骤一所述宽频带自适应陷波器进行滤波,将滤波后的信号叠加到调制波。根据陷波器串联位置不同,具体包括三种方式:在前馈通道的三相静止坐标系下、α-β坐标系下、dq旋转坐标系下,三种方式串联位置分别如图2中1、2、3所标识。
图中,PARK变换式如下:
方式二如图3所示,全频带自适应陷波器串联在变流器控制系统电流环前向通道,增大设备谐振阻抗,具体为,将调制波输入到步骤一所述宽频带自适应陷波器进行滤波。根据陷波器串联位置不同,具体包括三种方式:在电流环前向通道的三相静止坐标系下、α-β坐标系下、dq旋转坐标系下,三种方式串联位置分别如图3中1、2、3所标识。
图中,ICLARK变换式如下:
本发明还提供了一种谐振抑制系统,如图4所示,该系统至少包括电流控制模块101,电压前馈模块102和调制模块103,各个模块的功能和作用如下:
电流控制模块101用于对换流器输出的电流信号进行闭环控制,如图3所示为采用PI控制器的电流闭环控制,电流指令iref和反馈idq的差值经PI控制器调节后,输出作为调制模块的部分输入。
电压前馈模块102用于对机端电压进行滤波、坐标转换和校正处理,如图3所示为dq坐标系下的机端电压前馈计算,三相电压uabc经CLARK变换和PARK变换转换为dq坐标系下的udq,作为调制模块的部分输入。
调制模块103用于叠加所述电流控制模块101的输出信号和所述电压前馈模块102的输出信号,并对所述叠加信号进行滤波、坐标转换和校正处理,生成换流器调制波。如图3所示,dq坐标系下将上述电流模块的输出和电压前馈模块的输出叠加后,经IPARK变换和ICLARK变换,生成三相调制波。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种全频带自适应陷波器,其特征在于,包括:滤波模块、转换模块和自适应滤波器模块;
所述滤波模块用于提取输入信号的谐振分量;
所述转换模块用于将滤波模块提取的谐振分量转换为α-β坐标系下的两相正交信号;
所述自适应滤波器模块用于滤除所输入的与两相正交信号同频率的信号。
2.如权利要求1所述的一种全频带自适应陷波器,其特征在于,所述滤波模块包括高通滤波器、带通滤波器和陷波器;
所述高通滤波器用于滤除基波和低次谐波,提取中高频段谐波信号;
所述带通滤波器用于提取谐振点分布频带的谐波信号;
所述陷波器用于滤除基波,提取基波外的全频段谐波信号。
3.一种谐振抑制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,构建一种权利要求1或2所述的全频带自适应陷波器;
S2,将步骤S1构建的全频带自适应陷波器串联在并网设备控制系统中。
4.如权利要求3所述的一种谐振抑制方法,其特征在于,所述步骤S1的具体方法为:
将含谐振分量的信号进行滤波处理,得到谐波信号,并将所述谐波信号转换为α-β坐标系下的两相正交信号;
将所述α-β坐标系下的两相正交信号作为自适应陷波器的参考信号,构成全频带自适应陷波器。
5.如权利要求3所述的一种谐振抑制方法,其特征在于,所述步骤S2中,所述全频带自适应陷波器串联在并网设备控制系统机端电压前馈通道,将机端电压信号输入到所述全频带自适应陷波器进行滤波,将滤波后的信号叠加到调制波。
6.如权利要求3所述的一种谐振抑制方法,其特征在于,所述步骤S2中,所述全频带自适应陷波器串联在并网设备控制系统控制环前向通道,将调制波输入到所述全频带自适应陷波器进行滤波。
7.如权利要求3或4所述的一种谐振抑制方法,其特征在于,所述步骤S1中,将谐振分量转换为α-β坐标系下的两相正交信号的具体方法为:
当所述全频带自适应陷波器处于三相静止坐标系时,采用CLARK变换,将三相信号转换为α-β坐标系下的两相正交信号;所述CLARK变换的公式如下:
其中,va、vb、vc为三相静止信号,vα、vβ为α-β坐标系下的两相正交信号;
当所述全频带自适应陷波器处于α-β坐标系时,无需转换;
当所述全频带自适应陷波器处于dq旋转坐标系时,采用IPARK变换,将两相信号转换为两相正交信号;所述IPARK变换的公式如下:
其中,vd、vq为dq旋转坐标系下的两相信号;ω0为基波频率;vα、vβ为α-β坐标系下的两相正交信号。
8.如权利要求5所述的一种谐振抑制方法,其特征在于,所述前馈通道包括三相静止坐标系,α-β坐标系和dq旋转坐标系三种方式。
9.如权利要求6所述的一种谐振抑制方法,其特征在于,所述前向通道包括dq旋转坐标系,α-β坐标系和三相静止坐标系三种方式。
10.一种谐振抑制系统,基于该系统能够实现权利要求3-9任一项所述的方法,其特征在于,包括:电流控制模块(101)、电压前馈模块(102)、调制模块(103);
所述电流控制模块(101)用于对换流器输出的电流进行闭环控制;
所述电压前馈模块(102)用于对机端电压进行滤波、坐标转换和校正处理;
所述调制模块(103)用于接收所述电流控制模块(101)的输出信号和所述电压前馈模块(102)的输出信号;对所述接收信号进行叠加;对所述叠加信号进行滤波、坐标转换和校正处理,生成换流器调制波。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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