实现配电网谐振抑制电能治理和阻抗测量的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电力电子技术，具体涉及实现配电网谐振抑制电能治理和阻抗测量的装置及方法，装置包括电压电流采集、谐波信号注入和指令电流运算等模块。整个装置并联接入电网，不测量电网阻抗时，检测装置实时监测电网中谐波电流和谐波电压，出现谐波电流或者谐波电压并有放大的风险时，装置向电网中注入电流，实现配电网的谐波抑制、无功补偿等电能治理功能；需要测量电网阻抗时，装置向电网注入特定频率成分的电流，再检测电网各处的该频率成分的电压和电流数值，得出网络对应该频率的阻抗。通过改变工作模式，该装置既可以实现配电网的电能治理，又可以对配电网进行阻抗测量。从而大大提高了装置的利用率，降低了功能的实现成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
实现配电网谐振抑制电能治理和阻抗测量的装置及方法


[0001]本专利技术属于电力电子
，特别涉及实现配电网谐振抑制电能治理和阻抗测量的装置及方法。

技术介绍

[0002]由于电力电子设备在电网中大量使用，特别是新能源并网发电的接入，电网阻抗比以往更加复杂。为了保持电力系统的稳定性，一些并网装置需要基于电网阻抗调整控制参数，为此需要进行电网阻抗的在线测量。
[0003]已有电网阻抗检测方法包括被动法和主动法两大类。被动法计算量大、精度低。更多的是采用主动法，主动法是对电网注入特征谐波，然后测量电网两端的该特征谐波的电压和电流，进而分析电网阻抗。
[0004]动态无功和谐波补偿的原理是：通过实时检测负载电流的谐波和无功分量，采用PWM变换技术，将与谐波和无功分量大小相等、方向相反的电流注入配电系统中，实现滤除谐波、动态补偿无功的功能。
[0005]随着社会的进步和科技的发展，电网中各类非线性用电设备及冲击性负荷大大增加，这给电力系统带来了严重的谐波污染和功率因数降低等问题。

技术实现思路

[0006]针对
技术介绍
存在的问题，本专利技术提供一种实现配电网谐振抑制电能治理和阻抗测量的多功能装置。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：实现配电网谐振抑制电能治理和阻抗测量的多功能装置，该多功能装置并联在电网与负荷之间，采用FPGA芯片进行控制；多功能装置包括电压电流采集模块、电网阻抗计算模块、指令电流运算模块、谐波信号注入模块、电流跟踪控制模块、驱动模块和电力电子变换模块；电压电流采集模块分别连接负荷、指令电流运算模块、电网阻抗计算模块和谐波信号注入模块，指令电流运算模块通过开关依次连接电流跟踪控制模块、驱动模块和电力电子变换模块；电网阻抗计算模块连接谐波信号注入模块，谐波信号注入模块通过开关依次连接电流跟踪控制模块、驱动模块和电力电子变换模块；电力电子变换模块并联接入电网；在电力电子变换模块的输出端与电网之间，还连接有三相LCL无源滤波器。
[0008]在上述实现配电网谐振抑制电能治理和阻抗测量的多功能装置中，电压电流采集模块包括电压互感器和电流互感器；电力电子变换模块包括直流供电电源和电压型逆变器，电压型逆变器采用3个H桥逆变器级联的3H桥级联型三电平逆变器；电压型逆变器采用电容作为直流侧储能元件；电流跟踪控制模块采用模糊PI参数自整定控制器，包括模糊推理模块和PI调节器；驱动模块采用驱动电路；电网阻抗计算模块包括FFT计算模块、正负序转换模块和正负序阻抗模块。
[0009]一种实现配电网谐振抑制电能治理和阻抗测量的多功能装置的控制方法，电力电
子变换模块并联接入电网，在不测量电网阻抗时，多功能装置实时监测电网中谐波电流和谐波电压，当出现谐波电流或者谐波电压并有放大的风险时，电力电子变换模块向电网注入电流，实现配电网的谐波抑制、无功补偿的电能治理功能；当需要测量电网阻抗时，电力电子变换模块通过改变谐波注入信号的频率，向电网中注入频率可变的谐波信号，通过对电网电压和电流中的频率可变的谐波信号的采集和计算，获得电网阻抗。
[0010]在上述实现配电网谐振抑制电能治理和阻抗测量的多功能装置的控制方法中，控制方法的具体实现包括：当多功能装置运行在电能治理模式下时，系统的电流指令为指令电流运算模块的输出；当多功能装置运行在阻抗测量模式下时，系统的电流指令为谐波信号注入模块的输出；
[0011]电能治理的实现包括：通过跟踪负载电流中的谐波分量及无功分量，产生与其大小相等、方向相反的补偿电流，从而抵消线路中的谐波电流及无功分量，使得电源侧电流为正弦波；具体步骤如下：
[0012](1)电压电流采集模块对电网电流进行检测，得到补偿对象，从补偿对象中分离出谐波电流分量和无功电流分量，将分离结果输出至指令电流运算模块；
[0013](2)指令电流运算模块接收电压电流采集模块的分离结果待补偿电流信号，根据待补偿电流信号，产生与之幅值相等、方向相反的补偿电流指令，作为电流跟踪控制目标输出至电流跟踪控制模块；
[0014](3)电流跟踪控制模块接收来自指令电流运算模块的补偿电流指令，运用控制算法，计算得到信号级的电力电子变换模块驱动信号；
[0015](4)驱动模块接收信号级电力电子变换器驱动信号，完成转换，得到驱动电力电子变换模块的驱动级驱动信号；
[0016](5)电力电子变换模块根据驱动级驱动信号，按照特定序列完成开关管的开通和关断，输出与待补偿电流信号幅值相等、方向相反补偿电流，注入电网，实时补偿电网谐波电流和无功电流；
[0017]阻抗测量的实现包括：根据谐波信号注入模块产生特定的谐波信号，在电网其他位置对特定谐波的信号进行分离，根据注入和分离的谐波信号，计算得到电网阻抗，进而实现电网阻抗的测量，具体步骤如下：
[0018]①
电压电流采集模块对电网电流进行采样分析，得到电网三相电压电流信号；
[0019]②
谐波信号注入模块根据谐波电流生成算法，产生谐波电流指令；
[0020]③
电流跟踪控制模块接收谐波信号注入模块的谐波电流指令，完成指令电流跟踪控制；
[0021]④
驱动模块接收来自电流跟踪控制模块的控制信号，将控制信号转换为加在器件控制回路中的驱动信号；
[0022]⑤
电力电子变换模块根据驱动信号，按照特定序列完成开关管的开通和关断，向电网注入特定的谐波电流；
[0023]⑥
电网阻抗计算模块对谐波信号注入模块注入的谐波电流和电压电流采集模块分离的特定的谐波电流信号进行处理，计算得到电网的阻抗。
[0024]在上述实现配电网谐振抑制电能治理和阻抗测量的多功能装置的控制方法中，特定的谐波电流调制方法包括：在逆变器SVPWM调制中，改变谐波信号频率，使其在设定频率
附近变化，通过设定调制波的变化规律，获得谐波频率从低频到设定频率逐渐增加的调制波频率频谱；用该频率变化的谐波信号作为SVPWM调制的调制波，与逆变器控制器产生的载波进行调制产生脉冲信号来控制逆变器开关管，控制逆变器输出包含多种频率的谐波信号。
[0025]在上述实现配电网谐振抑制电能治理和阻抗测量的多功能装置的控制方法中，电流跟踪控制模块采用模糊PI参数自整定控制器进行闭环控制，其控制方法包括：
[0026]将模糊控制算法与PI调节器相结合，通过模糊控制算法在线优化调节PI调节器的控制参数；
[0027]模糊推理模块通过计算电流误差及其变化率，利用模糊规则进行模糊推理，输出PI调节器的控制参数变化量；
[0028]将模糊PI参数自整定控制器输入误差E和误差变化率EC以及输出PI参数变化量划分为7个模糊子集{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，隶属度函数采用三角形函数；
[0029]PI调节器对控制参数进行修正，在初始控制参数基础上叠加控制参数变化量，进而得到适合于当前工况的控制参数；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.实现配电网谐振抑制电能治理和阻抗测量的多功能装置，该多功能装置并联在电网与负荷之间，采用FPGA芯片进行控制；其特征在于，多功能装置包括电压电流采集模块、电网阻抗计算模块、指令电流运算模块、谐波信号注入模块、电流跟踪控制模块、驱动模块和电力电子变换模块；电压电流采集模块分别连接负荷、指令电流运算模块、电网阻抗计算模块和谐波信号注入模块，指令电流运算模块通过开关依次连接电流跟踪控制模块、驱动模块和电力电子变换模块；电网阻抗计算模块连接谐波信号注入模块，谐波信号注入模块通过开关依次连接电流跟踪控制模块、驱动模块和电力电子变换模块；电力电子变换模块并联接入电网；在电力电子变换模块的输出端与电网之间，还连接有三相LCL无源滤波器。2.根据权利要求1所述实现配电网谐振抑制电能治理和阻抗测量的多功能装置，其特征在于，电压电流采集模块包括电压互感器和电流互感器；电力电子变换模块包括直流供电电源和电压型逆变器，电压型逆变器采用3个H桥逆变器级联的3H桥级联型三电平逆变器；电压型逆变器采用电容作为直流侧储能元件；电流跟踪控制模块采用模糊PI参数自整定控制器，包括模糊推理模块和PI调节器；驱动模块采用驱动电路；电网阻抗计算模块包括FFT计算模块、正负序转换模块和正负序阻抗模块。3.根据权利要求1
‑
2任意一项所述实现配电网谐振抑制电能治理和阻抗测量的多功能装置的控制方法，其特征在于，电力电子变换模块并联接入电网，在不测量电网阻抗时，多功能装置实时监测电网中谐波电流和谐波电压，当出现谐波电流或者谐波电压并有放大的风险时，电力电子变换模块向电网注入电流，实现配电网的谐波抑制、无功补偿的电能治理功能；当需要测量电网阻抗时，电力电子变换模块通过改变谐波注入信号的频率，向电网中注入频率可变的谐波信号，通过对电网电压和电流中的频率可变的谐波信号的采集和计算，获得电网阻抗。4.根据权利要求3所述实现配电网谐振抑制电能治理和阻抗测量的多功能装置的控制方法，其特征在于，控制方法的具体实现包括：当多功能装置运行在电能治理模式下时，系统的电流指令为指令电流运算模块的输出；当多功能装置运行在阻抗测量模式下时，系统的电流指令为谐波信号注入模块的输出；电能治理的实现包括：通过跟踪负载电流中的谐波分量及无功分量，产生与其大小相等、方向相反的补偿电流，从而抵消线路中的谐波电流及无功分量，使得电源侧电流为正弦波；具体步骤如下：(1)电压电流采集模块对电网电流进行检测，得到补偿对象，从补偿对象中分离出谐波电流分量和无功电流分量，将分离结果输出至指令电流运算模块；(2)指令电流运算模块接收电压电流采集模块的分离结果待补偿电流信号，根据待补偿电流信号，产生与之幅值相等、方向相反的补偿电流指令，作为电流跟踪控制目标输出至电流跟踪控制模块；(3)电流跟踪控制模块接收来自指令电流运算模块的补偿电流指令，运用控制算法，计算得到信号级的电力电子变换模块驱动信号；(4)驱动模块接收信号级电力电子变换器驱动信号，完成转换，得到驱动电力电子变换模块的驱动级驱动信号；(5)电力电子变换模块根据驱动级驱动信号，按照特定序列完成开关管的开通和关断，输出与待补偿电流信号幅值相等、方向相反补偿电流，注入电网，实时补偿电网谐波电流和
无功电流；阻抗测量的实现包括：根据谐波信号注入模块产生特定的谐波信号，在电网其他位置对特定谐波的信号进行分离，根据注入和分离的谐波信号，计算得到电网阻抗，进而实现电网阻抗的测量，具体步骤如下：
①
电压电流采集模块对电网电流进行采样分析，得到电网三相...

【专利技术属性】
技术研发人员：代平均，王开国，林恒，代克民，宫金武，查晓明，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：