CN114156891B - 一种超高次谐波补偿控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超高次谐波补偿控制方法，应用于超高次谐波补偿装置，该装置包括接入电网的超高次谐波源，包括步骤：S101、检测电网公共连接点处的超高次谐波，基于检测结果判断是否需要补偿，若不需补偿则闭锁超高次谐波源，若需补偿则执行下一步骤；S102、根据检测到的超高次谐波确定载波角频率，对载波相位、直流侧电压幅值和调制比赋初始值；S103、对载波相位、调制比和直流侧电压幅值进行整定，直至找到最大程度抑制系统侧公共连接点处超高次谐波幅值的载波相位、调制比和电流侧电压幅值；S104、判断公共连接点处超高次谐波指标是否满足要求，若满足则令超高次谐波源保持运行参数继续运行，否则返回步骤S103。本发明能够实现特定次超高次谐波的补偿。

Description

一种超高次谐波补偿控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种超高次谐波补偿控制方法。
背景技术
配电网中接入有大量的电力电子设备，向电网注入超高次谐波，进而引发了一系列电能质量新问题。超高次谐波会导致部分设备工作异常，会加速变流器等装置发热，加速元器件的损耗与老化，此外，超高次谐波会影响通讯设备，导致通讯设备工作异常。有源滤波是消除谐波的有效手段，其控制方法是通过检测补偿对象的电压和电流，经过指令电流运算计算得到的补偿谐波电流与负载电流中存在的谐波电流相互抵消，从而达到消除谐波的目的。但是对于电网中存在的超高次谐波，其次数和IGBT开关频率在一个数量级，甚至高于IGBT开关频率，而且难以准确实时测量特定超高次谐波的相位，所以难以通过传统有源滤波的控制算法滤除超高次谐波。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种超高次谐波补偿控制方法，以克服或至少部分解决现有技术所存在的上述问题。
一种超高次谐波补偿控制方法，应用于超高次谐波补偿装置，所述装置包括超高次谐波源，所述超高次谐波源接入电网，所述方法包括以下步骤：
S101、检测电网公共连接点处的超高次谐波，基于检测结果判断是否需要补偿，若不需要补偿，则闭锁超高次谐波源，若需要补偿，则执行下一步骤；
S102、根据检测到的超高次谐波确定载波角频率，对载波相位、直流侧电压幅值和调制比赋初始值；
S103、对载波相位、调制比和直流侧电压幅值进行整定，直至找到最大程度抑制系统侧公共连接点处超高次谐波幅值的载波相位、调制比和电流侧电压幅值；
S104、判断此时公共连接点处的超高次谐波指标是否满足要求，若满足则令超高次谐波源保持运行参数继续运行，否则返回执行步骤S103。
进一步的，在对三相交流系统进行补偿时，超高次谐波源采用三相桥式变换器；在对单相交流系统进行补偿时，超高次谐波源采用全桥变换器。
进一步的，步骤S102中，根据调制方式的不同，为输出电压u0建立不同的调制模型，基于调制模型确定载波角频率。
进一步的，当采用双极性SPWM调制时，通过双重傅里叶变换得到输出电压u0关于时间t的调制模型如式(1)所示：
其中，M为调制比，ω0为调制波角频率，ωc为载波角频率，并有ωc>>ω0,为调制波初始相位，/>为载波初始相位，Udc为直流侧电压幅值，m为相对于载波的谐波次数，n为相对于调制波的谐波次数，其中Jn为n阶贝塞尔函数，Jn的表达式如式(2)所示：
进一步的，当采用单极性SPWM调制时，通过双重傅里叶变换得到输出电压u0关于时间t的调制模型如式(3)所示：
进一步的，所述对载波相位进行整定，具体为：对当前载波相位增加或减少以载波相位/>为运行参数控制超高次谐波源，若检测到的公共连接点处超高次谐波幅值增高，则将载波相位恢复原值/>若检测到的超高次谐波幅值得到抑制，则将载波相位/>设定为当前载波相位并以此为运行参数控制超高次谐波源，循环执行本步骤，直到找到最大程度抑制系统侧公共连接点处超高次谐波幅值的载波相位。其中/>表示当前载波相位，/>表示增加或减少/>后载波相位。
进一步的，所述对调制比和直流侧电压幅值进行整定，具体为:对调制比M(k)增加或减少△M得到M(k+1)，同时对应调节直流侧电压幅值Udc(k+1)＝(M(k)×Udc(k)/M(k+1))，并以此M(k+1)和Udc(k+1)为运行参数控制超高次谐波源，若检测到的超高次谐波幅值增高，则调制比和直流侧电压幅值恢复原值，即M(k)和Udc(k)，若检测到的超高次谐波幅值得到抑制，则将调制比M(k+1)和直流侧电压幅值Udc(k+1)设定为当前运行参数控制超高次谐波源，循环执行本步骤，直到找到最大程度抑制系统侧公共连接点处超高次谐波幅值的一组调制比和直流侧电压幅值。其中M(k)和Udc(k)分别表示当前调制比和直流侧电压幅值，M(k+1)和Udc(k+1)表示增加或减少△M后的一组调制比和直流侧电压幅值关系。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所提供的一种超高次谐波补偿控制方法，在需要进行补偿时，根据检测到的超高次谐波确定载波角频率，对载波相位、直流侧电压幅值和调制比赋初始值，并对其进行整定，通过调节超高次谐波源的载波频率、载波相位、直流侧电压幅值和调制比，可以实现其发射的超高次谐波的频率、相位和幅值灵活可调，当超高次谐波源发出的超高次谐波与电网中特定次超高次谐波的频率和幅值相等，相位相反，即可实现特定次超高次谐波的补偿，从而保障电力设备的平稳运行，延缓元器件损耗与老化速度，保障通讯设备正常工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，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的附图。
图1是本发明实施例提供的一种超高次谐波补偿控制方法整体流程示意图。
图2是本发明实施例提供的三相桥式变换器电路原理示意图。
图3是本发明实施例提供的单相全桥变换器电路原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所列举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
参照图1，本实施例提供一种超高次谐波补偿控制方法，所述方法应用于超高次谐波补偿装置，所述装置包括超高次谐波源，所述超高次谐波源接入电网。所述方法包括以下步骤：
S101、检测电网公共连接点处的超高次谐波，基于检测结果判断是否需要补偿，若不需要补偿，则闭锁超高次谐波源，若需要补偿，则执行下一步骤。
示例性地，当对三相交流系统进行补偿时，超高次谐波源采用三相桥式变换器；在对单相交流系统进行补偿时，超高次谐波源采用全桥变换器。
S102、根据检测到的超高次谐波确定载波角频率，对载波相位、直流侧电压幅值和调制比赋初始值。
步骤S102中确定载波角频率时，根据调制方式的不同，为输出电压u0建立不同的调制模型，基于调制模型确定载波角频率。具体的，所述调制方式包括双极性SPWM调制和单极性SPWM调制。
当采用双极性SPWM调制时，通过双重傅里叶变换得到输出电压u0关于时间t的调制模型如式(1)所示：
其中，M为调制比，ω0为调制波角频率，ωc为载波角频率，并有ωc>>ω0,为调制波初始相位，/>为载波初始相位，Udc为直流侧电压幅值，m为相对于载波的谐波次数，n为相对于调制波的谐波次数，其中Jn为n阶贝塞尔函数，Jn的表达式如式(2)所示：
当采用单极性SPWM调制时，通过双重傅里叶变换得到输出电压u0关于时间t的调制模型如式(3)所示：
根据式(1)和式(3)可知，输出电压u0包括基波分量和谐波分量两部分，为了简化表达，由超高次谐波源产生的第i次超高次谐波电流由下式(4)表示：
式中Ahi为第i次超高次谐波分量的幅值，ωhi为第i次超高次谐波分量的角频率，为第i次超高次谐波分量的相位。
由式(1)或式(3)可知，第i次超高次谐波分量的幅值Ahi主要与超高次谐波源的直流侧电压幅值Udc、调制比M有关，即通过控制直流侧电压幅值Udc、调制比M，就可以控制超高次谐波源发出的第i次超高次谐波分量的幅值。第i次超高次谐波分量的角频率ωhi为：ωhi＝mωc±nω0，主要与超高次谐波源的载波角频率ωc与调制波角频率ω0有关，即通过控制载波角频率ωc与调制波角频率ω0就可以控制超高次谐波源发出的第i次超高次谐波分量的角频率。第i次超高次谐波分量的相位为：/>主要与超高次谐波源的载波相位/>与调制波相位/>有关，即通过控制载波相位/>与调制波相位/>就可以控制超高次谐波源发出的第i次超高次谐波分量的相位。
从电网看，设电网中含有的第i次超高次谐波电流可表示为：
其中，Asi为电网中第i次超高次谐波电流幅值；ωsi为电网中第i次超高次谐波角频率；为电网中第i次超高次谐波的相角。当电网中的特定次超高次谐波与超高次谐波源超声的特定次超高次谐波的频率和幅值相同、相位相反，即可实现特定次超高次谐波的补偿，即：
S103、对载波相位、调制比和直流侧电压幅值进行整定，直至找到最大程度抑制系统侧公共连接点处超高次谐波幅值的载波相位、调制比和电流侧电压幅值。
S104、判断此时公共连接点处的超高次谐波指标是否满足要求，若满足则令超高次谐波源保持运行参数继续运行，否则返回执行步骤S103。
作为一种优选的示例，步骤S103中对载波相位进行整定，具体为：对当前载波相位增加或减少/>以载波相位/>为运行参数控制超高次谐波源，若检测到的公共连接点处超高次谐波幅值增高，则将载波相位恢复原值/>若检测到的超高次谐波幅值得到抑制，则将载波相位/>设定为当前载波相位并以此为运行参数控制超高次谐波源，循环执行本步骤，直到找到最大程度抑制系统侧公共连接点处超高次谐波幅值的载波相位。其中/>表示当前载波相位，/>表示增加或减少/>后载波相位。
对调制比和直流侧电压幅值进行整定，具体为:对调制比M(k)增加或减少△M得到M(k+1)，同时对应调节直流侧电压幅值Udc(k+1)＝(M(k)×Udc(k)/M(k+1))，并以此M(k+1)和Udc(k+1)为运行参数控制超高次谐波源，若检测到的超高次谐波幅值增高，则调制比和直流侧电压幅值恢复原值，即M(k)和Udc(k)，若检测到的超高次谐波幅值得到抑制，则将调制比M(k+1)和直流侧电压幅值Udc(k+1)设定为当前运行参数控制超高次谐波源，循环执行本步骤，直到找到最大程度抑制系统侧公共连接点处超高次谐波幅值的一组调制比和直流侧电压幅值。其中M(k)和Udc(k)分别表示当前调制比和直流侧电压幅值，M(k+1)和Udc(k+1)表示增加或减少△M后的一组调制比和直流侧电压幅值关系，k＝1,2,3，...。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种超高次谐波补偿控制方法，其特征在于，所述方法应用于超高次谐波补偿装置，所述装置包括超高次谐波源，所述超高次谐波源接入电网，所述方法包括以下步骤：
S101、检测电网公共连接点处的超高次谐波，基于检测结果判断是否需要补偿，若不需要补偿，则闭锁超高次谐波源，若需要补偿，则执行下一步骤；
S102、根据检测到的超高次谐波确定载波角频率，对载波相位、直流侧电压幅值和调制比赋初始值；
S103、对载波相位、调制比和直流侧电压幅值进行整定，直至找到最大程度抑制系统侧公共连接点处超高次谐波幅值的载波相位、调制比和电流侧电压幅值；
S104、判断此时公共连接点处的超高次谐波指标是否满足要求，若满足则令超高次谐波源保持运行参数继续运行，否则返回执行步骤S103；
所述对载波相位进行整定，具体为：对当前载波相位增加或减少/> 以载波相位/>为运行参数控制超高次谐波源，若检测到的公共连接点处超高次谐波幅值增高，则将载波相位恢复原值/>若检测到的超高次谐波幅值得到抑制，则将载波相位/>设定为当前载波相位并以此为运行参数控制超高次谐波源，循环执行本步骤，直到找到最大程度抑制系统侧公共连接点处超高次谐波幅值的载波相位,其中/>表示当前载波相位，/>表示增加或减少/>后载波相位；
所述对调制比和直流侧电压幅值进行整定，具体为:对调制比M(k)增加或减少△M得到M(k+1)，同时对应调节直流侧电压幅值Udc(k+1)＝(M(k)×Udc(k)/M(k+1))，并以此M(k+1)和Udc(k+1)为运行参数控制超高次谐波源，若检测到的超高次谐波幅值增高，则调制比和直流侧电压幅值恢复原值，即M(k)和Udc(k)，若检测到的超高次谐波幅值得到抑制，则将调制比M(k+1)和直流侧电压幅值Udc(k+1)设定为当前运行参数控制超高次谐波源，循环执行本步骤，直到找到最大程度抑制系统侧公共连接点处超高次谐波幅值的一组调制比和直流侧电压幅值,其中M(k)和Udc(k)分别表示当前调制比和直流侧电压幅值，M(k+1)和Udc(k+1)表示增加或减少△M后的一组调制比和直流侧电压幅值关系。
2.根据权利要求1所述的一种超高次谐波补偿控制方法，其特征在于，在对三相交流系统进行补偿时，超高次谐波源采用三相桥式变换器；在对单相交流系统进行补偿时，超高次谐波源采用全桥变换器。
3.根据权利要求1所述的一种超高次谐波补偿控制方法，其特征在于，步骤S102中，根据调制方式的不同，为输出电压u0建立不同的调制模型，基于调制模型确定载波角频率。
4.根据权利要求3所述的一种超高次谐波补偿控制方法，其特征在于，当采用双极性SPWM调制时，通过双重傅里叶变换得到输出电压u0关于时间t的调制模型如式(1)所示：
其中，M为调制比，ω0为调制波角频率，ωc为载波角频率，并有ωc>>ω0,为调制波初始相位，/>为载波初始相位，Udc为直流侧电压幅值，m为相对于载波的谐波次数，n为相对于调制波的谐波次数，其中Jn为n阶贝塞尔函数，Jn的表达式如式(2)所示：
5.根据权利要求4所述的一种超高次谐波补偿控制方法，其特征在于，当采用单极性SPWM调制时，通过双重傅里叶变换得到输出电压u0关于时间t的调制模型如式(3)所示：
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