柔性直流背靠背系统直流电流谐波抑制方法及装置与流程

1.本发明涉及背靠背柔性直流输电技术领域，具体涉及一种柔性直流背靠背系统直流电流谐波抑制方法及装置。


背景技术：

2.柔性直流背靠背系统具备有功功率与无功功率快速解耦、独立控制的优点，可对无源系统供电，不存在常规直流输电技术换相失败的问题，受到广泛的关注。系统运行时，由于开关频率优化策略的投入，各桥臂内子模块电容电压之间的不均衡程度加剧，导致直流电流出现谐波，影响系统运行稳定性。因此亟待提出一种柔直背靠背系统直流电流谐波抑制方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种柔性直流背靠背系统直流电流谐波抑制方法及装置，用于解决系统运行时直流电流中的谐波问题。
4.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：
5.本发明的第一方面提供了一种柔性直流背靠背系统直流电流谐波抑制方法，包括：
6.计算各相投入子模块级联电压和的瞬时值；
7.对额定直流母线电压和各相投入子模块级联电压和的瞬时值作差，并经过比例控制器生成各桥臂的参考电压叠加量；
8.将生成的各参考电压叠加量与各桥臂的原始参考电压叠加生成最终的参考电压，并生成开关器件的触发脉冲，以对系统直流电流谐波进行抑制。
9.进一步的，各相投入子模块级联电压和的瞬时值u
sumj
的计算方法为：
[0010][0011]
式中：
[0012]nsum
为每相所有子模块个数；
[0013]usm_ij
为j相第i个子模块电容电压，i＝1,2,3,
…
,n
sum
，j＝a,b,c；
[0014]eij
为j相第i个子模块的状态量，子模块处于切除状态时，该值为0，子模块处于投入状态且输出电压表现为正电压时，该值为1，子模块处于投入状态且输出电压表现为负电压时，该值为-1。
[0015]
进一步的，各个桥臂的参考电压叠加量的计算方法为：
[0016][0017]
式中：δu
pj
为谐波抑制器产生的j相上桥臂参考电压叠加量；δu
nj
为谐波抑制器
产生的j相下桥臂参考电压叠加量；u
dc
为额定直流母线电压；k
p
为所述比例控制器的参数,取值范围推荐为0.4＜k
p
＜0.7；u
sumj
为各相投入子模块级联电压和的瞬时值。
[0018]
进一步的，所述最终的参考电压由下式进行计算：
[0019][0020]
式中，u'
pj
为j相上桥臂最终的参考电压；u
pj
为j相上桥臂原始参考电压；u'
nj
为j相下桥臂最终的参考电压；u
nj
为j相下桥臂原始参考电压。
[0021]
本发明的第二方面提供了一种柔性直流背靠背系统直流电流谐波抑制装置，包括：
[0022]
电压和瞬时值计算模块，用于计算各相投入子模块级联电压和的瞬时值；
[0023]
参考电压叠加量生成模块，用于对额定直流母线电压和各相投入子模块级联电压和的瞬时值作差，并经过比例控制器生成各桥臂的参考电压叠加量；
[0024]
最终参考电压生成模块，用于将生成的各参考电压叠加量与各桥臂的原始参考电压叠加生成最终的参考电压；
[0025]
触发脉冲生成模块，用于生成开关器件的触发脉冲，以对系统直流电流谐波进行抑制。
[0026]
进一步的，所述电压和瞬时值计算模块按照下式计算各相投入子模块级联电压和的瞬时值u
sumj
：
[0027][0028]
式中：
[0029]nsum
为每相所有子模块个数；
[0030]usm_ij
为j相第i个子模块电容电压，i＝1,2,3,
…
,n
sum
，j＝a,b,c；
[0031]eij
为j相第i个子模块的状态量，子模块处于切除状态时，该值为0，子模块处于投入状态且输出电压表现为正电压时，该值为1，子模块处于投入状态且输出电压表现为负电压时，该值为-1。
[0032]
进一步的，所述参考电压叠加量生成模块按照下式计算各个桥臂的参考电压叠加量：
[0033][0034]
式中：δu
pj
为谐波抑制器产生的j相上桥臂参考电压叠加量；δu
nj
为谐波抑制器产生的j相下桥臂参考电压叠加量；u
dc
为额定直流母线电压；k
p
为所述比例控制器的参数，取值范围推荐为0.4＜k
p
＜0.7；u
sumj
为各相投入子模块级联电压和的瞬时值。
[0035]
进一步的，所述最终参考电压生成模块按照下式计算最终的参考电压：
[0036][0037]
式中，u'
pj
为j相上桥臂最终的参考电压；u
pj
为j相上桥臂原始参考电压；u'
nj
为j相
下桥臂最终的参考电压；u
nj
为j相下桥臂原始参考电压。
[0038]
综上所述，本发明涉及一种柔性直流背靠背系统直流电流谐波抑制方法及装置，该方法通过对各相投入子模块级联电压和的控制实现直流电流谐波抑制。该方法的实现包括以下几个步骤：计算各相投入子模块级联电压和的瞬时值；对额定直流母线电压和各相投入子模块级联电压和的瞬时值作差，并经过比例控制器生成各桥臂的参考电压叠加量；将生成的各叠加量与各桥臂的原始参考电压叠加生成终版的参考电压，并生成开关器件的触发脉冲，实现对系统直流电流谐波的抑制。该方法能够在不增大开关频率的基础上实现直流电流谐波的抑制。
附图说明
[0039]
图1是本发明实施例的柔性背靠背系统直流电流谐波抑制方法的流程示意图；
[0040]
图2是本发明实施例的柔性背靠背系统直流电流谐波抑制方法逻辑控制图。
具体实施方式
[0041]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
[0042]
本发明的第一方面提供了一种柔性直流背靠背系统直流电流谐波抑制方法，如图1所示，包括：
[0043]
步骤s100，计算各相投入子模块级联电压和的瞬时值。本发明的控制对象是各相所有投入子模块电容的级联电压和，并将其与额定直流电压值进行比较，因此首先需要求取各相投入子模块的级联电压和的瞬时值。具体的，各相投入子模块级联电压和的瞬时值，定义为各相所有处于投入状态的子模块电容电压瞬时值之和，因此，可计算得到各相所有处于投入状态的子模块级联电压和的瞬时值u
sumj
的计算方法为：
[0044][0045]
式中：
[0046]nsum
为每相所有子模块个数；
[0047]usm_ij
为j相第i个子模块电容电压，i＝1,2,3,
…
,n
sum
，j＝a,b,c；
[0048]eij
为j相第i个子模块的状态量，子模块处于切除状态时，该值为0，子模块处于投入状态且输出电压表现为正电压时，该值为1，子模块处于投入状态且输出电压表现为负电压时，该值为-1。
[0049]
步骤s200，对额定直流母线电压和各相投入子模块级联电压和的瞬时值作差，并经过比例控制器生成各桥臂的参考电压叠加量。计算得到各相投入子模块级联电压和的瞬时值后，就需要对叠加到各桥臂参考电压上的叠加量进行计算，根据谐波抑制原理，设计采用比例控制器，将额定直流电压值与各相投入子模块级联电压和瞬时值之差乘以特定系数，得到各桥臂参考电压的叠加量。具体的，各个桥臂的参考电压叠加量的计算方法为：
[0050][0051]
式中：δu
pj
为谐波抑制器产生的j相上桥臂参考电压叠加量；δu
nj
为谐波抑制器产生的j相下桥臂参考电压叠加量；u
dc
为额定直流母线电压；k
p
为所述比例控制器的参数，取值范围推荐为0.4＜k
p
＜0.7；u
sumj
为各相投入子模块级联电压和的瞬时值。
[0052]
步骤s300，将生成的各参考电压叠加量与各桥臂的原始参考电压叠加生成最终的参考电压，并生成开关器件的触发脉冲，以对系统直流电流谐波进行抑制。对直流电流谐波的抑制，是通过将叠加量叠加至参考电压上，进而实时调整投入的子模块数实现的，因此将计算得到的各个桥臂参考电压的叠加量叠加至各个桥臂的初始参考电压，生成最终参考电压，继而实现直流电流谐波的抑制。具体的，所述最终的参考电压由下式进行计算：
[0053][0054]
式中，u'
pj
为j相上桥臂最终的参考电压；u
pj
为j相上桥臂原始参考电压；u'
nj
为j相下桥臂最终的参考电压；u
nj
为j相下桥臂原始参考电压。
[0055]
对直流电流谐波的抑制，是通过将叠加量叠加至参考电压上，进而实时调整投入的子模块数实现的；
[0056]
当各相所有投入子模块级联电压之和的瞬时值大于额定直流电压值时，需要减少投入子模块个数以降低投入的子模块级联电压之和的瞬时值，降低直流母线电压的波动率，而此时额定直流电压值与投入的子模块级联电压之和的瞬时值之差为负值，即计算得到的叠加量为负值，因此直接将叠加量叠加值参考电压上即可。
[0057]
当各相所有投入子模块级联电压之和的瞬时值小于额定直流电压值时，需要增加投入子模块个数以升高投入的子模块级联电压之和的瞬时值，降低直流母线电压的波动率，而此时额定直流电压值与投入的子模块级联电压之和的瞬时值之差为正值，即计算得到的叠加量为正值，因此直接将叠加量叠加值参考电压上即可。
[0058]
通过计算得到的终版参考电压，再计算得到各开关器件的触发脉冲，实现对开关器件的控制，最终实现对直流电流谐波的抑制。
[0059]
至此，实现了对柔性直流背靠背系统直流电流谐波的抑制。该方法能够在不增加开关器件开关频率的基础上实现对柔性直流背靠背系统直流电流谐波的抑制。
[0060]
本发明的第二方面提供了一种柔性直流背靠背系统直流电流谐波抑制装置，包括：
[0061]
电压和瞬时值计算模块，用于计算各相投入子模块级联电压和的瞬时值；
[0062]
参考电压叠加量生成模块，用于对额定直流母线电压和各相投入子模块级联电压和的瞬时值作差，并经过比例控制器生成各桥臂的参考电压叠加量；
[0063]
最终参考电压生成模块，用于将生成的各参考电压叠加量与各桥臂的原始参考电压叠加生成最终的参考电压；
[0064]
触发脉冲生成模块，用于生成开关器件的触发脉冲，以对系统直流电流谐波进行抑制。
[0065]
如图2所示，图2为本发明所述的柔性背靠背系统直流电流谐波抑制方法框图，二分之一的直流母线电压与双闭环控制器输出量通过加减运算得到各个桥臂的原始参考电压u
pj
、u
nj
，直流母线电压u
dc
作为参考值与各相投入子模块电容电压之和u
sumj
作差后，再经过比例控制器得到各个桥臂参考电压的叠加量δu
pj
、δu
nj
，将各个桥臂参考电压叠加量与原始参考电压相叠加，得到最终的参考电压，并通过触发脉冲生成模块产生触发脉冲控制开关器件的开通和关断，实现直流电流谐波的抑制。
[0066]
综上所述，本发明涉及一种柔性直流背靠背系统直流电流谐波抑制方法及装置，该方法通过对各相投入子模块级联电压和的控制实现直流电流谐波抑制。该方法的实现包括以下几个步骤：计算各相投入子模块级联电压和的瞬时值；对额定直流母线电压和各相投入子模块级联电压和的瞬时值作差，并经过比例控制器生成各桥臂的参考电压叠加量；将生成的各叠加量与各桥臂的原始参考电压叠加生成终版的参考电压，并生成开关器件的触发脉冲，实现对系统直流电流谐波的抑制。该方法能够在不增大开关频率的基础上实现直流电流谐波的抑制。
[0067]
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。