一种应用于电力电子的谐波抑制系统的制作方法

本发明涉及电力电子控制，具体是涉及一种应用于电力电子的谐波抑制系统。

背景技术：

1、随着逆变器、整流器、变流器等电力电子装置在电力系统及工业用电场景中的广泛应用，功率开关器件的周期性通断、脉宽调制以及负载变化等因素会使装置产生不同次数的谐波。谐波含量较高时，会增加装置损耗及发热，并可能对电能质量及相关用电设备的稳定运行产生影响，因此通常需要对电力电子装置运行过程中的谐波进行检测及抑制。

2、现有谐波抑制技术通常对采集的电压或电流进行谐波分解，根据检测得到的各次谐波幅值设置相应的补偿参数，并通过有源滤波、谐振控制或补偿电流注入等方式降低目标谐波。当某次谐波超过设定范围时，再提高该次谐波对应的补偿量，部分方案还根据负载变化对补偿参数进行自适应调整。

3、然而，电力电子装置的负载率、直流母线电压、调制比、开关频率或工作模式发生变化时，各次谐波并非始终保持固定的能量分布，原有主导谐波可能逐渐降低，而其他谐波同时增加并成为新的主要谐波。现有方案通常侧重于当前谐波幅值或超限结果，难以及时识别运行状态变化前后不同谐波分量之间的这种变化关系，往往需要等待新的目标谐波明显升高后再调整抑制参数，存在抑制对象调整滞后的问题；同时，直接切换不同谐波的补偿参数还可能造成抑制能力分配不合理。

4、因此，如何根据运行状态变化过程中的谐波能量变化及时调整不同谐波分量的抑制能力，仍有进一步改进的空间。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种应用于电力电子的谐波抑制系统。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种应用于电力电子的谐波抑制系统，包括：

4、数据采集模块，用于获取电力电子装置电压、电流及运行状态参数；

5、谐波分析模块，用于按连续时间窗口对电压及电流进行谐波分解，获得各次谐波分量及其能量，形成谐波状态序列；

6、迁移判定模块，用于根据谐波状态序列确定当前主导谐波分量，并在运行状态参数变化时确定变化时刻，以变化时刻为界形成第一窗口组及第二窗口组，根据两窗口组的能量变化确定当前主导谐波分量的降低程度及其余谐波分量的增加程度，将增加程度达到第一阈值者作为候选谐波分量，从占总谐波能量比例达到第二阈值的候选谐波分量中，按能量增加率由高至低排序，将排序首位谐波分量确定为迁移目标谐波分量，并根据降低程度及迁移目标谐波分量的增加程度确定谐波迁移程度；

7、抑制分配模块，用于根据谐波迁移程度降低当前主导谐波分量的抑制权重并提高迁移目标谐波分量的抑制权重，根据调整后的抑制权重及谐波幅值确定补偿指令幅值并生成谐波抑制参数；

8、反馈修正模块，用于根据抑制后的谐波状态序列确定迁移目标谐波分量的能量降低率，在能量降低率未达到第三阈值时重新确定迁移目标谐波分量，反馈至抑制分配模块更新抑制权重及谐波抑制参数。

9、优选地，所述谐波分析模块中，形成谐波状态序列的方法包括：

10、对每一时间窗口内的电压及电流进行谐波分解，获得预设谐波次数对应的电压谐波分量及电流谐波分量；

11、对各次电流谐波分量在时间窗口内的采样值平方后累加，得到对应的谐波能量，将各次谐波能量之和确定为总谐波能量；

12、按照谐波次数及时间窗口的先后顺序排列各次谐波能量，形成谐波状态序列。

13、优选地，所述迁移判定模块中，确定第一窗口组及第二窗口组的方法包括：

14、比较相邻时间窗口对应的运行状态参数；

15、对于数值型运行状态参数，在其变化量达到对应的状态变化阈值时确定运行状态参数发生变化；对于状态型运行状态参数，在其状态取值发生切换时确定运行状态参数发生变化，并记录对应的变化时刻；

16、从变化时刻之前选取连续两个以上时间窗口形成第一窗口组，从变化时刻之后选取相同数量的连续时间窗口形成第二窗口组，分别确定两窗口组中各次谐波分量的平均谐波能量。

17、优选地，所述迁移判定模块中，确定当前主导谐波分量及候选谐波分量的方法包括：

18、根据第一窗口组中各次谐波分量的平均谐波能量确定对应的谐波能量占比，按照所述谐波能量占比由高至低进行排序，将排序首位的谐波分量确定为当前主导谐波分量；

19、对除所述当前主导谐波分量之外的各次谐波分量，根据第二窗口组平均谐波能量与第一窗口组平均谐波能量的差值占第一窗口组平均谐波能量的比例，确定对应谐波分量的增加程度，所述增加程度为谐波能量增加率，将所述增加程度达到所述第一阈值的谐波分量确定为候选谐波分量。

20、优选地，所述迁移判定模块中，确定谐波迁移程度的方法包括：

21、根据所述当前主导谐波分量在第一窗口组及第二窗口组中的平均谐波能量差值占第一窗口组平均谐波能量的比例，确定所述当前主导谐波分量的降低程度，所述降低程度为主导谐波能量降低率；

22、确定所述迁移目标谐波分量在第二窗口组中的谐波能量占比；

23、将所述当前主导谐波分量的降低程度、所述迁移目标谐波分量的增加程度及所述谐波能量占比分别归一化后，与第一权重、第二权重及第三权重相乘并求和，得到所述谐波迁移程度，其中，所述第一权重、第二权重及第三权重均大于0且之和为1。

24、优选地，所述抑制分配模块中，调整抑制权重的方法包括：

25、根据当前主导谐波分量的当前抑制权重与预设保留权重的差值确定可转移抑制权重上限，预设保留权重小于当前抑制权重；

26、将谐波迁移程度与可转移抑制权重上限的乘积确定为权重调整量；

27、从当前主导谐波分量的抑制权重中扣减权重调整量，并将权重调整量增加至迁移目标谐波分量的抑制权重，使各谐波分量的抑制权重总和保持不变。

28、优选地，所述抑制分配模块中，确定补偿指令幅值的方法包括：

29、将各次谐波分量的幅值作为对应的基础补偿指令幅值；

30、将基础补偿指令幅值与调整后的对应抑制权重的乘积确定为补偿指令幅值，并根据对应谐波分量的相位确定反向补偿相位；

31、根据补偿指令幅值及反向补偿相位形成谐波抑制参数。

32、优选地，所述反馈修正模块中，确定谐波能量降低率的方法包括：

33、确定执行谐波抑制参数前迁移目标谐波分量在连续两个以上时间窗口内的第一平均谐波能量，并确定执行谐波抑制参数后迁移目标谐波分量在相同数量连续时间窗口内的第二平均谐波能量；

34、根据第一平均谐波能量与第二平均谐波能量的差值占第一平均谐波能量的比例确定能量降低率。

35、优选地，所述反馈修正模块中，重新确定迁移目标谐波分量的方法包括：

36、在能量降低率未达到第三阈值时，从抑制后的谐波状态序列中筛选在连续两个以上时间窗口内谐波能量依次增加、谐波能量增加率达到第一阈值且谐波能量占总谐波能量比例达到第二阈值的谐波分量；

37、按照筛选出的各谐波分量的谐波能量增加率由高至低进行排序，将排序首位的谐波分量确定为校正后的迁移目标谐波分量，并反馈至所述抑制分配模块。

38、优选地，所述运行状态参数包括直流母线电压、负载率、调制比、开关频率及工作模式中的至少一种。

39、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

40、本发明通过对运行状态变化前后的谐波状态序列进行比较，结合当前主导谐波分量的降低程度及其他谐波分量的增加程度识别谐波迁移趋势，相较于仅依据当前谐波幅值或谐波超限结果进行补偿，能够在电力电子装置运行状态变化过程中及时确定迁移目标谐波分量，减少谐波抑制对象调整滞后；根据当前主导谐波分量的降低程度、迁移目标谐波分量的增加程度及谐波能量占比确定谐波迁移程度，并依据谐波迁移程度将部分抑制权重由当前主导谐波分量转移至迁移目标谐波分量，在保留原主导谐波抑制能力的同时逐步提高迁移目标谐波的抑制能力，减少不同谐波抑制通道直接切换造成的补偿量突变，提高运行状态转换阶段谐波抑制的连续性；通过谐波能量增加程度及谐波能量占比对候选谐波分量进行双重筛选，并从满足条件的候选谐波分量中确定迁移目标谐波分量，能够降低低能量谐波因短时增长比例较高而被错误确定为主要抑制对象的概率，使有限的谐波抑制能力更加集中于当前需要优先处理的谐波分量；根据执行谐波抑制参数后的谐波能量降低率对迁移目标及抑制结果进行反馈校验，在抑制效果未达到预设要求时重新确定迁移目标谐波分量并更新抑制权重及谐波抑制参数，从而形成谐波检测、迁移判定、抑制能力分配及反馈修正的闭环，提高系统对负载率、直流母线电压、调制比、开关频率及工作模式变化的适应能力。