一種無交流電壓采樣的有源諧波電阻裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種無交流電壓采樣的有源諧波電阻裝置及方法，屬于有源諧波電阻 控制技術(shù)領(lǐng)域。適用于電力系統(tǒng)中諧振的阻尼。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，電力系統(tǒng)中諧波污染問題日益嚴(yán)重，大量的諧波極易引起電力系統(tǒng)的諧振， 導(dǎo)致系統(tǒng)的故障。對電力系統(tǒng)中諧振的抑制目前主要是通過加設(shè)無源電阻實現(xiàn)的。但是無 源電阻的使用不可避免的產(chǎn)生有功能力的損耗，產(chǎn)生發(fā)熱等問題。
[0003] 近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，有源諧波電阻的概念被提出。有源諧波電阻是 通過對電力電子變流器的控制，使其在某一諧波頻率或者一段諧波頻率上模擬電阻的特 性，實現(xiàn)阻尼諧振的目的。有源諧波電阻可W避免有功能量的消耗，相比于無源電阻更加的 節(jié)能，在未來電力系統(tǒng)諧振阻尼領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用前景。
[0004] 有源諧波電阻是一種用于阻尼諧振及諧波放大的裝置。有源諧波電阻利用電力電 子變流器，通過一定的控制手段，使其端口電壓和電流在諧波頻率上模擬出電阻的伏安特 性，從而實現(xiàn)對諧振及諧波放大的抑制。為了模擬電阻的伏安特性，傳統(tǒng)的控制方式有兩 種，一種是采樣變流器交流端口電壓，控制變流器交流端口電流;另一種是采樣變流器交流 端口電流，控制變流器交流端口電壓。
[0005] 傳統(tǒng)的有源諧波電阻的實現(xiàn)，是通過采樣電力電子變流器交流側(cè)的電壓/電流，然 后提取出其中的諧波成份，最后控制變流器交流側(cè)輸出的諧波電流/電壓，使其模擬出諧波 電阻的特性，來實現(xiàn)抑制諧振的目的。目前有源諧波電阻的控制上，需要對電力電子變流器 交流側(cè)端口的電壓和電流進(jìn)行采樣，需要大量的電壓、電流采樣元件，使其成本較高，又增 加了設(shè)備及控制的復(fù)雜程度，限制了有源諧波電阻的推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種無交流電壓采樣的有源諧波電阻 裝置及方法，本裝置可W有效降低有源諧波電阻裝置的成本及復(fù)雜度，便于有源諧波電阻 裝置的推廣使用。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)手段：
[0008] -種無交流電壓采樣的有源諧波電阻裝置，包括變流器和控制電路;所述的變流 器的直流側(cè)連接有直流電容及直流側(cè)電壓采樣電路，變流器的交流側(cè)連接有交流濾波電感 及交流電流采樣電路;所述的直流側(cè)電壓采樣電路的輸出端及交流電流采樣電路的輸出端 連接控制電路;所述的控制電路包括基波電流相位控制器和電流控制器，控制電路計算得 到控制指令，并控制變流器的直流電容電壓實現(xiàn)諧波電阻功能。
[0009] 所述的變流器為單相或=相變流器。
[0010] 所述的控制電路控制變流器的直流電容電壓實現(xiàn)諧波電阻功能的具體控制方法 為：
[0011] 首先，控制電路控制變流器交流端口的基波電流，根據(jù)變流器直流側(cè)直流電容電 壓的變化趨勢來確定變流器端口基波電壓的角度所在的區(qū)間；
[0012] 然后，根據(jù)已經(jīng)確定的變流器端口基波電壓的角度所在的區(qū)間的信息，控制變流 器端口基波電流和基波電壓的角度差，實現(xiàn)對變流器直流側(cè)直流電容電壓的控制；
[0013] 最后，變流器交流端口所模擬的諧波電阻特性，通過控制變流器直流側(cè)直流電容 電壓實現(xiàn)。
[0014] -種基于無交流電壓采樣的有源諧波電阻裝置的控制方法，包括W下步驟：
[0015] 第一步:有源諧波電阻裝置開機后，控制電路封鎖變流器的脈沖，變流器處于不控 整流模式；
[0016] 第二步:變流器的直流電容電壓穩(wěn)定后，給定基波電流幅值，基波電流相位控制器 運行，基波電流相位控制器根據(jù)變流器直流側(cè)電壓變化的情況，判斷給定基波電流相位和 變流器交流側(cè)電壓相位的關(guān)系:假如變流直流側(cè)電壓上升，則給定的基波電流相位位于第 一或第四象限，假如變流器直流側(cè)電壓下降，則給定的基波電壓相位位于第二或第=象限；
[0017] 第=步:將第二步中給定基波電流相位加90%根據(jù)變流器直流側(cè)電壓的變化情況 進(jìn)一步確定第二步中給定基波電流相位所處的象限；
[0018] 第四步:根據(jù)第=步中確定的第二步中給定基波電流相位，利用基波電流相位控 制器控制基波電流相位，實現(xiàn)變流器直流側(cè)電壓的閉環(huán)控制；
[0019] 第五步:根據(jù)有源諧波電阻的阻值給定，計算變流器直流側(cè)電壓給定指令，然后電 流控制器閉環(huán)控制變流器直流側(cè)電壓，最終實現(xiàn)無交流電壓采樣有源諧波電阻功能。
[0020] 作為本發(fā)明方進(jìn)一步改進(jìn)，第=步具體步驟為：
[0021] 1)當(dāng)?shù)诙街械幕娏飨辔晃挥诘谝换虻谒南笙迺r，且第=步中給定基波電流 相位增加90°后變流器直流側(cè)電壓依然增加的情況，則可W確定第二步中給定基波電流相 位處于第四象限；
[0022] 2)當(dāng)?shù)诙街械幕娏飨辔晃挥诘谝换虻谒南笙迺r，且第=步中給定基波電流 相位增加90°后變流器直流側(cè)電壓減小的情況，則可W確定第二步中給定基波電流相位處 于第一象限；
[0023] 3)當(dāng)?shù)诙街械幕娏飨辔晃挥诘诙虻?象限時，且第=步中給定基波電流 相位增加90°后變流器直流側(cè)電壓增加的情況，則可W確定第二步中給定基波電流相位處 于第S象限；
[0024] 4)當(dāng)?shù)诙街械幕娏飨辔晃挥诘诙虻?象限時，且第=步中給定基波電流 相位增加90°后變流器直流側(cè)電壓依然減小的情況，則可W確定第二步中給定基波電流相 位處于第二象限。
[0025] 作為本發(fā)明方進(jìn)一步改進(jìn)，所述的有源諧波電阻的等效電阻為：
(U
[0027]式中；
[002引Reqi-等效諧波電阻值；
[0029] Kp-電流控制器比例系數(shù)；
[0030] Udc-變流器直流側(cè)電壓值。
[0031] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：
[0032] 本發(fā)明通過了一種無交流電壓采樣的有源諧波電阻裝置，包括變流器和控制電 路，通過在變流器電路上設(shè)置直流電容、交流側(cè)濾波電感、交流電流采樣電路和直流側(cè)電壓 采樣電路，而變流器交流側(cè)無電壓采樣電路，控制電路無諧波提取環(huán)節(jié)，運樣避免需要大量 的電壓、電流采樣元件，增加了設(shè)備及控制的復(fù)雜程度的不足，通過必要的算法，可W省略 變流器交流側(cè)端口電壓采樣元件，直接通過變流器直流側(cè)電容電壓的控制實現(xiàn)有源諧波電 阻的功能。運樣就可W有效降低有源諧波電阻裝置的成本及復(fù)雜度。便于有源諧波電阻裝 置的推廣使用。
[0033] 本發(fā)明的控制方法，控制電路通過必要的算法，省略變流器交流側(cè)端口電壓采樣 元件，直接通過變流器直流側(cè)電容電壓的控制實現(xiàn)有源諧波電阻的功能;控制簡單、準(zhǔn)確。
【附圖說明】
[0034] 圖1無電壓采樣有源諧波電阻裝置電路拓?fù)洌?br>[0035] 圖2無交流電壓采樣有源諧波電阻裝置控制策略圖；
[0036] 圖3變流器交流側(cè)基波電壓電流相位關(guān)系圖一；
[0037] 圖4變流器交流側(cè)基波電壓電流相位關(guān)系圖二；
[0038] 圖5變流器交流側(cè)基波電壓電流相位關(guān)系圖
[0039] 圖6變流器交流側(cè)基波電壓電流相位關(guān)系圖四；
[0040] 圖7變流器交流側(cè)基波電壓電流相位關(guān)系圖五；
[0041] 圖8變流器交流側(cè)基波電壓電流相位關(guān)系圖六。
[0042 ]圖中，1 -變流器，2-直流電容，3-交流側(cè)濾波電感，4-交流電流采樣電路，5-直流側(cè) 電壓采樣電路，6-控制電路，7-基波電流相位控制器，8-電流控制器。
【具體實施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，本發(fā)明不限于W下實施例。
[0044] 本發(fā)明一種無交流電壓采樣的有源諧波電阻裝置由電力電子變流器1、直流電容 2、交流側(cè)濾波電感3、交流電流采樣電路4、直流側(cè)電壓采樣電路5和控制電路6組成。變流器 1直流側(cè)連接有直流電容2及直流側(cè)電壓采樣電路5,變流器1交流側(cè)連接有交流濾波電感3 及交流電流采樣電路4。直流側(cè)電壓采樣電路5的輸出端及交流電流采樣電路4的輸出端連 接到控制電路6,控制電路6計算得到控制指令，控制變流器1的運行。變流器1交流側(cè)無電壓 采樣電路。所述控制電路6中，含有基波電流相位控制器7和電流控制器8,無諧波提取環(huán)節(jié)。
[0045] 本發(fā)明的電阻裝置可W適用于單相及S相系統(tǒng)。WS相系統(tǒng)為例其電路拓?fù)淙鐖D 1，由一個=相變流