CN115579931A - 混合直流送出系统谐波电压抑制方法、系统、设备和介质 - Google Patents

混合直流送出系统谐波电压抑制方法、系统、设备和介质 Download PDF

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李宽宏
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Abstract

本发明提供了一种混合直流送出系统谐波电压抑制方法、系统、设备和介质，包括：当混合直流送出系统处于稳态运行时，采集混合直流换流器中的二极管整流器和辅助换流器的公共耦合点上的三相交流电压；基于所述二极管整流器的脉波个数，对所述三相交流电压进行提取与抑制，生成指定次谐波抑制电压；基于所述指定次谐波抑制电压，生成总谐波抑制电压，并将所述总谐波抑制电压与基频控制电压进行叠加，生成调制电压；本发明针对混合直流送出系统提出了谐波电压抑制方法，对公共耦合点上产生谐波电压进行抑制与提取，使总谐波失真显著降低，满足风电机组并网的电能质量要求。

Description

混合直流送出系统谐波电压抑制方法、系统、设备和介质
技术领域
本发明属于电力电子领域，具体涉及一种混合直流送出系统谐波电压抑制方法、系统、设备和介质。
背景技术
风电场经混合直流送出系统传输电能，相比传统的基于模块化多电平换流器的高压直流输电系统，体积与成本大幅度降低，经济性显著提升。但由于二极管整流器的固有特性，混合直流输电系统在传输电能时除了会产生谐波电流外，还会产生明显的谐波电压，影响海上风电并网点电压的电能质量。因此必须利用全控辅助换流器采取相应的措施，将并网点电压谐波总谐波失真抑制到5％以内，满足风电机组并网对电压的电能质量要求。
专利号为201711288924.6中提出了一种混合型直流换流器，由二极管整流器与辅助换流器组成，基于此构建的混合直流送出系统经济性显著提升，但是没有对并网点的谐波电压进行抑制，导致并网点电压的电能质量无法满足常规风电机组的并网要求。
专利号为201711080781.X提出了辅助换流器的拓扑结构与控制方法，能够实现功率的双向传输，同时保证换流器稳定运行。但是没有提及该辅助换流器如何补偿并网点谐波电压，使得混合直流换流器交流侧电压满足电能质量要求。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种混合直流送出系统谐波电压抑制方法，包括：
当混合直流送出系统处于稳态运行时，采集混合直流换流器中的二极管整流器和辅助换流器的公共耦合点上的三相交流电压；
基于所述二极管整流器的脉波个数，对所述三相交流电压进行提取与抑制，生成指定次谐波抑制电压；
基于所述指定次谐波抑制电压，生成总谐波抑制电压，并将所述总谐波抑制电压与基频控制电压进行叠加，生成调制电压。
优选地，所述基于所述二极管整流器的脉波个数，对所述三相交流电压进行提取与抑制，生成指定次谐波抑制电压，包括：
根据所述二极管整流器的脉波个数，计算需要抑制的谐波电压次数，并生成对应谐波电压次数的谐波电压抑制与提取模块；
将所述三相交流电压输入到所述对应谐波电压次数的谐波电压与抑制提取模块，提取所述三相交流电压中指定次的谐波电压分量；
将所述谐波电压分量与零电压进行比较后，通过PI控制器，生成相应抑制电压；
所述相应抑制电压通过同步旋转坐标反变换后，生成指定次谐波抑制电压。
优选地，所述将所述三相交流电压输入到所述对应谐波电压次数的谐波电压与抑制提取模块，提取所述三相交流电压中指定次的谐波电压分量，包括：
将所述三相交流电压输入到所述对应谐波电压次数的谐波电压抑制与提取模块，经过对应次数谐波的同步旋转坐标变换后，将所述三相交流电压中指定次的谐波电压分量转变为直流电压分量；
通过低通滤波器提取所述谐波电压分量。
优选地，所述基于所述指定次谐波抑制电压，生成总谐波抑制电压，并将所述总谐波抑制电压与基频控制电压进行叠加，生成调制电压，包括：
将生成的指定次谐波抑制电压相加，获得总谐波抑制电压；
将所述总谐波抑制电压与基频控制回路的基频控制电压进行叠加，生成辅助换流器的调制电压。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种混合直流送出系统谐波电压抑制系统，包括：
电压采集模块、谐波抑制电压生成模块和调制电压生成模块；
所述电压采集模块，用于当混合直流送出系统处于稳态运行时，采集混合直流换流器中的二极管整流器和辅助换流器的公共耦合点上的三相交流电压；
所述谐波抑制电压生成模块，用于基于所述二极管整流器的脉波个数，对所述三相交流电压进行提取与抑制，生成指定次谐波抑制电压；
所述调制电压生成模块，用于基于所述指定次谐波抑制电压，生成总谐波抑制电压，并将所述总谐波抑制电压与基频控制电压进行叠加，生成调制电压。
优选地，所述谐波抑制电压生成模块，具体用于：
根据所述二极管整流器的脉波个数，计算需要抑制的谐波电压次数，并生成对应谐波电压次数的谐波电压抑制与提取模块；
将所述三相交流电压输入到所述对应谐波电压次数的谐波电压与抑制提取模块，提取所述三相交流电压中指定次的谐波电压分量；
将所述谐波电压分量与零电压进行比较后，通过PI控制器，生成相应抑制电压；
所述相应抑制电压通过同步旋转坐标反变换后，生成指定次谐波抑制电压。
优选地，所述谐波抑制电压生成模块将所述三相交流电压输入到所述对应谐波电压次数的谐波电压与抑制提取模块，提取所述三相交流电压中指定次的谐波电压分量，包括：
将所述三相交流电压输入到所述对应谐波电压次数的谐波电压抑制与提取模块，经过对应次数谐波的同步旋转坐标变换后，将所述三相交流电压中指定次的谐波电压分量转变为直流电压分量；
通过低通滤波器提取所述谐波电压分量。
优选地，所述调制电压生成模块，具体用于：
将生成的指定次谐波抑制电压相加，获得总谐波抑制电压；
将所述总谐波抑制电压与基频控制回路的基频控制电压进行叠加，生成辅助换流器的调制电压。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如前所述的一种混合直流送出系统谐波电压抑制方法。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如前所述的一种混合直流送出系统谐波电压抑制方法。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
1.本发明提供了一种混合直流送出系统谐波电压抑制方法、系统、设备和介质，包括：当混合直流送出系统处于稳态运行时，采集混合直流换流器中的二极管整流器和辅助换流器的公共耦合点上的三相交流电压；基于所述二极管整流器的脉波个数，对所述三相交流电压进行提取与抑制，生成指定次谐波抑制电压；基于所述指定次谐波抑制电压，生成总谐波抑制电压，并将所述总谐波抑制电压与基频控制电压进行叠加，生成调制电压；本发明针对混合直流送出系统提出了谐波电压抑制方法，对公共耦合点上产生谐波电压进行抑制与提取，使总谐波失真显著降低，满足风电机组并网的电能质量要求。
2.本发明通过混合直流送出系统中的全控辅助换流器，无需增加额外的设备，不会增加系统的建设成本。
附图说明
图1为本发明提供的一种混合直流送出系统谐波电压抑制方法流程图；
图2为本发明提供的一种混合直流送出系统的拓扑图；
图3为本发明提供的指定次谐波电压提取与抑制模块示意图；
图4为本发明提供的辅助换流器控制框图；
图5为本发明提供的谐波电压抑制前并网点仿真波形示意图；
图6为本发明提供的谐波电压抑制后并网点仿真波形示意图；
图7为本发明提供的一种混合直流送出系统的谐波电压抑制系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
实施例1：
本发明提供的一种混合直流送出系统谐波电压抑制方法如图1所示，包括：
步骤1：当混合直流送出系统处于稳态运行时，采集混合直流换流器中的二极管整流器和辅助换流器的公共耦合点上的三相交流电压；
步骤2：基于所述二极管整流器的脉波个数，对所述三相交流电压进行提取与抑制，生成指定次谐波抑制电压；
步骤3：基于所述指定次谐波抑制电压，生成总谐波抑制电压，并将所述总谐波抑制电压与基频控制电压进行叠加，生成调制电压。
具体地，步骤1包括：
如图2所示，混合直流送出系统包括海上风电场、混合直流换流器和岸上模块化多电平换流器，海上风电场通过交流电缆与混合直流换流器电连接，并将产生的电能发送给混合直流换流器，混合直流换流器再通过直流电缆与岸上模块化多电平换流器电连接，将电能传送给岸上模块化多电平换流器，岸上模块化多电平换流器将电能传输给岸上交流系统。
混合直流换流器由二极管整流器与辅助换流器并联构成，辅助换流器为全控AC/DC变换器，在黑启动阶段向海上风电场提供能量，在稳定运行阶段补偿混合直流送出系统的无功功率与谐波功率，稳定运行阶段可以断开机械开关T，独立挂载在公共耦合点上，岸上模块化多电平换流器控制直流母线电压恒定。
当混合直流送出系统处于稳态运行时，由于二极管整流器的固有特性，使公共耦合点上的三相交流电压发生谐波畸变，产生了谐波电压，本发明的谐波电压抑制方法依托于混合直流送出系统的混合直流换流器，无需增加额外的设备，不会增加混合直流送出系统的建设成本。
具体地，步骤2包括：
根据所述二极管整流器的脉波个数，计算需要抑制的谐波电压次数，例如对于6n脉波二极管整流器，n为6脉波二极管整流器个数，其交流侧主要的谐波电压次数h为：
h＝6n±1
其中，h为交流侧主要的谐波电压次数，n为6脉波二极管整流器个数；
对于12脉波二极管整流器，n为2，因此电压谐波次数主要为11和13次谐波，通过计算需要抑制的谐波电压次数，生成对应谐波电压次数的谐波电压抑制与提取模块，如图3所示，将采集的三相交流电压输入到对应谐波电压次数的谐波电压抑制与提取模块中，三相交流电压经过指定次同步旋转坐标变换后，将三相交流电压中的指定次的谐波电压分量变为直流分量，其余电压分量为交流分量，通过低通滤波器提取所述谐波电压分量，并将提取后的谐波电压分量与零相比较，通过PI控制器即可生成对应次谐波在相应同步旋转坐标系下的抑制电压，最后通过同步旋转坐标反变换即可得到在三相坐标系下的指定次谐波抑制电压，将所需抑制的所有次数的谐波电压分量均通过相同的操作，即可得到对应的指定次谐波抑制电压，本发明通过在谐波电压抑制与提取模块对产生的谐波电压进行抑制与提取，该方法能够消除二极管整流器在公共耦合点产生的谐波电压，改善并网点电压的电能质量。
具体地，步骤3包括：
如图4所示，将所需抑制的所有次数的谐波电压分量均通过相同的操作，即可得到多个对应的指定次谐波抑制电压，将多个指定次谐波抑制电压相加，获得总谐波抑制电压，将得到的总谐波抑制电压与基频控制回路的基频控制电压进行叠加，生成辅助换流器的调制电压，如图5为谐波电压抑制前并网点仿真波形，可以看到公共耦合点处的电压存在明显畸变，谐波次数以11/13次为主，同时包含一定的23/25次谐波，进行傅里叶分析后电压总谐波畸变率为7.58％，不满足风机并网规程中要求的5％谐波电压畸变率。采用本发明所提出的谐波电压抑制方法，对11/13次谐波电压进行抑制，抑制后的仿真结果如图6所示，可以看到公共耦合点处的电压的畸变显著减小，进行傅里叶分析后11/13次谐波含量消除，THD降低至3.16％，满足电能质量要求。此外，流向风电机组的交流电流THD由2.97％下降至1.04％，表明谐波抑制方法同样抑制了二极管整流器输出的谐波电流分量，提高了流向风电场交流电流的电能质量。
实施例2：
本发明提供的一种混合直流送出系统谐波电压抑制系统如图7所示，包括：
电压采集模块、谐波抑制电压生成模块和调制电压生成模块；
所述电压采集模块，用于当混合直流送出系统处于稳态运行时，采集混合直流换流器中的二极管整流器和辅助换流器的公共耦合点上的三相交流电压；
所述谐波抑制电压生成模块，用于基于所述二极管整流器的脉波个数，对所述三相交流电压进行提取与抑制，生成指定次谐波抑制电压；
所述调制电压生成模块，用于基于所述指定次谐波抑制电压，生成总谐波抑制电压，并将所述总谐波抑制电压与基频控制电压进行叠加，生成调制电压。
进一步地，所述谐波抑制电压生成模块，具体用于：
根据所述二极管整流器的脉波个数，计算需要抑制的谐波电压次数，并生成对应谐波电压次数的谐波电压抑制与提取模块；
将所述三相交流电压输入到所述对应谐波电压次数的谐波电压与抑制提取模块，提取所述三相交流电压中指定次的谐波电压分量；
将所述谐波电压分量与零电压进行比较后，通过PI控制器，生成相应抑制电压；
所述相应抑制电压通过同步旋转坐标反变换后，生成指定次谐波抑制电压。
进一步地，所述谐波抑制电压生成模块将所述三相交流电压输入到所述对应谐波电压次数的谐波电压与抑制提取模块，提取所述三相交流电压中指定次的谐波电压分量，包括：
将所述三相交流电压输入到所述对应谐波电压次数的谐波电压抑制与提取模块，经过对应次数谐波的同步旋转坐标变换后，将所述三相交流电压中指定次的谐波电压分量转变为直流电压分量；
通过低通滤波器提取所述谐波电压分量。
进一步地，所述调制电压生成模块，具体用于：
将生成的指定次谐波抑制电压相加，获得总谐波抑制电压；
将所述总谐波抑制电压与基频控制回路的基频控制电压进行叠加，生成辅助换流器的调制电压。
实施例3：
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能，以实现上述实施例中一种混合直流送出系统谐波电压抑制方法的步骤。
实施例4：
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中一种混合直流送出系统谐波电压抑制方法的步骤。
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，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、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、CD-ROM、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。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合直流送出系统谐波电压抑制方法，其特征在于，包括：
当混合直流送出系统处于稳态运行时，采集混合直流换流器中的二极管整流器和辅助换流器的公共耦合点上的三相交流电压；
基于所述二极管整流器的脉波个数，对所述三相交流电压进行提取与抑制，生成指定次谐波抑制电压；
基于所述指定次谐波抑制电压，生成总谐波抑制电压，并将所述总谐波抑制电压与基频控制电压进行叠加，生成调制电压。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述二极管整流器的脉波个数，对所述三相交流电压进行提取与抑制，生成指定次谐波抑制电压，包括：
根据所述二极管整流器的脉波个数，计算需要抑制的谐波电压次数，并生成对应谐波电压次数的谐波电压抑制与提取模块；
将所述三相交流电压输入到所述对应谐波电压次数的谐波电压与抑制提取模块，提取所述三相交流电压中指定次的谐波电压分量；
将所述谐波电压分量与零电压进行比较后，通过PI控制器，生成相应抑制电压；
所述相应抑制电压通过同步旋转坐标反变换后，生成指定次谐波抑制电压。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述三相交流电压输入到所述对应谐波电压次数的谐波电压与抑制提取模块，提取所述三相交流电压中指定次的谐波电压分量，包括：
将所述三相交流电压输入到所述对应谐波电压次数的谐波电压抑制与提取模块，经过对应次数谐波的同步旋转坐标变换后，将所述三相交流电压中指定次的谐波电压分量转变为直流电压分量；
通过低通滤波器提取所述谐波电压分量。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述指定次谐波抑制电压，生成总谐波抑制电压，并将所述总谐波抑制电压与基频控制电压进行叠加，生成调制电压，包括：
将生成的指定次谐波抑制电压相加，获得总谐波抑制电压；
将所述总谐波抑制电压与基频控制回路的基频控制电压进行叠加，生成辅助换流器的调制电压。
5.一种混合直流送出装置谐波电压抑制系统，其特征在于，包括：
电压采集模块、谐波抑制电压生成模块和调制电压生成模块；
所述电压采集模块，用于当混合直流送出系统处于稳态运行时，采集混合直流换流器中的二极管整流器和辅助换流器的公共耦合点上的三相交流电压；
所述谐波抑制电压生成模块，用于基于所述二极管整流器的脉波个数，对所述三相交流电压进行提取与抑制，生成指定次谐波抑制电压；
所述调制电压生成模块，用于基于所述指定次谐波抑制电压，生成总谐波抑制电压，并将所述总谐波抑制电压与基频控制电压进行叠加，生成调制电压。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述谐波抑制电压生成模块，具体用于：
根据所述二极管整流器的脉波个数，计算需要抑制的谐波电压次数，并生成对应谐波电压次数的谐波电压抑制与提取模块；
将所述三相交流电压输入到所述对应谐波电压次数的谐波电压与抑制提取模块，提取所述三相交流电压中指定次的谐波电压分量；
将所述谐波电压分量与零电压进行比较后，通过PI控制器，生成相应抑制电压；
所述相应抑制电压通过同步旋转坐标反变换后，生成指定次谐波抑制电压。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述谐波抑制电压生成模块将所述三相交流电压输入到所述对应谐波电压次数的谐波电压与抑制提取模块，提取所述三相交流电压中指定次的谐波电压分量，包括：
将所述三相交流电压输入到所述对应谐波电压次数的谐波电压抑制与提取模块，经过对应次数谐波的同步旋转坐标变换后，将所述三相交流电压中指定次的谐波电压分量转变为直流电压分量；
通过低通滤波器提取所述谐波电压分量。
8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述调制电压生成模块，具体用于：
将生成的指定次谐波抑制电压相加，获得总谐波抑制电压；
将所述总谐波抑制电压与基频控制回路的基频控制电压进行叠加，生成辅助换流器的调制电压。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如权利要求1至4中任一项所述的一种混合直流送出系统的谐波电压抑制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如权利要求1至4中任一项所述的一种混合直流送出系统的谐波电压抑制方法。
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