CN113541144A - 基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法 - Google Patents

基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法 Download PDF

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CN113541144A CN202110801704.9A CN202110801704A CN113541144A CN 113541144 A CN113541144 A CN 113541144A CN 202110801704 A CN202110801704 A CN 202110801704A CN 113541144 A CN113541144 A CN 113541144A
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Abstract

本发明提供一种基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法，所述的方法包括如下步骤：步骤一、首先在电网公共连接点处加入基于电力电子功率器件的有源型谐波治理装置；步骤二、再根据电力系统等效连接阻抗参数和并联电容支路的等效参数分析确定谐波谐振抑制所需谐波等效阻抗值；步骤三、最后根据谐波虚拟电阻控制方法和电压源型电力电子变流器控制方法，实现对基于电力电子功率器件的有源型电网谐波谐振抑制装置谐波等效阻抗的有效控制。通过应用谐波虚拟电阻控制技术，实现对基于电力电子功率器件的有源型电网谐波谐振抑制装置等效谐波阻抗的有效控制，从而达到抑制电网谐波谐振的目的。

Description

基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法
技术领域
本发明涉及有源型电网谐波谐振抑制装置及方法技术领域，特别涉及一种基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法。
背景技术
随着风力发电技术的不断发展进步，海上风力发电项目也越来越多并在不断向着更大容量和远海方向发展，导致电力系统中出现大量高压海缆输电线路，与传统输电线路相比高压海缆型输电线路呈现出明显的电容特性，导致区域电网等效电路中存在明显的并联电容支路。电力系统中固定电容器型无功补偿装置或城市电网中的电缆型输电线路也会呈现出明显的电容特性，在电力系统等效电路中也可以等效为并联电容支路。而电网中的常规高压输电线路和变压器等输配电设备则呈现出明显的电感特性，当区域电网中存在明显的并联电容支路时，电感支路和电容支路就很容易构成谐振回路，而如果电网中存在谐振频率处的谐波激励时，系统就很容易发生谐波谐振放大现象，引起电网电压谐波含量显著升高，最终导致敏感用电负荷无法正常工作、继电保护装置动作、甚至损坏电力系统中的输配电及用电设备，严重危害了电力系统稳定性和输配电及用电设备安全。
为解决上述谐振问题，目前普遍采用的技术方案是在电力系统中加入高压无源型滤波装置，通过高压无源滤波器抑制电力系统中的谐波谐振。但高压无源滤波器方案存在占地面积大、基波无功消耗大且需要增加额外无功补偿装置、频率适应性差等一系列缺点，在工程实际应用中存在明显局限性，尤其是当电力系统参数发生重大变化导致谐振频率发生变化时，高压无源滤波器不仅会失去谐振抑制作用，甚至会加剧系统在新的谐振频率处产生谐波谐振放大现象。
而基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置，将基于电力电子功率器件的有源型谐波治理装置和谐波虚拟电阻控制技术完美结合，通过控制基于电力电子功率器件的有源型谐波治理装置的等效谐波阻抗，实现对电网谐波谐振的有效抑制，保证电网电压谐波满足电力系统相关标准要求。同时基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置对电网基波频率呈现高阻抗特性，不会消耗基波无功功率也不需要增加其他补偿装置，且设备占地面积小频率适应性强，能够有效解决电力系统谐波谐振问题。
发明内容
为了解决背景技术中所述问题，本发明提供一种基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法，通过应用谐波虚拟电阻控制技术，实现对基于电力电子功率器件的有源型电网谐波谐振抑制装置等效谐波阻抗的有效控制，从而达到抑制电网谐波谐振的目的。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法，所述的方法包括如下步骤：
步骤一、首先在电网公共连接点处加入基于电力电子功率器件的有源型电网谐波谐振抑制装置；
步骤二、再根据电力系统等效连接阻抗参数和并联电容支路的等效参数分析确定谐波谐振抑制所需谐波等效阻抗值；
步骤三、最后通过谐波虚拟电阻控制方法和电压源型电力电子变流器控制方法，实现对基于电力电子功率器件的有源型电网谐波谐振抑制装置谐波等效阻抗的有效控制。
进一步地，所述的步骤一的有源型电网谐波谐振抑制装置包括由电网公共连接点处依次串联的供电断路器SAPF、软启动电阻RAPF、连接电抗器LAPF、功率阀组GAPF；还包括并联在软启动电阻RAPF两端的旁路接触器或断路器KAPF、。
进一步地，所述的步骤二具体包括：
在加入基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置的电网系统谐波等效电路中，
Figure BDA0003164952120000021
为电网背景谐波电压，Zs为电网系统谐波等效阻抗，CF为系统电容性支路的谐波等效电容值，ZLoad为系统中负载的谐波等效阻抗值，RV为基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置的谐波等效电阻值；
当电容支路接入电网公共连接点后，电网系统在公共连接点处的谐波电压值如式1所示，电网系统谐波等效阻抗和负载谐波等效阻抗一般都为电感性，而电容性支路谐波阻抗为容性，则电网系统各支路谐波等效阻抗可用式2表示；
Figure BDA0003164952120000022
Figure BDA0003164952120000031
由于负载谐波等效阻抗值XLoad的数值远高于电网系统谐波等效阻抗值和电容支路谐波等效阻抗值，可以忽略负载支路谐波等效阻抗对谐波谐振的影响，则加入基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置后电网公共连接点处的谐波电压值如式3所示，考虑电网系统等效谐波阻抗为电感性，容性支路谐波等效阻抗为电容性，则将式2代入式3可进一步展开得到式4所示表达式。
Figure BDA0003164952120000032
Figure BDA0003164952120000033
为实现对电网公共连接点处谐波谐振的有效抑制，基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置的谐波等效电阻值应满足式5所示的设计要求，为对式5所示表达式进行进一步分析做式6所示定义，将式6带入式5可得式7所示关系式；
Figure BDA0003164952120000034
Figure BDA0003164952120000035
Figure BDA0003164952120000036
由式7可知如果K值大于或等于2，则无论Q值设计为多少电网公共连接点处的谐波电压值都小于电网背景谐波电压值，即电网不存在谐波谐振放大的情况；而如果K值大于0且小于2，则电网在公共连接点处可能存在谐波谐振放大的情况；为保证基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置能够对电网谐波谐振进行有效抑制，则基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置的谐波等效电阻RV应满足式8所示要求；
Figure BDA0003164952120000037
进一步地，所述的步骤三中，通过谐波控制算法对基于电力电子功率器件的有源型电网谐波谐振抑制装置进行谐振频率处的谐波等效阻抗控制，保证基于电力电子功率器件的有源型电网谐波谐振抑制装置谐波等效阻抗始终为纯电阻且等效电阻值始终与谐振抑制设计的谐波等效电阻值相等，则基于电力电子功率器件的有源型电网谐波谐振抑制装置在外特性上就与等效电路中的RV完全相同，由于是通过基于电力电子功率器件的有源装置实现，所述的谐波等效阻抗控制称为谐波虚拟电阻控制方法。
进一步地，所述的步骤三中具体包括如下：
1)电网电压采样值V_grid通过锁相环锁相得到电网电压相位值θ；三相功率阀组各单元直流电压值Vdc_A1至Vdc_CN通过平均值运算得到单元直流电压平均值
Figure BDA0003164952120000041
与单元直流电压给定值Vdc *进行PI闭环控制得到基波有功电流指令值Id *；
2)电网电压V_grid与锁相环输出的电网电压相位值θ经Park变换后得到电网电压前馈分量Vd grid；
3)谐振抑制装置输出电流采样值I_APF根据电网电压相位值θ进行PARK变换得到谐振抑制装置在DQ同步旋转坐标下的D轴分量Id APF和Q轴分量Iq APF，与基波电流D轴给定值Id *和Iq *进行PI闭环控制运算，并结合电网电压前馈分量Vd grid得到谐振抑制装置输出控制信号Vd APF*和Vq APF*，其中基波电流D轴给定值Id *由阀组单元直流电压控制输出得到，而基波电流Q轴给定值Iq *则由系统顶层基波无功控制算法计算得到，对于纯谐振抑制装置Iq *为0；
4)谐振抑制装置输出控制信号Vd APF*和Vq APF*结合电网电压相位值θ经逆Park变换得到谐振抑制装置三相基波输出控制信号VAf APF*，VBf APF*和VCf APF*；
5)通过对电网电压信号V_grid和谐振抑制装置输出电流I_APF结合电网电压相位值进行θ进行谐波PARK变换可得谐波同步旋转坐标下的电网电压谐波分量Vhd grid和Vhq grid，谐振抑制装置输出电流谐波分量Ihd APF和Ihq APF，由Vhd grid和Vhq grid及谐振抑制装置谐波虚拟电阻值RV可得谐波电流指令值Ihd *和Ihd *，与谐振抑制装置输出电流谐波分量Ihd APF和Ihq APF进行闭环PI控制即可得到装置输出谐波控制信号Vhd APF*和Vhq APF*，经谐波逆PARK变换后得到装置三相谐波输出控制信号VAh APF*，VBh APF*和VCh APF*。
其中的第1)-4)条涉及电压源型电力电子变流器控制方法，第5)条涉及谐波虚拟电阻控制方法。
应用所述的一种基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法的有源型电网谐波谐振抑制装置，包括由电网公共连接点处依次串联的供电断路器SAPF、软启动电阻RAPF、连接电抗器LAPF、功率阀组GAPF；还包括并联在软启动电阻RAPF两端的旁路接触器或断路器KAPF；通过谐波虚拟电阻控制方法和电压源型电力电子变流器控制方法对功率阀组GAPF进行控制，实现有源型电网谐波谐振抑制装置谐波等效阻抗的有效控制。
进一步地，还包括补偿变压器，补偿变压器连接在供电断路器SAPF与电网公共连接点之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法及装置，将最新的基于电力电子功率器件的有源型谐波治理装置与谐波虚拟电阻控制技术完美结合，通过控制技术使基于电力电子功率器件的有源型谐波治理装置电气特性与纯电阻特性完全相同，从而实现对电网公共连接点处谐波谐振的有效抑制，且具有如下优点。
1)频率适应性强
基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法及装置是通过虚拟电阻控制技术使基于电力电子功率器件的有源型谐波治理装置呈现出纯电阻特性，控制系统可以根据电力系统谐振频率特性变化对相应的谐振频率谐波进行控制，因此装置的频率适应性更强。传统的无源型谐波谐振抑制装置在安装投运后，如果电力系统因电网参数发生重大变化导致谐振频率改变，则无源型谐波谐振抑制装置不仅会失去原有谐振抑制作用，还可能加剧最新频率处系统谐振，必须对装置一次设备进行重大改造或更换新的装置。而基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置则只需在控制上改变谐波控制频率即可实现对最新频率处的系统谐振进行有效抑制，无需对装置一次设备进行任何改造，装置的频率适应性更强。
2)无需增加额外基波无功补偿装置
基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法及装置对谐振频率谐波呈现纯电阻特性，而对基波频率或其他谐波频率则呈现高阻抗或开路状态，故装置在运行的过程中只流过较小的谐振频率谐波电流和很小的基波有功电流维持系统损耗，不会流过较大的基波电流或其他频率谐波电流，故不会对电力系统产生基波无功消耗。而传统无源型谐波谐振抑制装置对谐振频率谐波呈现超低阻抗特性，而对基波和其他频率谐波阻抗值也较低，由于电网基波电压值很高，因此传统无源型谐波谐振抑制装置在抑制电网公共连接点谐波谐振的同时还会向电力系统发出大量的基波无功功率，为保证功率因数满足电网要求，在应用无源型谐波谐振抑制装置的同时还必须加装额外的基波无功补偿装置。
3)占地面积更小
基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法及装置是通过基于电力电子功率器件的有源型谐波治理装置硬件实现的，与传统无源型谐波谐振抑制装置相比，所述装置的功率密度更高且无需额外的基波无功补偿装置，故基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置占地面积更小，在海上风力发电等场地面积严重受限的应用工况具有明显的占地面积优势。
4)有功损耗更低
基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法及装置在运行的过程中只流过较小的谐振频率谐波电流和很小的基波有功电流维持系统损耗，不会流过较大的基波电流或其他频率谐波电流，因此设备运行过程中有功损耗很低。而传统无源型谐波谐振抑制装置运行过程中不仅会流过谐振频率谐波电流，还会流过很大的基波无功电流，且需要增加额外的基波无功补偿装置，因此传统无源型谐波谐振抑制装置在运行过程中有功损耗会较大。基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置在有功损耗方面具有明显的优势。
5)谐波谐振抑制与无功补偿功能兼具
基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法及装置采用谐波虚拟电阻控制技术，通过对基于电力电子功率器件的有源型谐波治理装置进行控制实现电网谐波谐振抑制功能，而基于电力电子功率器件的有源型谐波治理装置与静止无功发生器(SVG)等基波无功补偿装置硬件配置相同，因此可以将谐波虚拟电阻控制技术与动态无功补偿控制技术进行结合，使基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置在抑制电网谐波谐振的同时具备SVG动态无功补偿的功能，可为用户节约大量设备和运行维护成本。
附图说明
图1为本发明的基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置电气连接图；
图2为未加入基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置时系统谐波等效电路图；
图3为加入基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置时系统谐波等效电路图；
图4为本发明的谐波控制算法图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
一种基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法，包括：
步骤一、首先在电网公共连接点处加入基于电力电子功率器件的有源型电网谐波谐振抑制装置；
步骤二、再根据电力系统等效连接阻抗参数和并联电容支路的等效参数分析确定谐波谐振抑制所需谐波等效阻抗值；
步骤三、最后通过谐波虚拟电阻控制方法和电压源型电力电子变流器控制方法，实现对基于电力电子功率器件的有源型电网谐波谐振抑制装置谐波等效阻抗的有效控制。
最终即可通过基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置实现对电网谐波谐振工况的有效抑制，保证电网公共连接点处电压谐波含量满足电力系统相关标准要求。
一、有源型电网谐波谐振抑制装置
步骤一中，基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置电气连接如图1所示，在电网公共连接点处存在多路用电或发电负荷，其中存在长距离电缆等电容支路使系统存在谐波谐振放大的情况，导致公共连接点处电网电压谐波含量超出电力系统相关标准要求，危害电力系统稳定和周边用电设备安全。通过在公共连接点处增加基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置即可实现对谐波谐振的有效抑制，保证公共连接点处电网电压谐波满足标准要求。基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置主要由供电断路器SAPF、软启动电阻RAPF、旁路接触器或断路器KAPF、连接电抗器KAPF、功率阀组、控制系统、冷却及其他辅助系统等组成，根据公共连接点电压等级及谐振抑制装置容量等参数还可能需要补偿变压器。
图1是基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置电气连接图，交流电网通过供电开关S0与系统公共连接点相连，公共连接点通过开关S1为负载支路1供电，负载支路1为用电负荷或发电厂站，但其供电线路包括一段长距离高压电缆线路导致该支路等效模型存在容性并联支路。公共连接点通过开关S2为负载支路2供电，负载支路2为常规用电负荷，其中负载可能存在易受电网电压波形质量影响的敏感负荷。为抑制电网谐波谐振，可通过开关S3在公共连接点处增加谐振抑制装置。
二、谐波谐振抑制所需谐波等效阻抗值
未加入基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置时系统谐波等效电路如图2所示，其中
Figure BDA0003164952120000081
为电网背景谐波电压，Zs为电网系统谐波等效阻抗，CF为系统电容性支路的谐波等效电容值，ZLoad为系统中负载的谐波等效阻抗值。
对于公共电网，一般
Figure BDA0003164952120000087
值均较小，能够满足电力系统相关标准的要求，但当电容支路接入电网公共连接点后，由电路原理可知系统在公共连接点处的谐波电压值如式1所示,电网系统谐波等效阻抗和负载谐波等效阻抗一般都为电感性，而电容性支路谐波阻抗为容性，则系统各谐波等效阻抗可以用式2表示。将式2带入式1可得在没有基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置接入时，电网公共连接点处的谐波电压如式3所示，由于负载谐波等效阻抗值XLoad一般都很大，其数值远高于电网系统谐波等效阻抗值和电容支路谐波等效阻抗值，故由式3可知当电网系统谐波等效阻抗值Xs和电容支路谐波等效阻抗值XC相等或相近时，公共连接点处的谐波电压值
Figure BDA0003164952120000085
会远大于电网系统背景谐波电压值
Figure BDA0003164952120000086
系统出现了谐波谐振放大的情况，公共连接点处电网电压谐波很可能超过电网相关标准要求，危害了电网和周边用电设备的安全和稳定。而使电网系统谐波等效阻抗值Xs和电容支路谐波等效阻抗值XC相等或相近的谐波频率称为系统谐波谐振频率。
Figure BDA0003164952120000082
Figure BDA0003164952120000083
Figure BDA0003164952120000084
为抑制电容性支路接入引起的电网谐波谐振情况，可在电网公共连接点处加入基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置，加入后电网系统的谐波等效电路如图3所示，谐振抑制装置加入后，相当于在公共连接点处新增了一路并联补偿支路，而谐振抑制装置由于采用了谐波虚拟电阻控制技术，因此其谐波等效电阻为RV。CF并联容性支路与ZLoad负载支路、谐振抑制装置等效虚拟电阻RV三路并联构成了公共连接点后端的谐波等效电路。
如图3所示，其中RV为基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置的谐波等效电阻值。则加入基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置后电网公共连接点处的谐波电压值如式4所示，由之前分析可知负载支路谐波等效阻抗ZLoad数值非常大，因此在后续分析中可以忽略负载支路谐波等效阻抗的影响则式4可以简化为式5，考虑电网系统等效谐波阻抗为电感性，容性支路谐波等效阻抗为电容性，则式5可进一步展开得到式6所示表达式。
Figure BDA0003164952120000091
Figure BDA0003164952120000092
Figure BDA0003164952120000093
为实现对电网公共连接点处谐波谐振的有效抑制，基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置的谐波等效电阻值应满足式7所示的设计要求，为对式7所示表达式进行进一步分析做式8所示定义，将式8带入式7可得式9所示关系式。
由式9可知如果K值大于或等于2，则无论Q值设计为多少电网公共连接点处的谐波电压值都小于电网背景谐波电压值，即电网不存在谐波谐振放大的情况。而如果K值大于0且小于2，则电网在公共连接点处可能存在谐波谐振放大的情况。为保证基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置能够对电网谐波谐振进行有效抑制，则基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置的谐波等效电阻设计应满足式10所示要求。
Figure BDA0003164952120000094
Figure BDA0003164952120000095
Figure BDA0003164952120000101
Figure BDA0003164952120000102
三、谐波虚拟电阻控制技术
根据系统公共连接点处谐波谐振抑制要求选择合适的谐波等效电阻值后，通过如图4所示的谐波控制算法对基于电力电子功率器件的有源型电网谐波谐振抑制装置进行谐振频率处的谐波等效阻抗控制，保证基于电力电子功率器件的有源型电网谐波谐振抑制装置谐波等效阻抗始终为纯电阻且等效电阻值始终与谐振抑制设计的谐波等效电阻值相等，则基于电力电子功率器件的有源型电网谐波谐振抑制装置在外特性上就与等效电路中的RV完全相同，但由于是通过基于电力电子功率器件的有源装置实现，因此称为谐波虚拟电阻控制技术。在采用上述谐波等效电阻参数设计和谐波虚拟电阻控制技术后，所述基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置即可实现对电网公共连接点处谐波谐振的有效抑制，保证电网公共连接点处电网电压谐波满足电网相关标准要求，保证电力系统和周边用电设备的安全稳定运行。
具体控制方法包括如下：
1)电网电压采样值V_grid通过锁相环锁相得到电网电压相位值θ；三相功率阀组各单元直流电压值Vdc_A1至Vdc_CN(Vdc_A1至Vdc_AN、Vdc_B1至Vdc_BN、Vdc_C1至Vdc_CN)通过平均值运算得到单元直流电压平均值
Figure BDA0003164952120000103
与单元直流电压给定值Vdc *进行PI闭环控制得到基波有功电流指令值Id *；
2)电网电压V_grid与锁相环输出的电网电压相位值θ经Park变换后得到电网电压前馈分量Vd grid；
3)谐振抑制装置输出电流采样值I_APF根据电网电压相位值θ进行PARK变换得到谐振抑制装置在DQ同步旋转坐标下的D轴分量Id APF和Q轴分量Iq APF，与基波电流D轴给定值Id *和Iq *进行PI闭环控制运算，并结合电网电压前馈分量Vd grid得到谐振抑制装置输出控制信号Vd APF*和Vq APF*，其中基波电流D轴给定值Id *由阀组单元直流电压控制输出得到，而基波电流Q轴给定值Iq *则由系统顶层基波无功控制算法计算得到，对于纯谐振抑制装置Iq *为0；
4)谐振抑制装置输出控制信号Vd APF*和Vq APF*结合电网电压相位值θ经逆Park变换得到谐振抑制装置三相基波输出控制信号VAf APF*，VBf APF*和VCf APF*；
5)通过对电网电压信号V_grid和谐振抑制装置输出电流I_APF结合电网电压相位值进行θ进行谐波PARK变换可得谐波同步旋转坐标下的电网电压谐波分量Vhd grid和Vhq grid，谐振抑制装置输出电流谐波分量IhdAPF和Ihq APF，由Vhd grid和Vhq grid及谐振抑制装置谐波虚拟电阻值RV可得谐波电流指令值Ihd *和Ihd *，与谐振抑制装置输出电流谐波分量Ihd APF和Ihq APF进行闭环PI控制即可得到装置输出谐波控制信号Vhd APF*和Vhq APF*，经谐波逆PARK变换后得到装置三相谐波输出控制信号VAh APF*，VBh APF*和VCh APF*。
所述的基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置，在功率阀组GAPF的控制上采用了谐波虚拟电阻控制技术，在功率阀组GAPF的硬件实现上采用基于电力电子功率器件的有源型谐波治理装置，其中基于电力电子功率器件的有源型谐波治理装置包括但不限于：三相三线制星接H桥级联型有源谐波治理装置、三相三线制角接H桥级联型有源谐波治理装置、三相四线制星接H桥级联型有源谐波治理装置、三相三线制三电平型有源谐波治理装置、三相四线制三电平型有源谐波治理装置、三相三线制两电平型有源谐波治理装置、三相MMC型有源谐波治理装置、三相多重化型有源谐波治理装置等。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (7)

1.一种基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法，其特征在于，所述的方法包括如下：
步骤一、首先在电网公共连接点处加入基于电力电子功率器件的有源型电网谐波谐振抑制装置；
步骤二、再根据电力系统等效连接阻抗参数和并联电容支路的等效参数分析确定谐波谐振抑制所需谐波等效阻抗值；
步骤三、最后通过谐波虚拟电阻控制方法和电压源型电力电子变流器控制方法，实现对基于电力电子功率器件的有源型电网谐波谐振抑制装置谐波等效阻抗的有效控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法，其特征在于，所述的步骤一的有源型电网谐波谐振抑制装置包括由电网公共连接点处依次串联的供电断路器SAPF、软启动电阻RAPF、连接电抗器LAPF、功率阀组GAPF；还包括并联在软启动电阻RAPF两端的旁路接触器或断路器KAPF。
3.根据权利要求1所述的一种基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法，其特征在于：
在加入基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置的电网系统谐波等效电路中，
Figure FDA0003164952110000013
为电网背景谐波电压，Zs为电网系统谐波等效阻抗，CF为系统电容性支路的谐波等效电容值，ZLoad为系统中负载的谐波等效阻抗值，RV为基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置的谐波等效电阻值；
当电容支路接入电网公共连接点后，电网系统在公共连接点处的谐波电压值如式1所示，电网系统谐波等效阻抗和负载谐波等效阻抗一般都为电感性，而电容性支路谐波阻抗为容性，则电网系统各支路谐波等效阻抗可用式2表示；
Figure FDA0003164952110000011
Figure FDA0003164952110000012
由于负载谐波等效阻抗值XLoad的数值远高于电网系统谐波等效阻抗值和电容支路谐波等效阻抗值，可以忽略负载支路谐波等效阻抗对谐波谐振的影响，则加入基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置后电网公共连接点处的谐波电压值如式3所示，考虑电网系统等效谐波阻抗为电感性，容性支路谐波等效阻抗为电容性，则将式2代入式3可进一步展开得到式4所示表达式；
Figure FDA0003164952110000021
Figure FDA0003164952110000022
为实现对电网公共连接点处谐波谐振的有效抑制，基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置的谐波等效电阻值应满足式5所示的设计要求，为对式5所示表达式进行进一步分析做式6所示定义，将式6带入式5可得式7所示关系式；
Figure FDA0003164952110000023
Figure FDA0003164952110000024
Figure FDA0003164952110000025
由式7可知如果K值大于或等于2，则无论Q值设计为多少电网公共连接点处的谐波电压值都小于电网背景谐波电压值，即电网不存在谐波谐振放大的情况；而如果K值大于0且小于2，则电网在公共连接点处可能存在谐波谐振放大的情况；为保证基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置能够对电网谐波谐振进行有效抑制，则基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制装置的谐波等效电阻RV应满足式8所示要求；
Figure FDA0003164952110000026
4.根据权利要求1所述的一种基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法，其特征在于，所述的步骤三中，通过谐波控制算法对基于电力电子功率器件的有源型电网谐波谐振抑制装置进行谐振频率处的谐波等效阻抗控制，保证基于电力电子功率器件的有源型电网谐波谐振抑制装置谐波等效阻抗始终为纯电阻且等效电阻值始终与谐振抑制设计的谐波等效电阻值相等，则基于电力电子功率器件的有源型电网谐波谐振抑制装置在外特性上就与等效电路中的RV完全相同，由于是通过基于电力电子功率器件的有源装置实现，所述的谐波等效阻抗控制称为谐波虚拟电阻控制方法。
5.根据权利要求4所述的一种基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法，其特征在于，所述的步骤三中具体包括如下：
1)电网电压采样值V_grid通过锁相环锁相得到电网电压相位值θ；三相功率阀组各单元直流电压值Vdc_A1至Vdc_CN通过平均值运算得到单元直流电压平均值
Figure FDA0003164952110000031
与单元直流电压给定值Vdc *进行PI闭环控制得到基波有功电流指令值Id *；
2)电网电压V_grid与锁相环输出的电网电压相位值θ经Park变换后得到电网电压前馈分量Vd grid；
3)谐振抑制装置输出电流采样值I_APF根据电网电压相位值θ进行PARK变换得到谐振抑制装置在DQ同步旋转坐标下的D轴分量Id APF和Q轴分量Iq APF，与基波电流D轴给定值Id *和Iq *进行PI闭环控制运算，并结合电网电压前馈分量Vd grid得到谐振抑制装置输出控制信号Vd APF*和Vq APF*，其中基波电流D轴给定值Id *由阀组单元直流电压控制输出得到，而基波电流Q轴给定值Iq *则由系统顶层基波无功控制算法计算得到，对于纯谐振抑制装置Iq *为0；
4)谐振抑制装置输出控制信号Vd APF*和Vq APF*结合电网电压相位值θ经逆Park变换得到谐振抑制装置三相基波输出控制信号VAf APF*，VBf APF*和VCf APF*；
5)通过对电网电压信号V_grid和谐振抑制装置输出电流I_APF结合电网电压相位值进行θ进行谐波PARK变换可得谐波同步旋转坐标下的电网电压谐波分量Vhd grid和Vhq grid，谐振抑制装置输出电流谐波分量Ihd APF和Ihq APF，由Vhd grid和Vhq grid及谐振抑制装置谐波虚拟电阻值RV可得谐波电流指令值Ihd *和Ihd *，与谐振抑制装置输出电流谐波分量Ihd APF和Ihq APF进行闭环PI控制即可得到装置输出谐波控制信号Vhd APF*和Vhq APF*，经谐波逆PARK变换后得到装置三相谐波输出控制信号VAh APF*，VBh APF*和VCh APF*；
其中的第1)-4)条涉及电压源型电力电子变流器控制方法，第5)条涉及谐波虚拟电阻控制方法。
6.应用权利要求1所述的一种基于谐波虚拟电阻技术的有源型电网谐波谐振抑制方法的有源型电网谐波谐振抑制装置，其特征在于，包括由电网公共连接点处依次串联的供电断路器SAPF、软启动电阻RAPF、连接电抗器LAPF、功率阀组GAPF；还包括并联在软启动电阻RAPF两端的旁路接触器或断路器KAPF；通过谐波虚拟电阻控制方法和电压源型电力电子变流器控制方法对功率阀组GAPF进行控制，实现有源型电网谐波谐振抑制装置谐波等效阻抗的有效控制。
7.根据权利要求6所述的有源型电网谐波谐振抑制装置，其特征在于，还包括补偿变压器，补偿变压器连接在供电断路器SAPF与电网公共连接点之间。
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