【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力电子领域，具体为一种级联h桥型静止无功发生器一体化设计方法及相关设备。
技术介绍
1、电网中非线性负载不断接入,导致电网电能质量问题愈发突出,而无功补偿技术是改善电能质量,提高系统稳定性的有效途径。静止无功发生器(static var generator,svg)作为无功补偿有效技术手段,具有动态响应快速,补偿效果显著,输出电流谐波小等优点,已受到广泛应用，而在高渗透率高占比新能源接入的电网中，电网强度较弱且存在较大变化，在这种情况下，需开展适用于弱电网(短路比scr＝2.5)场景下的svg在电网短路等大范围扰动情况下的解决方案；同时构建svg系统模型及包含器件成本、滤波性能等在内的多目标优化函数，进而完成主回路参数的最优设计，实现最小负载电流从目前的3％提高到2％、直流电容容值同额定电流的比值从10减小到8.5、交流输入滤波电感的电抗率从10％降低到8％。
2、目前，首先对于级联h桥型svg主回路参数设计来说，均完全不考虑控制系统对滤波参数设计的影响。即先以交流侧电感电流纹波、无功功率大小、直流侧电容电压充电时间、波动范围等为约束条件确定交流电感、直流电容以及模块数的取值范围,再以开关频率附近的边带谐波畸变率、系统成本等为指标,借助试凑法、枚举法、迭代法或智能优化算法确定主回路参数。这种参数设计思路并未考虑到控制系统对级联h桥型svg参数设计的影响,故仅在高开关频率情况下设计精度较高。其次对于级联h桥型svg控制系统的参数设计，总电压控制、相间与相内电压均衡控制、电流跟踪控制四部分完全独立，无法进
3、因此，对于级联h桥型svg主回路与控制系统参数设计的相关研究主要存在以下方面缺陷
4、(1)独立地设计控制参数和主回路参数难以在满足系统性能要求的前提下实现系统体积成本最小化。对于控制参数来说，各电压均衡模块的控制会相互影响，并且电压均衡控制也会影响电流的跟踪控制。
5、(2)对网侧电流波形质量这一关键优化目标的建模仍不精确。现有研究大都采用以下两种方式来反映网侧电流波形质量这一指标。第一,以级联h桥型svg网侧滤波电感上纹波电流作为评判指标。但这种指标只能间接反映网侧电流波形的好坏,不能直接体现网侧电流谐波畸变率,故采用该指标优化得到的参数未必能达到理想效果。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种级联h桥型静止无功发生器一体化设计方法及相关设备，以克服现有技术中各电压均衡模块的控制会相互影响，并且电压均衡控制也会影响电流的跟踪控制的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、级联h桥型静止无功发生器一体化设计方法，主要包含以下步骤：
4、计算级联h桥型静止无功发生器的输出电流谐波；
5、根据级联h桥型静止无功发生器的输出电流谐波构建级联h桥型静止无功发生器系统的闭环数学模型；
6、根据所述闭环数学模型确定交流侧滤波电感和直流侧稳压电容的初选范围；
7、根据交流侧滤波电感和直流侧稳压电容的初选范围，对级联h桥型静止无功发生器的主电路参数以及控制参数进行一体化设计，确定交流侧滤波电感、直流侧稳压电容和串联h桥模块数以及控制参数的取值。
8、优选地，计算级联h桥型静止无功发生器的输出电流谐波主要包含以下步骤：
9、基于二重傅里叶级数推导出载波移相调制级联h桥svg输出桥臂电压的傅里叶级数展开式；
10、根据输出桥臂电压获得级联h桥型输出线电压的傅里叶级数展开式与输出线电压高频谐波分量幅值，进而可得输出相电压高频谐波幅值；
11、根据级联h桥型无功发生器入网电流谐波与输出相电压之间的传递函数，计算无功发生器入网电流谐波与总谐波畸变率；
12、优选地，基于输出电流谐波构建级联h桥型静止无功发生器系统的精确闭环数学模型主要包含以下步骤：
13、构建级联h桥型无功发生器最里层模型，建立各模块直流侧相电压变化量，输入指令电流变化量与占空比的关系，为静止无功发生器相内均压控制提供分析对象；
14、构建级联h桥型无功发生器中间层模型，在最里层模型基础上忽略相内各串联模块的差异，考虑三相之间直流侧电压的差异，建立反映各相直流侧电压变化量，输入指令电流变化量与占空比之间关系的模型，为逆变器的相间均压控制提供分析对象；
15、构建级联h桥型无功发生器最外层模型，在中间层的基础上进一步忽略各相串联模块之间的差异，将三相看作一个整体，建立反映总直流侧电压、交流侧电流与占空比之间关系的模型，此模型为逆变器的总电压控制和跟踪电流控制提供分析对象；
16、优选地，直流侧稳压电容的初选范围
17、根据确定直流侧稳压电容的最大值
18、其中tr为直流电压以初始值越变至额定值时的上升时间，rl为直流侧电容等效并联电阻；
19、根据公式确定c的最小值，其中ω为电网电压角频率，udc为电容电压波动最大值，δudc为电容电压波动最大值，un为电网电压有效值，in为电网电流有效值；
20、优选地，确定交流侧滤波电感，直流侧稳压电容，串联h桥模块数以及控制参数的取值主要包含以下步骤：
21、s41：根据交流侧滤波电感和直流侧稳压电容的初选范围，初始化粒子群参数、系统参数和粒子群落；
22、s42：根据粒子群参数、系统参数和粒子群落构建筛选条件和优化目标；
23、其中筛选条件包括，静止无功发生器输出电流跟踪误差、电流内环调节时间、总电压环调节时间、稳定裕度和输出电流谐波畸变率的筛选条件；
24、优化目标包括：入网电流跟踪误差、系统调节时间、稳定裕度、入网电流谐波畸变率和器件成本的优化目标；
25、s43：根据筛选条件和优化目标计算总适应值；
26、s44：更新个体最优解和个体最优适应值；
27、s45：更新全局最优解和全局最优适应值；
28、s46：判断是否达到迭代次数,如果达到,执行s47,如果未达到迭代次数,则执行s42
29、s47：输出交流侧滤波电感、直流侧稳压电容和串联h桥模块数以及控制参数的取值。
30、优选地，器件成本计算方法具体如下
31、fcost＝a1l+a2nc
32、a1和a2分别表示滤波电感和直流侧电容器的成本系数，l为交流侧滤波电感，c为直流侧电容，n为串联h桥数目。
33、优选地，静止无功发生器输出电流跟踪误差的筛选条件为，如果|i*ga-iga|小于εg,εg为稳态误差指标要求的最大值，则筛选条件1的适应值为0,否则为1，其中iga为系统进入稳态后网侧电流的基波幅值；
34、总电压环调节时间ts的筛选条件为，如果ts小于tm,，则筛选条件2的适应值为0,否则为1，其中ts为系统调节时间，tm为调节时间指标要求的最大值；
35、稳定本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.级联H桥型静止无功发生器一体化设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的级联H桥型静止无功发生器一体化设计方法，其特征在于，计算级联H桥型静止无功发生器的输出电流谐波主要包含以下步骤：
3.根据权利要求1所述的级联H桥型静止无功发生器一体化设计方法，其特征在于，基于输出电流谐波构建级联H桥型静止无功发生器系统的精确闭环数学模型主要包含以下步骤：
4.根据权利要求1所述的级联H桥型静止无功发生器一体化设计方法，其特征在于，直流侧稳压电容的初选范围
5.根据权利要求1所述的级联H桥型静止无功发生器一体化设计方法，其特征在于，确定交流侧滤波电感，直流侧稳压电容，串联H桥模块数以及控制参数的取值主要包含以下步骤：
6.根据权利要求5所述的级联H桥型静止无功发生器一体化设计方法，其特征在于，器件成本计算方法具体如下
7.根据权利要求5所述的级联H桥型静止无功发生器一体化设计方法，其特征在于，静止无功发生器输出电流跟踪误差的筛选条件为，如果|i*ga-iga|小于εg,εg为稳态误差指标要求的最大值，则筛
8.一种级联H桥型静止无功发生器一体化设计系统，其特征在于，包括：
9.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器以及存储器，存储器用于存储计算机可执行程序，处理器从存储器中读取所述计算机可执行程序并执行，处理器执行计算可执行程序时能实现权利要求1～7中任一项所述级联H桥型静止无功发生器一体化设计方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，能实现如权利要求1～7中任一项所述的级联H桥型静止无功发生器一体化设计方法。
...【技术特征摘要】
1.级联h桥型静止无功发生器一体化设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的级联h桥型静止无功发生器一体化设计方法，其特征在于，计算级联h桥型静止无功发生器的输出电流谐波主要包含以下步骤：
3.根据权利要求1所述的级联h桥型静止无功发生器一体化设计方法，其特征在于，基于输出电流谐波构建级联h桥型静止无功发生器系统的精确闭环数学模型主要包含以下步骤：
4.根据权利要求1所述的级联h桥型静止无功发生器一体化设计方法，其特征在于，直流侧稳压电容的初选范围
5.根据权利要求1所述的级联h桥型静止无功发生器一体化设计方法，其特征在于，确定交流侧滤波电感，直流侧稳压电容，串联h桥模块数以及控制参数的取值主要包含以下步骤：
6.根据权利要求5所述的级联h桥型静止无功发生器一体化设计方法，其特征在于，器件成本计算方法具体如下
<...【专利技术属性】
技术研发人员：荣毅，刘翠翠，柴闻龙，何英杰，陈乐，蔡雨希，李嘉豪，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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