CN107453361B - 一种电力感应调控滤波***谐波传递矩阵计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电力感应调控滤波***谐波传递矩阵计算方法，根据基尔霍夫电压电流定律、多绕组变压器电压传递理论、磁势平衡原理和虚拟阻抗控制原理，建立作为主要谐波源的负载谐波电流和背景谐波电压影响的感应滤波变压器绕组电流传递矩阵；根据所述感应滤波变压器绕组电流传递矩阵获得电力感应调控滤波***分别在实施基于无源滤波方法和基于混合滤波方法两种情况下网侧谐波电流的定量计算关系式。本发明提出的一种电力感应调控滤波***谐波传递矩阵计算方法有效、简单且计算精准。

Description

一种电力感应调控滤波***谐波传递矩阵计算方法
技术领域
本发明涉及一种滤波***，更具体地，涉及一种电力感应调控滤波***谐波传递矩阵计算方法。
背景技术
在目前整流领域内，常用有源滤波装置或无源滤波装置在***网侧改善电能质量，而忽视了谐波或无功分量对电气设备，特别是对整流变压器所造成的影响。感应滤波技术对整流变压器进行再设计，利用额外的第三滤波绕组，在变压器内部抵消谐波磁通，旨在于变压器二次侧消除谐波对其影响。而电力感应调控滤波***结合了感应滤波技术和混合滤波方法的优势，大大提升了感应滤波***的工作性能，使得更多谐波分量能够在变压器二次绕组之间相抵消。目前对于感应调控滤波***的定量分析局限于利用单相等效电路，而少有在三相电路下进行分析。
发明内容
本发明提出一种有效、简单且计算精准的电力感应调控滤波***谐波传递矩阵计算方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种电力感应调控滤波***谐波传递矩阵计算方法，根据基尔霍夫电压电流定律、多绕组变压器电压传递理论、磁势平衡原理和虚拟阻抗控制原理，建立作为主要谐波源的负载谐波电流和背景谐波电压影响的感应滤波变压器绕组电流传递矩阵；根据所述感应滤波变压器绕组电流传递矩阵获得电力感应调控滤波***在分别实施基于无源滤波方法和基于混合滤波方法两种情况下网侧谐波电流的定量计算关系式。
本发明中所提及的电力感应调控滤波***仅利用一组单调谐滤波器，能在多个谐波频率下实现调谐。在三相电路下进行数学建模，列出网侧谐波电流受到负载谐波电流和背景谐波电压作用的传递矩阵，有助于对网侧谐波电流进行精准的定量计算，并能利用该传递矩阵对***进行稳定性分析和设计适应于感应滤波技术的先进控制策略。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明电力感应调控滤波***拓扑结构示意图；
图2为本发明电力感应调控滤波***所采取的控制策略框图；
图3为本发明感应滤波变压器谐波等效电路图。
附图标记：
1、电网 2、***阻抗 3、感应滤波变压器
4、整流负载 5、单调谐滤波器 6、逆变器
7、电网同步及稳压控制 8、虚拟阻抗控制 9、一次绕组
10、二次绕组
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，一种电力感应调控滤波***谐波传递矩阵计算方法，根据基尔霍夫电压电流定律、多绕组变压器电压传递理论、磁势平衡原理和虚拟阻抗控制原理，建立作为主要谐波源的负载谐波电流和背景谐波电压影响的感应滤波变压器绕组电流传递矩阵；根据所述感应滤波变压器绕组电流传递矩阵获得电力感应调控滤波***在分别实施基于无源滤波方法和基于混合滤波方法两种情况下网侧谐波电流的定量计算关系式。
请参见图1，所述电力感应调控滤波***包括一台感应滤波变压3和一条集成于其中的滤波支路5；所述的感应滤波变压器3采用三绕组式结构，其一次绕组采用星形接线方式通过***阻抗2与电网1相连，二次绕组采用延边三角形接线方式，二次延边绕组直接与整流负载4连接，二次三角绕组作为滤波绕组其等效阻抗为零，滤波支路接于三角绕组和延边绕组之间的交点处；
所述的滤波支路包括一组全调谐设计的单调谐滤波器5和一台采用虚拟阻抗控制策略的电压源型逆变器6，其交流端出口电压VC满足如下关系式：
Figure BDA0001321729580000031
其中，Kn是量纲为欧姆的虚拟阻抗，也因此可以等效为一个纯电阻，ISmn为网侧谐波电流，“m”代表A、B、C三相，“n”代表谐波次数。
图2是电力感应调控滤波***所采取的控制策略框图，控制策略主要包括了电网同步及稳压控制7和虚拟阻抗控制两大部分，需要提取的电气量有网侧三相电压、三相电流、逆变器直流电压。
图3是感应滤波变压器谐波等效电路图。根据磁势平衡原理，可得变压器绕组之间的电流关系：
Figure BDA0001321729580000041
式中，IAan、IBbn、ICcn分别是三相负载绕组上的电流；Iabn、Ibcn、Ican分别是三角形绕组内环流的滤波绕组电流。
按照多绕组变压器电压传递公式可得公式3：
Figure BDA0001321729580000042
式中，N1、N2、N3分别为感应滤波变压器一次绕组、二次延边绕组和二次三角绕组的匝数；Z1n和Z3n为感应滤波变压器的等效绕组阻抗；V1m和V3m为感应滤波变压器的加在网侧绕组和滤波绕组上的三相电压；ISmn是网侧三相谐波电流。
根据基尔霍夫电流电压定律，可得公式4-6：
Figure BDA0001321729580000043
Figure BDA0001321729580000044
Figure BDA0001321729580000045
Figure BDA0001321729580000046
其中，Iaon、Ibon、Icon分别是滤波支路上的三相电流；Vaon、Vbon、Vcon分别是滤波支路上的三相电压；VSAn、VSBn、VSCn分别是网侧三相背景谐波电压；ZSn为***阻抗，Zfn为单调谐滤波器的等效阻抗，感应滤波技术要求了在特定谐波频率下的零阻抗设计，即Z3n＝0，Zfn＝0。
结合上述关系式1-6，分别考虑负载谐波电流和背景谐波电压时，感应滤波变压器网侧谐波电流与主要谐波源之间的传递关系可作如下具体表达。
当三相背景谐波电压VSmn为零，考虑负载谐波电流ILmn对变压器网侧谐波电流的影响，即网侧谐波电流的表达式为：
Figure BDA0001321729580000051
式中，ZA1、ZA2、ZP1、ZP2均为***特性阻抗，该特性由***各部分的阻抗参数所决定，且有
Figure BDA0001321729580000052
其具体表达式为：
Figure BDA0001321729580000053
当三相负载谐波电流ILmn为零，背景谐波电压VSmn对变压器网侧谐波电流的影响，即网侧谐波电流的表达式为：
Figure BDA0001321729580000054
根据基本电路原理中的叠加定理，网侧谐波电流可以用谐波电压传递矩阵TV和谐波电流传递矩阵TI作如下表示：
Figure BDA0001321729580000061
当Kn＝0时，可以获得实施基于无源滤波方法的电力感应滤波***的谐波传递关系式。在基于无源滤波方法的电力感应滤波***工作时，网侧谐波电流仅受同相和一个异相负载谐波电流影响，并还受同相背景谐波电压影响；在基于混合滤波方法的电力感应调控滤波***工作时，网侧谐波电流同时受三相负载谐波电流影响，并也受三相背景谐波电压影响。
本发明中所提及的电力感应调控滤波***仅利用一组单调谐滤波器，能在多个谐波频率下实现调谐。在三相电路下进行数学建模，列出网侧谐波电流受到负载谐波电流和背景谐波电压作用的传递矩阵，有助于对网侧谐波电流进行精准的定量计算，并能利用该传递矩阵对***进行稳定性分析和设计适应于感应滤波技术的先进控制策略
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种电力感应调控滤波***谐波传递矩阵计算方法，其特征在于，根据基尔霍夫电压电流定律、多绕组变压器电压传递理论、磁势平衡原理和虚拟阻抗控制原理，建立作为主要谐波源的负载谐波电流和背景谐波电压影响的感应滤波变压器绕组电流传递矩阵；根据所述感应滤波变压器绕组电流传递矩阵获得电力感应调控滤波***在分别实施基于无源滤波方法和基于混合滤波方法两种情况下网侧谐波电流的定量计算关系式；
所述电力感应调控滤波***包括一台感应滤波变压器和一条集成于其中的滤波支路；所述的感应滤波变压器采用三绕组式结构，其一次绕组采用星形接线方式，二次绕组采用延边三角形接线方式，其中三角绕组的等效阻抗为零；
所述的滤波支路包括一组全调谐设计的单调谐滤波器和一台采用虚拟阻抗控制策略的电压源型逆变器，其交流端出口电压VC满足如下关系式：
Figure FDA0002436660700000011
其中，Kn是量纲为欧姆的虚拟阻抗，ISmn为网侧谐波电流，“m”代表A、B、C三相，“n”代表谐波次数；
感应滤波变压器网侧谐波电流与主要谐波源之间的传递关系作如下具体表达：
当三相背景谐波电压VSmn为零时，负载谐波电流ILmn对变压器网侧谐波电流影响，网侧谐波电流的表达式为：
Figure FDA0002436660700000012
式中，ZA1、ZA2、ZP1、ZP2均为***特性阻抗，该特性由***各部分的阻抗参数所决定，且有
Figure FDA0002436660700000013
其具体表达式为：
Figure FDA0002436660700000021
其中，N1、N2、N3分别为感应滤波变压器一次绕组、二次延边绕组和二次三角绕组的匝数，ZSn为***阻抗，Zfn为单调谐滤波器的等效阻抗，Z1n和Z3n为感应滤波变压器的等效绕组阻抗；
当三相负载谐波电流ILmn为零，背景谐波电压VSmn对变压器网侧谐波电流影响，即网侧谐波电流的表达式为：
Figure FDA0002436660700000022
2.如权利要求1所述的一种电力感应调控滤波***谐波传递矩阵计算方法，
其特征在于，根据基本电路原理中的叠加定理，网侧谐波电流可用谐波电压传递矩阵TV和谐波电流传递矩阵TI作如下表示：
Figure FDA0002436660700000023
当Kn＝0时，获得实施基于无源滤波方法的电力感应滤波***的谐波传递关系式。
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