CN114814335B - 三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估方法 - Google Patents
三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估,对6脉波整流器供电侧实测电压数据进行傅里叶分析,得到供电侧基波电压及各次谐波电压向量值并划分不同运行情况时间段;考虑实际运行过程中晶闸管触发角、换相重叠角及导通角的变化,确定6脉波整流器交直流两侧电压及电流调制关系;通过确定6脉波整流器直流侧负荷参数,计算直流侧各频次电流,进而建立谐波耦合模型;根据6脉波整流器实际运行电压的变化,计算出6脉波整流器运行过程中时变的各次电流评估值;本发解决了三相不平衡供电电压导致的控制参数改变及时变谐波电流难以求解的问题,提高了6脉波整流器谐波电流评估的计算效率。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域,特别涉及一种三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术,并不必然构成现有技术。
目前,以三相6脉波整流电路为基础的整流器已经广泛应用于高压直流输电、飞机电源、储能系统等场合。
在6脉波整流器实际运行过程中,由于线路、负荷不平衡等原因,极易导致交流侧供电电压的三相不平衡现象,同时也会对控制参数造成影响,从而导致整流器状态发生改变,引起谐波电流的变化;与此同时,由于实际供电电压具有时变特征,也将导致整流器谐波电流呈现时变特征。
但是,发明人发现,针对三相不平衡运行条件下的6脉波整流器谐波电流评估,现有方法大多针对理想运行工况,面向三相不平衡工况及运行状态的改变,现有方法尚不适用;此外,现有谐波评估方法主要单一状态进行评估,针对具有时变特性的供电电压,谐波评估方法不具备通用性,较难对6脉波整流器的时变谐波电流进行评估。
发明内容
为了解决现有技术的不足,本发明提供了一种三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估方法,建立了三相不平衡条件下考虑控制参数变化及供电电压时变特征的谐波耦合模型,解决了三相不平衡供电电压导致的控制参数改变及时变谐波电流难以求解的问题,提高了6脉波整流器谐波电流评估的计算效率。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明第一方面提供了一种三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估方法。
一种三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估方法,包括以下过程:
获取6脉波整流器三相不平衡运行时的实测供电电压数据;
对获取的实测供电电压数据进行傅里叶分析,得到各时段交流侧各相基波电压及各次谐波电压向量值;
根据得到的各时段交流侧各相基波电压及各次谐波电压向量值,结合预设耦合模型,得到三相不平衡工况下不同时间段的6脉波整流器时变谐波电流评估值;
其中,
利用交流侧基波电压/各次谐波电压及修正后的电压调制关系,得到直流侧各频次电压,根据6脉波整流器直流侧负荷参数,得到直流侧各频次电流,利用修正后的电流调制关系,得到每个时间段6脉波整流器交流侧各相基波电流/各次谐波电流,通过交流侧基波电压/各次谐波电压与基波电流/各次谐波电流之间的相互作用关系,构建耦合模型;
根据晶闸管触发角、换相重叠角和导通角的变化进行电压调制关系的修正和电流调制关系的修正。
本发明第二方面提供了一种三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估系统。
一种三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估系统,包括:
数据获取模块,被配置为:获取6脉波整流器三相不平衡运行时的实测供电电压数据;
傅里叶分析模块,被配置为:对获取的实测供电电压数据进行傅里叶分析,得到各时段交流侧各相基波电压及各次谐波电压向量值;
谐波电流评估模块,被配置为:根据得到的各时段交流侧各相基波电压及各次谐波电压向量值,结合预设耦合模型,得到三相不平衡工况下不同时间段的6脉波整流器时变谐波电流评估值;
其中,
利用交流侧基波电压/各次谐波电压及修正后的电压调制关系,得到直流侧各频次电压,根据6脉波整流器直流侧负荷参数,得到直流侧各频次电流,利用修正后的电流调制关系,得到每个时间段6脉波整流器交流侧各相基波电流/各次谐波电流,通过交流侧基波电压/各次谐波电压与基波电流/各次谐波电流之间的相互作用关系,构建耦合模型;
根据晶闸管触发角、换相重叠角和导通角的变化进行电压调制关系的修正和电流调制关系的修正。
本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有程序,该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估方法中的步骤。
本发明第四方面提供了一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序,所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面所述的三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估方法中的步骤。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明提供的三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估方法,建立了三相不平衡条件下考虑控制参数变化及供电电压时变特征的谐波耦合模型,解决了三相不平衡供电电压导致的控制参数改变及时变谐波电流难以求解的问题,提高了6脉波整流器谐波电流评估的计算效率。
2、本发明提供的三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估方法,通过对三相不平衡供电电压进行分析,能够分析其对控制参数的影响,从而对时变谐波电流进行准确评估,并以此为依据提出相应治理措施,能够有效提升电网稳定性和改善系统电能质量。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1提供的三相不平衡运行下6脉波整流器谐波电流评估方法的流程示意图。
图2为本发明实施例1提供的6脉波整流器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1:
如图1所示,本发明实施例1提供了一种三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估方法,包括以下过程:
S1:对6脉波整流器三相不平衡运行下实测供电电压数据进行傅里叶分析,6脉波整流器结构示意图如图2所示,得到供电侧各相基波电压及各次谐波电压向量值;
测量6脉波整流器供电侧运行电压,并对电压数据进行傅里叶分析,6脉波整流器三相不平衡运行过程中的供电侧电压可表示为:
式中,uA(t),uB(t),uC(t)分别表示A、B、C三相时变电压,k=1时表示基波,k为大于1的整数时表示谐波次数,K为整数且表示考虑的最大谐波次数,UAk,UBk,UCk分别表示A、B、C三相基波/k次谐波电压幅值,分别表示A、B、C三相基波/k次谐波电压相角;供电侧运行电压的基波/k次谐波电压向量值为三相不平衡运行下,6脉波整流器各相电压向量值存在差异;
其中,在6脉波整流器三相不平衡运行工况下,需要依据时变特性对三相不平衡工况进行分段处理,然后通过傅里叶分析对每个时间段内的各相电压向量值进行求解,并确定每种运行工况的持续时间;
其中,三相不平衡工况的分段依据为三相不平衡度的变化,三相不平衡度为电压负序分量与正序分量的比值,当三相不平衡度发生改变时,则将三相不平衡工况划分至新的时间段。
S2:根据6脉波整流器运行时的三相不平衡电压,考虑6脉波整流器的控制参数,包括晶闸管触发角、换相重叠角和导通角的变化,对交直流两侧电压及电流调制关系进行修正,修正后的表达式可表示为:
式中,p和q分别为调制关系的谐波次数,mod为取余数运算,SAU,SBU,SCU分别是修正的电压调制关系,SAI,SBI,SCI分别是修正的电流调制关系,α'和μ'分别是修正的晶闸管触发角和换相重叠角,ρ'是修正的晶闸管导通角的系数,其值为三相不平衡工况与理想工况下开通时间的比值。
其中,三相不平衡运行下,6脉波整流器交直流两侧电压及电流调制关系通过修正晶闸管的控制参数获得,调制关系与晶闸管控制参数的触发角、换相重叠角和导通角相关。
S3:利用整流器侧电压及电压调制关系,计算直流侧各频次电压,进而通过确定6脉波整流器直流侧负荷参数,计算直流侧各频次电流。然后利用电流调制关系,计算每个时间段内6脉波整流器交流侧各相基波/各次谐波电流;
通过确定交流侧基波/各次谐波电压与基波/各次谐波电流之间的相互作用关系,提取交流侧基波/各次谐波电压与基波/各次谐波电流成分,建立与交流侧A、B、C三相基波/各次谐波电压与基波/各次谐波电流解耦的谐波耦合模型,该模型可表示为:
式中,模型参数表征电网侧h次电流,h=1时表示基波,h为大于1的整数时表示谐波次数;H为整数且表示考虑的最大谐波电流次数;YAkh、YBkh、YCkh分别表征A、B、C三相基波/k次谐波电压与基波/h次谐波电流之间的耦合关系。
S4:根据6脉波整流器三相不平衡运行电压情况,并依据谐波耦合模型中三相电压向量值时变情况,计算出三相不平衡工况下不同时间段内的6脉波整流器各次时变电流评估值;
其中,对于三相不平衡运行下的6脉波整流器,由于运行电压不断变化,需要确定三相不平衡运行条件和持续时间,对模型的输入电压向量值进行调整;同时,结合三相不平衡不同运行条件下晶闸管控制参数的触发角、换相重叠角和导通角的改变,对谐波耦合矩阵进行调整,由此得到三相不平衡运行下6脉波整流器的时变谐波电流评估值。
利用本实施例所提的三相不平衡运行下6脉波整流器谐波电流评估方法,设置三相基波电压有效值为220V,直流侧为阻感负载,电阻为304.5Ω,电感为6.3mH,运行工况一情况下三相电压谐波畸变率为5.09%,6.98%,4.60%,运行工况二情况下三相电压谐波畸变率为5.09%,6.80%,4.58%,分别改变不同工况下触发角的大小,并计算两种不同运行条件下6脉波整流器实测电流与模型计算电流的相对误差,如表1所示。由表可知,所提模型与实测数据吻合程度较高,验证了所提模型的准确性,及其在三相不平衡运行工况下的适用性。
表1:计算及实验结果相对误差。
实施例2:
本发明实施例2提供了一种三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估系统,包括:
数据获取模块,被配置为:获取6脉波整流器三相不平衡运行时的实测供电电压数据;
傅里叶分析模块,被配置为:对获取的实测供电电压数据进行傅里叶分析,得到各时段交流侧各相基波电压及各次谐波电压向量值;
谐波电流评估模块,被配置为:根据得到的各时段交流侧各相基波电压及各次谐波电压向量值,结合预设耦合模型,得到三相不平衡工况下不同时间段的6脉波整流器时变谐波电流评估值;
其中,
利用交流侧基波电压/各次谐波电压及修正后的电压调制关系,得到直流侧各频次电压,根据6脉波整流器直流侧负荷参数,得到直流侧各频次电流,利用修正后的电流调制关系,得到每个时间段6脉波整流器交流侧各相基波电流/各次谐波电流,通过交流侧基波电压/各次谐波电压与基波电流/各次谐波电流之间的相互作用关系,构建耦合模型;
根据晶闸管触发角、换相重叠角和导通角的变化进行电压调制关系的修正和电流调制关系的修正。
其中,傅里叶分析模块,具体工作过程如下:
对6脉波整流器三相不平衡运行下实测供电电压数据进行傅里叶分析,6脉波整流器结构示意图如图2所示,得到供电侧各相基波电压及各次谐波电压向量值;
测量6脉波整流器供电侧运行电压,并对电压数据进行傅里叶分析,6脉波整流器三相不平衡运行过程中的供电侧电压可表示为:
式中,uA(t),uB(t),uC(t)分别表示A、B、C三相时变电压,k=1时表示基波,k为大于1的整数时表示谐波次数,K为整数且表示考虑的最大谐波次数,UAk,UBk,UCk分别表示A、B、C三相基波/k次谐波电压幅值,分别表示A、B、C三相基波/k次谐波电压相角;供电侧运行电压的基波/k次谐波电压向量值为三相不平衡运行下,6脉波整流器各相电压向量值存在差异;
其中,在6脉波整流器三相不平衡运行工况下,需要依据时变特性对三相不平衡工况进行分段处理,然后通过傅里叶分析对每个时间段内的各相电压向量值进行求解,并确定每种运行工况的持续时间;
其中,三相不平衡工况的分段依据为三相不平衡度的变化,三相不平衡度为电压负序分量与正序分量的比值,当三相不平衡度发生改变时,则将三相不平衡工况划分至新的时间段。
谐波电流评估模块,具体工作过程如下:
(1)根据6脉波整流器运行时的三相不平衡电压,考虑6脉波整流器的控制参数,包括晶闸管触发角、换相重叠角和导通角的变化,对交直流两侧电压及电流调制关系进行修正,修正后的表达式可表示为:
式中,p和q分别为调制关系的谐波次数,mod为取余数运算,SAU,SBU,SCU分别是修正的电压调制关系,SAI,SBI,SCI分别是修正的电流调制关系,α'和μ'分别是修正的晶闸管触发角和换相重叠角,ρ'是修正的晶闸管导通角的系数,其值为三相不平衡工况与理想工况下开通时间的比值。
其中,三相不平衡运行下,6脉波整流器交直流两侧电压及电流调制关系通过修正晶闸管的控制参数获得,调制关系与晶闸管控制参数的触发角、换相重叠角和导通角相关。
(2)利用整流器侧电压及电压调制关系,计算直流侧各频次电压,进而通过确定6脉波整流器直流侧负荷参数,计算直流侧各频次电流。然后利用电流调制关系,计算每个时间段内6脉波整流器交流侧各相基波/各次谐波电流;
通过确定交流侧基波/各次谐波电压与基波/各次谐波电流之间的相互作用关系,提取交流侧基波/各次谐波电压与基波/各次谐波电流成分,建立与交流侧A、B、C三相基波/各次谐波电压与基波/各次谐波电流解耦的谐波耦合模型,该模型可表示为:
式中,模型参数表征电网侧h次电流,h=1时表示基波,h为大于1的整数时表示谐波次数;H为整数且表示考虑的最大谐波电流次数;YAkh、YBkh、YCkh分别表征A、B、C三相基波/k次谐波电压与基波/h次谐波电流之间的耦合关系。
(3)根据6脉波整流器三相不平衡运行电压情况,并依据谐波耦合模型中三相电压向量值时变情况,计算出三相不平衡工况下不同时间段内的6脉波整流器各次时变电流评估值;
其中,对于三相不平衡运行下的6脉波整流器,由于运行电压不断变化,需要确定三相不平衡运行条件和持续时间,对模型的输入电压向量值进行调整;同时,结合三相不平衡不同运行条件下晶闸管控制参数的触发角、换相重叠角和导通角的改变,对谐波耦合矩阵进行调整,由此得到三相不平衡运行下6脉波整流器的时变谐波电流评估值。
实施例3:
本发明实施例3提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有程序,该程序被处理器执行时实现如本发明实施例1所述的三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估方法中的步骤。
实施例4:
本发明实施例4提供了一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序,所述处理器执行所述程序时实现如本发明实施例1所述的三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估方法中的步骤。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory,RAM)等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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)
1.一种三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估方法,其特征在于:
包括以下过程:
获取6脉波整流器三相不平衡运行时的实测供电电压数据;
对获取的实测供电电压数据进行傅里叶分析,得到各时段交流侧各相基波电压及各次谐波电压向量值;其中,在6脉波整流器三相不平衡运行工况下,需要依据时变特性对三相不平衡工况进行分段处理,然后通过傅里叶分析对每个时间段内的各相电压向量值进行求解,并确定每种运行工况的持续时间;三相不平衡工况的分段依据为三相不平衡度的变化,三相不平衡度为电压负序分量与正序分量的比值,当三相不平衡度发生改变时,则将三相不平衡工况划分至新的时间段;
根据得到的各时段交流侧各相基波电压及各次谐波电压向量值,结合预设耦合模型,得到三相不平衡工况下不同时间段的6脉波整流器时变谐波电流评估值;
其中,利用交流侧基波电压/各次谐波电压及修正后的电压调制关系,得到直流侧各频次电压,根据6脉波整流器直流侧负荷参数,得到直流侧各频次电流,利用修正后的电流调制关系,得到每个时间段6脉波整流器交流侧各相基波电流/各次谐波电流,通过交流侧基波电压/各次谐波电压与基波电流/各次谐波电流之间的相互作用关系,构建耦合模型,该模型可表示为:
上式中,模型参数表征电网侧h次电流,h=1时表示基波,h为大于1的整数时表示谐波次数,H为整数且表示考虑的最大谐波电流次数,K为整数且表示考虑的最大谐波次数,YAkh、YBkh、YCkh分别表征A、B、C三相基波/k次谐波电压与基波/h次谐波电流之间的耦合关系;
根据晶闸管触发角、换相重叠角和导通角的变化进行电压调制关系的修正和电流调制关系的修正;根据三相不平衡运行条件和持续时间,对模型的输入电压向量值进行调整,结合三相不平衡不同运行条件下的晶闸管控制参数的触发角、换相重叠角和导通角的改变,对耦合模型的谐波耦合矩阵进行调整;
其中,修正后的电压调制关系为:
上式中,k为大于1的整数时表示谐波次数,p分别为调制关系的谐波次数,mod为取余数运算,SAU,SBU,SCU分别是修正的A相、B相和C相电压调制关系,α'和μ'分别是修正的晶闸管触发角和换相重叠角,ρ是修正的晶闸管导通角的系数,表示A三相基波/1次谐波电压相角;
其中,修正后的电流调制关系为:
2.一种三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估系统,用于实现权利要求1所述的三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估方法,其特征在于:
包括:
数据获取模块,被配置为:获取6脉波整流器三相不平衡运行时的实测供电电压数据;
傅里叶分析模块,被配置为:对获取的实测供电电压数据进行傅里叶分析,得到各时段交流侧各相基波电压及各次谐波电压向量值;其中,在6脉波整流器三相不平衡运行工况下,需要依据时变特性对三相不平衡工况进行分段处理,然后通过傅里叶分析对每个时间段内的各相电压向量值进行求解,并确定每种运行工况的持续时间;三相不平衡工况的分段依据为三相不平衡度的变化,三相不平衡度为电压负序分量与正序分量的比值,当三相不平衡度发生改变时,则将三相不平衡工况划分至新的时间段;
谐波电流评估模块,被配置为:根据得到的各时段交流侧各相基波电压及各次谐波电压向量值,结合预设耦合模型,得到三相不平衡工况下不同时间段的6脉波整流器时变谐波电流评估值;
其中,利用交流侧基波电压/各次谐波电压及修正后的电压调制关系,得到直流侧各频次电压,根据6脉波整流器直流侧负荷参数,得到直流侧各频次电流,利用修正后的电流调制关系,得到每个时间段6脉波整流器交流侧各相基波电流/各次谐波电流,通过交流侧基波电压/各次谐波电压与基波电流/各次谐波电流之间的相互作用关系,构建耦合模型;
根据晶闸管触发角、换相重叠角和导通角的变化进行电压调制关系的修正和电流调制关系的修正;根据三相不平衡运行条件和持续时间,对模型的输入电压向量值进行调整,结合三相不平衡不同运行条件下的晶闸管控制参数的触发角、换相重叠角和导通角的改变,对耦合模型的谐波耦合矩阵进行调整。
3.如权利要求2所述的三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估系统,其特征在于:
修正后的电压调制关系为:
上式中,k为大于1的整数时表示谐波次数,p分别为调制关系的谐波次数,mod为取余数运算,SAU,SBU,SCU分别是修正的A相、B相和C相电压调制关系,α'和μ'分别是修正的晶闸管触发角和换相重叠角,ρ是修正的晶闸管导通角的系数,表示A三相基波/1次谐波电压相角;
修正后的电流调制关系为:
4.一种计算机可读存储介质,其上存储有程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现如权利要求1所述的三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估方法中的步骤。
5.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1所述的三相不平衡运行工况下6脉波整流器谐波电流评估方法中的步骤。
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