一种极低开关频率下的电流源变流器特定谐波抑制方法技术

本发明专利技术公开一种极低开关频率下的电流源变流器特定谐波抑制方法，其特征在于：采用三相电流源型并网整流器拓扑结构，利用不对称特定谐波消除与旁路脉冲注入相结合的新型混合调制方法，主动控制输出PWM电流中的5次、7次谐波分量，对线电流中的5次、7次谐波分量进行主动补偿。这种控制策略使得大功率电流源变流器在极低开关频率下具备同时主动补偿5次、7次谐波的能力，在电网电压畸变的情况下得以有效降低线电流的低次谐波，大幅提升了系统的线电流电能质量，保证了系统的安全稳定运行。

A specific harmonic suppression method of current source converter at very low switching frequency

【技术实现步骤摘要】
一种极低开关频率下的电流源变流器特定谐波抑制方法
本专利技术涉及并网变流器电能质量治理，特别涉及一种极低开关频率下的电流源变流器特定谐波抑制方法。
技术介绍
近年来，随着能源问题日益突出以及工业生产工艺要求日益增长，中压大功率变流器作为节能减排的手段已经成为电力、冶金、交通等众多行业的常用技术方案。根据直流侧储能环节的差异，变流器分为电压源型变流器(VSC)和电流源型变流器(CSC)。虽然当前中压大功率传动系统中，VSC以其较高的效率及功率开关器件的优势占据主导地位，CSC作为大功率变流技术的解决方案之一，以其拓扑结构简单、开关器件便于串联使用、输入/输出电流波形质量高、可靠的短路保护等无可比拟的优势，在当前大功率中压传动领域占有重要地位。为降低开关损耗，保证效率，大功率电流源变流器开关频率一般仅有几百赫兹，因此，特定谐波消除(SHE)调制方法因其极低开关频率下优良的谐波特性被广泛应用。然而，传统特定谐波消除调制无主动控制输出PWM电流谐波分量的能力，因此只能保证自身的输PWM电流谐波最少，而无法主动补偿因电网电压背景谐波引起的谐波电流，难以在电网电压畸变的工况下保证线电流的电能质量。为此，YeZhang在传统特定谐波消除调制的基础上做出了改进，提出了一种不对称特定谐波消除调制方法[1]。不对称特定谐波消除调制使得输出PWM电流谐波分量可控，从而使大功率电流源变流器可以主动补偿因电网电压畸变带来的线电流谐波，大大提升了大功率电流源变流器的电能质量。然而，由于特定谐波消除调制的开关角度需要通过离线计算得到，虽然可以将不同谐波含量的开关角度提前计算好并存储到控制器中，但若想同时控制多个谐波分量，会导致所需内存的指数增长。依据现有控制器的内存大小，不对称特定谐波消除方法仅能控制一个特定次谐波分量，无法同时控制2个以上的谐波分量。然而，由于大功率电流源变流器交流侧滤波器的截止频率一般为200～350Hz，线电流中的5，7次谐波都有被放大的风险，仅仅补偿一个特定次谐波分量还是无法满足实际系统中的要求。此外，旁路脉冲注入法的提出也从另一个角度解决了传统特定谐波消除调制法无可调节自由度的固有难题。然而，基于目前的现有技术，旁路脉冲注入法所增加的自由度仅被用来作直流电流控制[2]或并联电流源均流控制[3]，并没有用于补偿特定次谐波。参考文献：[1]H.Zhou，Y.W.Li，N.R.Zargari，G.Cheng，R.Ni，andY.Zhang，“Selectiveharmoniccompensation(SHC)PWMforgrid-interfacinghigh-powerconverters，”IEEETrans.PowerElectron.，vol.29，no.3，pp.1118-1127，Mar.2014.[2]J.He，Q.Li，C.Zhang，J.Han，andC.Wang，“Quasi-SelectiveHarmonicElimination(Q-SHE)Modulation-BasedDCCurrentBalancingMethodforParallelCurrentSourceConverters，”IEEETrans.PowerElectron.，vol.34，no.8，pp.7422-7436，Aug.2019.[3]Y.Xiao，B.Wu，F.DeWinter，andR.Sotudeh，“HighpowerGTOAC/DCcurrentsourceconverterwithminimumswitchingfrequencyandmaximumpowerfactor，”Proceedingsof1996CanadianConferenceonElectricalandComputerEngineering，Calgary，Alberta，Canada，1996，pp.331-334vol.1.
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，在传统特定谐波消除法的基础上，结合不对称特定谐波消除法及旁路脉冲注入法，提供一种可同时消除电网背景谐波中5次、7次谐波的新型特定谐波补偿方法，该方法可以在大功率电流源变流系统的极低开关频率下实现同时对电网侧线电流中5次、7次谐波的精确补偿，从而可以使大功率电流源的线电流在电网电压波形畸变的恶劣工况下保证较好的电能质量，完全符合实际系统的需求。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种极低开关频率下的电流源变流器特定谐波抑制方法，基于三相电流源型并网变流器拓扑结构，电流源型并网变流器由六个门极换流晶闸管组成三相全桥拓扑，变流器的交流侧通过滤波器连接至公共连接点PCC后与三相电网交换功率；变流器直流侧串联公用的直流侧母线电感Ldc用于抑制直流侧的电流波动；该谐波补偿方法包括以下步骤：(1)在每个采样周期开始时，变流器利用采样电路采集电网的三相电压VPCC、三相线电流Iline以及直流侧直流电流Idc；三相电网电压VPCC经过锁相环PLL产生电网电压实时相位Vg；(2)所采直流电流Idc与直流电流参考Idc_ref相减后作为反馈量，经过比例谐振(PI)控制器得到变流器的输出PWM电流IPWM相对于电网电压实时相位的延迟角α，直接控制直流电流；(3)所采三相电网线电流经过滑动离散傅里叶变换(SDFT)提取出其中的5次，7次谐波电流分量和线电流5次，7次谐波分量分别乘以虚拟阻抗系数后得到输出PWM电流的5次，7次谐波分量参考和和除以直流电流Idc得到标幺后的输出PWM电流5次、7次谐波分量参考和(4)步骤(3)所得标幺后输出PWM电流5次谐波分量参考标幺后输出PWM电流7次谐波分量参考步骤(1)所得延迟角α以及电网电压实时相位Vg经过旁路脉冲注入与不对称特定谐波消除混合调制策略，产生六个门极换流晶闸管的开关信号G1～G6，最终在变流器输出PWM电流中产生相应的5次、7次谐波分量，以抑制线电流中的谐波。进一步的，步骤(4)中所述的旁路脉冲注入与不对称特定谐波消除混合调制策略包括以下步骤：a)所得标幺后的输出PWM电流7次谐波分量参考经计算得到旁路脉冲的宽度βBP和位置θBP：其中，分别为的幅值和相角。b)由旁路脉冲的宽度βBP和位置θBP计算得到标幺后的旁路脉冲寄生5次谐波电流估计值的幅值和相角c)将所得估计值与标幺后的输出PWM电流5次谐波分量相加，得到输入不对称特定谐波消除调制的5次谐波参考d)依据的幅值和相角选择相应的不对称特定谐波消除调制开关角度θ1～θ13；e)将电网电压实时相位Vg、延迟角α、旁路脉冲宽度βBP和位置θBP以及不对称特定谐波消除调制开关角度θ1～θ13输入混合调制方法，通过不对称特定谐波消除调制与旁路脉冲注入，得到六个门极换流晶闸管的开关信号G1～G6。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：1.本专利技术方法可以同时消除电网背景谐波引起的5，7次谐波；相比于现有技术中的空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种极低开关频率下的电流源变流器特定谐波抑制方法，基于三相电流源型并网变流器拓扑结构，电流源型并网变流器由六个门极换流晶闸管组成三相全桥拓扑，变流器的交流侧通过滤波器连接至公共连接点PCC后与三相电网交换功率；变流器直流侧串联公用的直流侧母线电感L

【技术特征摘要】
1.一种极低开关频率下的电流源变流器特定谐波抑制方法，基于三相电流源型并网变流器拓扑结构，电流源型并网变流器由六个门极换流晶闸管组成三相全桥拓扑，变流器的交流侧通过滤波器连接至公共连接点PCC后与三相电网交换功率；变流器直流侧串联公用的直流侧母线电感Ldc用于抑制直流侧的电流波动；其特征在于，该谐波补偿方法包括以下步骤：
(1)在每个采样周期开始时，变流器利用采样电路采集电网的三相电压VPCC、三相线电流Iline以及直流侧直流电流Idc；三相电网电压VPCC经过锁相环PLL产生电网电压实时相位Vg；
(2)所采直流电流Idc与直流电流参考Idc_ref相减后作为反馈量，经过比例谐振(PI)控制器得到变流器的输出PWM电流IPWM相对于电网电压实时相位的延迟角α，直接控制直流电流；
(3)所采三相电网线电流经过滑动离散傅里叶变换(SDFT)提取出其中的5次，7次谐波电流分量和线电流5次，7次谐波分量分别乘以虚拟阻抗系数后得到输出PWM电流的5次，7次谐波分量参考和和除以直流电流Idc得到标幺后的输出PWM电流5次、7次谐波分量参考和
(4)步骤(3)所得标幺后输出PWM电流5次谐波分量参考标幺后输出PWM电流7次谐波分量参考步骤(1)所得...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昌浩，何晋伟，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12