一種無交流電壓采樣的有源諧波電阻裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明設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 控制技術領域。適用于電力系統中諧振的阻尼。
【背景技術】
[0002] 目前，電力系統中諧波污染問題日益嚴重，大量的諧波極易引起電力系統的諧振， 導致系統的故障。對電力系統中諧振的抑制目前主要是通過加設無源電阻實現的。但是無 源電阻的使用不可避免的產生有功能力的損耗，產生發熱等問題。
[0003] 近年來，隨著電力電子技術的發展，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 節能，在未來電力系統諧振阻尼領域有非常廣泛的應用前景。
[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，從而實現對諧振及諧波放大的抑制。為了模擬電阻的伏安特性，傳統的控制方式有兩 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] 傳統的有源諧波電阻的實現，是通過采樣電力電子變流器交流側的電壓/電流，然 后提取出其中的諧波成份，最后控制變流器交流側輸出的諧波電流/電壓，使其模擬出諧波 電阻的特性，來實現抑制諧振的目的。目前有源諧波電阻的控制上，需要對電力電子變流器 交流側端口的電壓和電流進行采樣，需要大量的電壓、電流采樣元件，使其成本較高，又增 加了設備及控制的復雜程度，限制了有源諧波電阻的推廣使用。
【發明內容】
[0006] 為解決現有技術存在的問題，本發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雜度，便于有源諧波電阻 裝置的推廣使用。
[0007] 為實現上述目的，本發明采用W下技術手段：
[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 器的直流側連接有直流電容及直流側電壓采樣電路，變流器的交流側連接有交流濾波電感 及交流電流采樣電路;所述的直流側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，根據變流器直流側直流電容電 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間；
[0012] 然后，根據已經確定的變流器端口基波電壓的角度所在的區間的信息，控制變流 器端口基波電流和基波電壓的角度差，實現對變流器直流側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直流電容 電壓實現。
[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變流器直流側電壓變化的情況，判斷給定基波電流相位和 變流器交流側電壓相位的關系:假如變流直流側電壓上升，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%根據變流器直流側電壓的變化情況 進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，實現變流器直流側電壓的閉環控制；
[0019] 第五步:根據有源諧波電阻的阻值給定，計算變流器直流側電壓給定指令，然后電 流控制器閉環控制變流器直流側電壓，最終實現無交流電壓采樣有源諧波電阻功能。
[0020] 作為本發明方進一步改進，第=步具體步驟為：
[0021] 1)當第二步中的基波電流相位位于第一或第四象限時，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)當第二步中的基波電流相位位于第一或第四象限時，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)當第二步中的基波電流相位位于第二或第=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)當第二步中的基波電流相位位于第二或第=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] 作為本發明方進一步改進，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；
[0030] Udc-變流器直流側電壓值。
[0031] 相對于現有技術，本發明的有益效果是：
[0032] 本發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置直流電容、交流側濾波電感、交流電流采樣電路和直流側電壓 采樣電路，而變流器交流側無電壓采樣電路，控制電路無諧波提取環節，運樣避免需要大量 的電壓、電流采樣元件，增加了設備及控制的復雜程度的不足，通過必要的算法，可W省略 變流器交流側端口電壓采樣元件，直接通過變流器直流側電容電壓的控制實現有源諧波電 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雜度。便于有源諧波電阻裝 置的推廣使用。
[0033] 本發明的控制方法，控制電路通過必要的算法，省略變流器交流側端口電壓采樣 元件，直接通過變流器直流側電容電壓的控制實現有源諧波電阻的功能;控制簡單、準確。
【附圖說明】
[0034] 圖1無電壓采樣有源諧波電阻裝置電路拓撲；
[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變流器交流側基波電壓電流相位關系圖一；
[0037] 圖4變流器交流側基波電壓電流相位關系圖二；
[0038] 圖5變流器交流側基波電壓電流相位關系圖
[0039] 圖6變流器交流側基波電壓電流相位關系圖四；
[0040] 圖7變流器交流側基波電壓電流相位關系圖五；
[0041] 圖8變流器交流側基波電壓電流相位關系圖六。
[0042 ]圖中，1 -變流器，2-直流電容，3-交流側濾波電感，4-交流電流采樣電路，5-直流側 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] 下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明，本發明不限于W下實施例。
[0044] 本發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、交流側濾波電感3、交流電流采樣電路4、直流側電壓采樣電路5和控制電路6組成。變流器 1直流側連接有直流電容2及直流側電壓采樣電路5,變流器1交流側連接有交流濾波電感3 及交流電流采樣電路4。直流側電壓采樣電路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,無諧波提取環節。
[0045] 本發明的電阻裝置可W適用于單相及S相系統。WS相系統為例其電路拓撲如圖 1，由一個=相變流