CN111682578B - 一种三相谐波谐振抑制装置及抑制方法 - Google Patents

一种三相谐波谐振抑制装置及抑制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种三相谐波谐振抑制装置及抑制方法。本发明通过实时动态调节控制策略和控制参数，操作各桥臂的协同动作，达到串联或并联虚拟阻抗的效果，实现对PCC点阻抗无源性的拓展，从而对PCC点交互谐振电压和交互谐振电流进行优化抑制，实现交互谐振区域优化抑制的目的。此外，相对于传统PCC端谐波抑制装置，本发明提出的装置不需要变压器隔离，所需半导体开关器件耐压低，电路成本低廉，功率密度高。

Description

一种三相谐波谐振抑制装置及抑制方法
技术领域
本发明属于电力电子领域，具体涉及一种三相谐波谐振抑制装置及抑制方法。
背景技术
近年来，随着可再生能源的发展与普及，大规模的风力发电厂和光伏系统正在建设，以光伏系统为例，其主要部分包括将直流转换为交流的逆变器，以及滤除高次纹波的三阶LCL滤波器。为了提高逆变器并网发电的容量，多台逆变器通过并联的方式与电网连接，但是多台具备高阶滤波器的逆变器与电网连接时，逆变器之间以及逆变器与电网之间会存在相互耦合，这种耦合现象对并网发电系统的稳定与输出电能质量提出了挑战。此外由于并网发电系统中大量谐波源的存在，容易激发串联或并联谐振，可能引起逆变器的振荡，降低逆变器群的稳定性，严重时会造成逆变器系统甚至电网系统的崩溃。因此，本专利针对三相并网发电系统公开了一种通过在变流器群的PCC端串并联一个虚拟阻尼的方式来改造系统阻尼特性，实现对谐波谐振的优化抑制。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种三相统一交互谐振优化抑制装置及抑制方法，通过在三相并网系统的逆变器群PCC端构建一种基于低压开关器件的串并联单元协调操作的拓扑结构，实现对PCC点串并联阻抗无源性的拓展，提高逆变器群自律性稳定范围。
一种三相谐波谐振抑制装置，其中每一相结构完全相同，每一相具体包括了一个双向保护开关、一个单相全桥、直流母线电容、两个交流滤波电感、交流滤波电容以及一个星形连接电容，其中单相全桥包含一个串联阻抗重塑的桥臂和一个串并联阻抗重塑的公共桥臂；具体的拓扑结构为：交流滤波电容串联在每一相的线路中作为单相全桥的输出电容，双向保护开关并联在交流滤波电容两端，两个滤波电感分别连接在桥臂与对应交流滤波电容一端，形成LC滤波器，直流母线电容负责每一相全桥直流电压源的供应，星形连接电容以星形方式一端连接在各自直流母线的负端，另一端其他相的星形连接电容相互短接。
作为优选，通过谐振优化算法操作全桥桥臂的协同动作，控制交流滤波电容上的电压与相电流同相，达到串联谐波虚拟阻抗的效果。
作为优选，利用谐振优化算法操作两个串并联阻抗重塑的公共桥臂的协同动作，控制星形连接电容上的电流与线电压同相，达到并联谐波虚拟阻抗的效果。
作为优选，双向开关起到保护的作用，当三相统一交互谐振抑制装置发生故障时，通过闭合开关可以将装置短路掉，进而起到保护作用，所述双向保护开关可采用可逆晶闸管。
作为优选，串联单元和并联单元抑制高频谐波谐振，并不处理基波能量，使得装置的伏安乘积小，功耗低、功率密度大。
作为优选，所述的桥臂中的开关管采用MOSFET。
作为优选，所述滤波电感磁芯材质为铁氧体或非晶。
作为优选，所述直流母线电容为电解电容，所述滤波电容与相间电容均为无极性薄膜电容。
三相谐波谐振抑制装置的抑制方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1.检测并提取并网发电系统公共节点的谐波谐振信息；
步骤2.评估逆变器群谐振失稳的状态，结合上层区域协调指令，调整谐波谐振优化抑制的参数和目标；
步骤3.通过相应的控制策略，驱动各桥臂产生相应的PWM信号作用于开关管，根据系统状态随时调整装置的工作情况；
步骤4.当逆变器群自律性稳定较好或逆变器之间、逆变器与电网之间交互谐波谐振低于设定阈值时，由谐波谐振优化抑制装置中的串联单元进行谐波电压隔离控制策略；
步骤5.当逆变器群自律性稳定欠缺或逆变器之间、逆变器与电网之间交互谐波谐振高于设定阈值时，串联单元和并联单元协调工作，实现串并联阻抗重塑的效果。
装置中三相的每一相结构相同，以U相为例，具体包括了一个双向保护开关S1、一个单相全桥、直流母线电容CBUS1、两个交流滤波电感L1、L2，交流滤波电容CS1以及一个相间电容CP1，其中单相全桥包含一个串联阻抗重塑的桥臂a和一个串并联阻抗重塑的公共桥臂b。三个单相的公共桥臂b、c、d组合成一个三相全桥，负责PCC点并联阻抗重塑。
本发明装置的具体连接方式为：交流滤波电容串联在每一相的线路中作为单相全桥的输出电容，双向保护开关并联在交流滤波电容两端，两个滤波电感分别连接在桥臂与对应交流滤波电容一端，形成LC滤波器，直流母线电容负责每一相全桥直流电压源的供应，相间电容可以星形方式连接，一端连接在各自直流母线的负端，另一端相互短接。
本发明三相谐波谐振抑制装置具有的优势为：通过实时动态调节控制策略和控制参数，操作各桥臂的协同动作，达到串联或并联虚拟阻抗的效果，实现对PCC点阻抗无源性的拓展，从而对PCC点交互谐振电压和交互谐振电流进行优化抑制，实现交互谐振区域优化抑制的目的。此外，相对于传统PCC端谐波抑制装置，本发明提出的装置不需要变压器隔离，所需半导体开关器件耐压低，电路成本低廉，功率密度高。
附图说明
图1为三相谐波谐振优化抑制装置拓扑图。
图2为装置控制示意图。
图3为三相并网发电系统及装置连接示意图。
具体实施方式
结合附图对本发明的具体实施进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。需要指出的是，若有未特别详细说明之过程或者符号，均是本领域技术人员可参照现有技术理解和实现的。
本发明的基础拓扑结构如图1所示，为了分析方便，电路结构中的器件均为理想型器件。
装置中每一相的串联单元及并联单元结构相同，串联单元以U相为例，由交流滤波电容CS1、桥臂a、b构成的单相全桥、直流母线电容CBUS1、两个交流滤波电感L1、L2组成，每一相的相电流一定，通过提取交互谐振信息，利用谐振优化算法操作全桥桥臂的协同动作，控制交流滤波电容上的电压与相电流同相，达到串联谐波虚拟阻抗的效果。并联单元以U、V为例，由两个相间电容CP1、CP2，两个交流滤波电感L2、L4，两个直流母线电容CBUS1、CBUS2，两个串并联阻抗重塑的公共桥臂b、c组成，由于电网为理想三相电压源，所以每两相之间的线电压一定，通过提取交互谐振信息，利用谐振优化算法操作两个串并联阻抗重塑的公共桥臂的协同动作，控制相间电容上的电流与线电压同相，达到并联谐波虚拟阻抗的效果。
图3为装置与三相并网发电系统的连接示意图，可以看出装置串并联于逆变器群PCC端。图2为装置控制示意图(其中细线表示采样线)，传感器提取到公共节点的谐波谐振信息，评估逆变器群谐振失稳的状态，结合上层区域协调需求指令，调整谐波谐振优化抑制的参数和目标，再通过相应的控制策略，驱动各桥臂产生相应的PWM信号作用于开关管，驱动串联单元和并联单元协调工作。装置的工作情况根据系统状态可随时调整：当逆变器群自律性稳定较好或逆变器之间、逆变器与电网之间交互谐波谐振较轻时，由谐波谐振优化抑制装置中的串联单元进行谐波电压隔离控制策略，提高逆变器群抵御电网扰动的能力；当逆变器群自律性稳定欠缺或逆变器之间、逆变器与电网之间交互谐波谐振严重时，串联单元和并联单元协调工作，实现串并联阻抗重塑的效果，抑制交互谐波谐振。
无论是串联单元还是并联单元，抑制的只是比较敏感的高频谐振，并不处理基波能量，一是因为工频为50Hz，远小于逆变器系统的带宽，通过合理的控制就可以抑制交互谐振，二是因为基波能量较大，如果通过该装置增加虚拟阻尼将会大大增加该装置的功率消耗。此外，由于电网电压大部分由相间电容承载，串并联桥臂的半导体开关器件均可采用低压开关器件，成本较低。
每相的双向开关起到保护的作用，当三相统一交互谐振抑制装置发生故障时，通过闭合开关可以将装置短路掉，进而起到保护作用。
需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明，而并非限制本发明所描述的技术方案；同时，尽管本说明书参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同进行替换；因此，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明所附权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三相谐波谐振抑制装置，其特征在于：每一相结构完全相同，每一相具体包括了一个双向保护开关、一个单相全桥、直流母线电容、两个交流滤波电感、交流滤波电容以及一个相间电容，其中单相全桥包含一个串联阻抗重塑的桥臂和一个串并联阻抗重塑的公共桥臂；具体的拓扑结构为：交流滤波电容串联在每一相的线路中作为单相全桥的输出电容，双向保护开关并联在交流滤波电容两端，两个滤波电感的两端分别连接在桥臂中点以及对应交流滤波电容的一端，形成LC滤波器，直流母线电容负责每一相全桥直流电压源的供应，三相间的相间电容以星形方式一端连接在各自直流母线的负端，另一端与其他相的相间电容相互短接；
每一相上的单相全桥、直流母线电容、交流滤波电容和两个交流滤波电感组成串联单元；每两相上的两个相间电容、两个交流滤波电感、两个直流母线电容和两个串并联阻抗重塑的公共桥臂组成并联单元。
2.根据权利要求1所述的三相谐波谐振抑制装置，其特征在于：通过谐振优化算法操作全桥桥臂的协同动作，控制交流滤波电容上的电压与相电流同相，达到串联谐波虚拟阻抗的效果。
3.根据权利要求1所述的三相谐波谐振抑制装置，其特征在于：利用谐振优化算法操作两个串并联阻抗重塑的公共桥臂的协同动作，控制相间电容上的电流与线电压同相，达到并联谐波虚拟阻抗的效果。
4.根据权利要求1所述的三相谐波谐振抑制装置，其特征在于：双向开关起到保护的作用，当三相谐波谐振抑制装置发生故障时，通过闭合开关可以将装置短路掉，进而起到保护作用，所述双向保护开关可采用可逆晶闸管。
5.据权利要求1所述的三相谐波谐振抑制装置，其特征在于：串联单元和并联单元抑制高频谐波谐振，并不处理基波能量，使得装置的伏安乘积小，功耗低、功率密度大。
6.据权利要求1所述的三相谐波谐振抑制装置，其特征在于：所述的桥臂中的开关管采用MOSFET。
7.据权利要求1所述的三相谐波谐振抑制装置，其特征在于：所述交流滤波电感磁芯材质为铁氧体或非晶。
8.据权利要求1所述的三相谐波谐振抑制装置，其特征在于：所述直流母线电容为电解电容，所述交流滤波电容与相间电容均为无极性薄膜电容。
9.根据权利要求1所述的一种三相谐波谐振抑制装置的抑制方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1. 检测并提取并网发电系统公共节点的谐波谐振信息；
步骤2. 评估逆变器群谐振失稳的状态，结合上层区域协调指令，调整谐波谐振优化抑制的参数和目标；
步骤3. 通过相应的控制策略，驱动各桥臂产生相应的PWM信号作用于开关管，根据系统状态随时调整装置的工作情况；
步骤4. 当逆变器之间、逆变器与电网之间交互谐波谐振的阻抗值低于设定阈值时，由谐波谐振优化抑制装置中的串联单元进行谐波电压隔离控制策略；
步骤5. 当逆变器之间、逆变器与电网之间交互谐波谐振的阻抗值高于设定阈值时，串联单元和并联单元协调工作，实现串并联阻抗重塑的效果。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05260685A (ja) * 1992-03-12 1993-10-08 Toyo Electric Mfg Co Ltd 無停電電源装置
US5642007A (en) * 1994-12-30 1997-06-24 Westinghouse Electric Corporation Series compensator inserting real and reactive impedance into electric power system for damping power oscillations
CN101938127A (zh) * 2010-08-17 2011-01-05 南京航空航天大学 单相、三相双降压式全桥并联型有源电力滤波器
CN106451497A (zh) * 2016-11-25 2017-02-22 重庆大学 一种孤岛模式下逆变器并联系统的谐振抑制方法
CN107623339A (zh) * 2017-09-30 2018-01-23 杭州电子科技大学 一种变流器控制装置
CN108173288A (zh) * 2018-02-09 2018-06-15 合肥工业大学 抑制多逆变器并网系统谐振的电压型阻抗适配器控制方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05260685A (ja) * 1992-03-12 1993-10-08 Toyo Electric Mfg Co Ltd 無停電電源装置
US5642007A (en) * 1994-12-30 1997-06-24 Westinghouse Electric Corporation Series compensator inserting real and reactive impedance into electric power system for damping power oscillations
CN101938127A (zh) * 2010-08-17 2011-01-05 南京航空航天大学 单相、三相双降压式全桥并联型有源电力滤波器
CN106451497A (zh) * 2016-11-25 2017-02-22 重庆大学 一种孤岛模式下逆变器并联系统的谐振抑制方法
CN107623339A (zh) * 2017-09-30 2018-01-23 杭州电子科技大学 一种变流器控制装置
CN108173288A (zh) * 2018-02-09 2018-06-15 合肥工业大学 抑制多逆变器并网系统谐振的电压型阻抗适配器控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Current Harmonic Suppression for Grid-Connected VSG Based on Virtual Harmonic Impedance;Yaowei Hu等;《2019 10th International Conference on Power Electronics and ECCE Asia(ICPE 2019-ECCE Asia)》;20190815;全文 *
光伏并网逆变器的阻抗重塑与谐波谐振抑制;曾正等;《中国电机工程学报》;20140925;第34卷(第27期);全文 *

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