电力电子设备的谐波检测和保护装置及保护方法制造方法及图纸

本公开提供一种电力电子设备的谐波检测和保护装置及保护方法。所述谐波检测装置包括：检测单元，被配置为检测电力电子设备的电压信号；控制器，被配置为：从所述电压信号中去除工频信号以得到谐波信号；对所述谐波信号执行绝对值处理以得到谐波信号的直流脉动信号；以及对所述谐波信号的直流脉动信号执行低通滤波以得到谐波信号的平均值。滤波以得到谐波信号的平均值。滤波以得到谐波信号的平均值。

【技术实现步骤摘要】
电力电子设备的谐波检测和保护装置及保护方法


[0001]本公开涉及微电网领域，具体地涉及一种电力电子设备的谐波检测和保护装置及保护方法。

技术介绍

[0002]在电力电子设备中产生电压谐振是一种常见现象。由于电力电子单体设备的电路拓扑固定，通常采用电容支路串联电阻或有源阻尼的谐振抑制方法，而不对电压谐振信号进行单独的采样分析。然而，由于在微电网应用场景中电力电子设备数目增加且工况复杂，造成谐振频率难以从理论上推导和抑制。目前已有的方案通常采用专用装置，采用诸如FFT等算法对谐波信号进行计算分析来得到谐波信号幅值或谐振频率，但这些方法计算量较大，需要复杂的专用装置进行实时计算。

技术实现思路

[0003]本公开提供一种电力电子设备的谐波检测和保护装置及保护方法，该方法执行的程序计算量小，对装置运算力要求低，并且能够作为就地保护的后备装置，可实现对微电网系统的装置或负荷的最后保护，避免微电网中电力电子设备输出的电压谐振引发的电气元件损坏问题。
[0004]本公开的一方面可提供一种电力电子设备的谐波检测和保护装置，所述谐波检测装置包括：检测单元，被配置为检测电力电子设备的电压信号；控制器，被配置为：从所述电压信号中去除工频信号以得到谐波信号；对所述谐波信号执行绝对值处理以得到谐波信号的直流脉动信号；以及对所述谐波信号的直流脉动信号执行低通滤波以得到谐波信号的平均值。
[0005]所述控制器被配置为：通过二阶广义积分器提取所述电压信号中的工频信号，并且通过从所述电压信号减去所述工频信号来得到所述谐波信号。
[0006]所述二阶广义积分器的传递函数为：其中，ω为工频信号的频率，k为品质因数，并且品质因数k＝0.6。
[0007]所述控制器被配置为：对所述电压信号执行派克变换，并且对派克变换得到的直流信号执行低通滤波来得到所述谐波信号。
[0008]所述控制器还被配置为：当所述谐波信号的平均值超过谐振保护阈值时对电力电子设备执行停机保护。
[0009]本公开的一方面可提供一种微电网系统，所述微电网系统包括风力发电机、光伏发电组件、柴油发电机和储能系统中的至少一种，并且所述微电网系统还包括如上所述的电力电子设备的谐波检测和保护装置。
[0010]本公开的一方面可提供一种电力电子设备的谐波检测和保护方法，所述方法包括：从检测到的电力电子设备的电压信号中去除工频信号以得到谐波信号；对所述谐波信
号执行绝对值处理以得到谐波信号的直流脉动信号；以及对所述谐波信号的直流脉动信号执行低通滤波以得到谐波信号的平均值。
[0011]本公开的一方面可提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时实现如上所述的电力电子设备的谐波检测和保护方法。
[0012]本公开的一方面可提供一种计算机设备，所述计算机设备包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的电力电子设备的谐波检测和保护方法。
附图说明
[0013]根据以下结合附图和具体实施方式，本公开的以上和其他方面、特征和优点将更清楚地理解，在附图中：
[0014]图1是示意性示出微电网的拓扑图；
[0015]图2是示意性示出三相逆变器的拓扑图；
[0016]图3是根据本公开的实施例的电力电子设备的谐波检测和保护装置的框图；
[0017]图4A是根据本公开的实施例的电力电子设备的谐波检测和保护方法的流程图；
[0018]图4B是根据本公开的实施例的谐波电压平均值计算的框图；
[0019]图4C是根据本公开的实施例的变型示例的谐波电压平均值计算的框图；
[0020]图5A是SOGI的输入和输出的示图；
[0021]图5B是去除工频信号后的谐波信号的示图；
[0022]图5C是谐波信号取绝对值后的示图；以及
[0023]图5D是谐波电压平均值的示图。
具体实施方式
[0024]提供以下具体实施方式以帮助读者获得对在此所描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种变型、修改及等同物将是显而易见的。例如，在此所描述的操作的顺序仅仅是示例，其并不限于在此所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可做出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略本领域中已知的特征的描述。为了使本领域技术人员能够更好的理解本公开，下面结合附图对本公开的具体实施例进行详细描述。
[0025]图1是示意性示出微电网的拓扑图。参照图1，示出了典型的独立微电网拓扑，在微电网中可包括风力发电机DG1、光伏电池DG2、储能单元VSM1和负载Load，其中风力发电机、光伏电池和储能单元均需经过电力电子设备AC/AC或AC/DC连接到配置有断路器S1、S2、S3和S4以及变压器T1、T2、T3和T4的交流母线。当电力电子装置被设置不合理参数或微电网运行工况变化时，微电网交流母线电压可能因特定频率的谐波信号而产生谐振，谐振情况严重是甚至损坏诸如变压器、负载、电力电子装置中的电容器等的电气元件。
[0026]图2是示意性示出三相逆变器的拓扑图。
[0027]参照图2，示出了典型的三相电力电子装置的拓扑结构，其中通过IGBT实现电能的直流和交流转换。由于直流电源U
dc
通过IGBT采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)的控制方式，在
运行期间会产生电压谐波，因此这里采用LC滤波电路对IGBT的输出电压进行滤波。Z
load
表示负载阻抗。由于设备控制参数设置不合理、负载自身特性及多逆变器并联等因素，使得电力电子设备的输出电压(在此示出为电容电压)u
Cab
或u
Cbc
可能产生电压谐波导致的电压谐振现象，当电压谐振现象严重时会导致设备元件或负载损坏。
[0028]图3是根据本公开的实施例的电力电子设备的谐波检测和保护装置的框图。
[0029]参照图3，根据本公开的实施例的电力电子设备的谐波检测和保护装置可包括检测单元100和控制器200。检测单元100可以是电压互感器或分压器等，并且被配置为检测电力电子设备的电压信号，例如，电力电子设备的输出电容处的电压信号U
Cab
、U
Cbc
和U
Cca
。控制器200可以以DSP程序或模拟电路等形式实现。控制器200被配置为从由检测单元检测到的电压信号U
Cab
、U
Cbc
和U
Cca
中去除工频信号以得到谐波信号；对所述谐波信号执行绝对值处理以得到谐波信号的直流脉动信号；以及对所述谐波信号的直流脉动信号执行低通滤波以得到谐波信号的平均值。
[0030]控制器200还可被配置为通过二阶广义积分器来提取所述电压信号中的工频信号，并且通过从所述电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力电子设备的谐波检测和保护装置，其特征在于，所述谐波检测装置包括：检测单元，被配置为检测电力电子设备的电压信号；控制器，被配置为：从所述电压信号中去除工频信号以得到谐波信号；对所述谐波信号执行绝对值处理以得到谐波信号的直流脉动信号；以及对所述谐波信号的直流脉动信号执行低通滤波以得到谐波信号的平均值。2.根据权利要求1所述的谐波检测和保护装置，其中，所述控制器被配置为：通过二阶广义积分器提取所述电压信号中的工频信号，并且通过从所述电压信号减去所述工频信号来得到所述谐波信号。3.根据权利要求2所述的谐波检测和保护装置，其中，所述二阶广义积分器的传递函数为：其中，ω为工频信号的频率，k为品质因数，并且品质因数k＝0.6。4.根据权利要求1所述的谐波检测和保护装置，其中，所述控制器被配置为：对所述电压信号执行派克变换，并且对派克变换得到的直流信号执行低通滤波来得到所述谐波信号。5.根据权利要求1所述的谐波检测和保护装置，其中，所述控制器还被配置为：当所述谐波信号的平均值超过谐振保护阈值时对电力电子设备执行停机保护。6.一种微电网系统，所述微电网系统包括风力发电机、光伏发电组件、柴油发电机和储能系统中的至少一种，并且所述微电网系统还包括如权利要求1至5中任意一项所述的电力电子设备的谐波检测和保护装置。7.一种电力电子设备的谐...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛燕鹏，张卫，郑德化，石志学，秦锦桦，
申请(专利权)人：北京天诚同创电气有限公司，
类型：发明
国别省市：