一种谐振抑制方法及装置与流程

本发明涉及电力控制技术领域，具体而言，涉及一种谐振抑制方法及装置。

背景技术

风能是一种无污染的可再生能源，蕴藏量十分丰富，近年来，风能的开发和利用受到广泛关注。随着风力发电系统的容量不断增加，风电对电网的影响也越来越大。尤其在一些偏远地区，由于距离主网较远，输电距离较长，所以会在线路中增加串补电容。在双馈风力发电系统中，由于串补电容与电线、变压器及发电机的等效电感容易引起串联谐振，该谐振属于次同步谐振。该次同步谐振的频率一般为几赫兹到十几赫兹，在负阻尼情况下，振荡逐渐发散，产生较大危害，不利于电网的安全稳定运行。

现有的谐振抑制方法只能对已确定频率的谐波进行抑制，实际上谐波的频率不是一个固定值，是变化的，所以现有的解决方案需要先确定谐波的频率，且需要快速跟踪谐波频率的波动，然后再根据谐波的频率进行谐波抑制。所以无法快速抑制谐波，且得到谐波频率的精度对谐波抑制效果有明显的影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种谐振抑制方法及装置，该方法通过提取出的谐波分量对风力发电机的电流进行谐振抑制，以实现对低频段的谐波进行抑制的功能。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种谐振抑制方法，应用于变流器，所述变流器与一风力发电机电连接，所述方法包括：提取所述变流器的采样电流中的谐波分量，所述采样电流为所述风力发电机的电流；在αβ坐标系下依据提取的所述谐波分量对所述风力发电机的电流进行谐振抑制。

第二方面，本发明实施例还提供了一种谐振抑制装置，应用于变流器，所述变流器与一风力发电机电连接，所述装置包括：提取模块，用于提取所述变流器的采样电流中的谐波分量，所述采样电流为所述风力发电机的电流；谐振抑制模块，用于在αβ坐标系下依据提取的所述谐波分量对所述风力发电机的电流进行谐振抑制。

本发明实施例提供的一种谐振抑制方法及装置，通过提取变流器的采样电流中谐波分量，然后根据谐波分量对风力发电机的电流进行谐振抑制。本申请所提供的谐振抑制方法及装置无需计算出采样电流中谐波分量的频率，能够对低频段(几赫兹到十几赫兹)的谐波分量进行抑制，且与现有技术相比省略了计算谐波分量的频率这一步骤，因此具有更快的响应速度和更好的抑制效果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的谐振抑制方法及装置的应用环境的示意图；

图2示出了本发明实施例提供的谐振抑制方法的流程示意图；

图3示出了图2中步骤s1的子流程示意图；

图4示出了图2中步骤s2的子流程示意图；

图5示出了本发明实施例提供的变流器进行谐振抑制的控制原理图；

图6示出了本发明实施例提供的谐振抑制装置的结构示意图。

图标：1-双馈风力发电系统；10-风机；20-风力发电机；30-变流器；300-谐振抑制装置；310-提取模块；311-基波分量提取模块；312-谐波分量提取模块；320-谐振抑制模块；321-电压调节模块；322-谐波分量调节模块；40-变压器；50-电网。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，为本发明实施例提供的谐振方法及装置的应用环境的示意图，双馈风力发电系统1包括风机10、风力发电机20、变流器30、变压器40及电网50，所述风力发电机20与所述风机10、所述变流器30、所述变压器40均电连接，所述变压器40通过电线与所述电网50电连接，所述电网50中串联有电容。

在本实施例中，由于在该双馈风力发电系统1中，所述电网50中串联的电容与所述风力发电机20、变压器40及电线的等效电感容易引起串联谐振，一般为次同步谐振，不利于电网50的安全稳定运行；而本发明实施例所提供的变流器30通过提取出其采样电流中的谐波分量并根据谐波分量对风力发电机20的电流进行谐振抑制，进而对双馈风力发电系统1进行谐振抑制。

如图2所示，为本发明实施例所提供的谐振抑制方法的流程示意图。该谐振抑制方法可应用在图1所示的变流器30中，应说明的是，本发明所述的谐振抑制方法并不以图2以及以下所述的具体顺序为限制。应当理解，在其它实施例中，本发明所述的谐振抑制方法其中部分步骤的顺序可以根据实际需要相互交换，或者其中的部分步骤也可以省略或删除。下面将对图2所示的具体流程进行详细阐述。

步骤s1，提取所述变流器30的采样电流中的谐波分量，所述采样电流为所述风力发电机20的电流。

在本实施例中，所述风力发电机20的电流包括转子电流或定子电流。

在本实施例中，变流器30的采样电流包括基波分量和谐波分量，变流器30可以采用以下两种方式提取采样电流中的谐波分量。

作为一种提取方式，如图3所示，该步骤s1具体包括如下子步骤：

子步骤s11，提取所述采样电流中的基波分量。

其中，谐波分量的频率为第一频率，基波分量的频率为第二频率。该子步骤s11包括：对所述采样电流进行派克变换(parktransformation，park)，将所述谐波分量的频率由所述第一频率变换为第三频率，所述基波分量的频率变换为第四频率，将频率为所述第三频率的所述谐波分量滤除，保留频率为所述第四频率的所述基波分量，对频率为所述第四频率的所述基波分量进行派克反变换(parkinversetransformation，ipark)，以得到频率为所述第二频率的所述基波分量。

其中，所述派克变换指的是将αβ坐标系转换为dq坐标系，在本实施例中，所述派克变换可理解为对αβ坐标系下的采样电流的频率进行50hz的减法运算，得到dq坐标系下的采样电流的频率。所述派克反变换将dq坐标系转换为αβ坐标系，所述派克反变换可以理解为对dq坐标系下的采样电流的频率进行50hz的加法运算，得到αβ坐标系下的采样电流的频率。

例如，在αβ坐标系下，所述变流器30的采样电流包括5hz(即第一频率)的谐波分量和50hz(即第二频率)的基波分量，对5hz的谐波分量和50hz的基波分量进行派克变换，即用50hz与5hz的谐波分量和50hz的基波分量进行减法运算，得到dq坐标系下频率为45hz(即第三频率)的谐波分量和0hz(即第四频率)的基波分量，此时该基波分量为直流量；将dq坐标系下频率为45hz的谐波分量进行滤除，保留频率为0hz的基波分量，在本实施例中，可以采用低通滤波器(lowpassfilter，lpf)对频率为45hz的谐波分量进行滤除，保留频率为0hz的基波分量；将dq坐标系下频率为0hz的基波分量进行派克反变换，即用50hz与0hz的基波分量进行相加，得到αβ坐标系下频率为50hz(即第二频率)的基波分量。

子步骤s12，将所述采样电流与所述基波分量相减得到所述谐波分量。

作为另一种提取方式，所述步骤s1具体包括：滤除所述采样电流中的基波分量，保留所述采样电流中的谐波分量。

在本实施例中，可以采用带阻滤波器对所述变流器30的采样电流中的基波分量进行滤除，进而保留所述变流器30的采样电流中的谐波分量，以得到所述谐波分量。例如，因为在αβ坐标系下所述基波分量的频率为50hz，所述谐波分量的频率为几赫兹到十几赫兹，故所述带阻滤波器可设置为阻止频率为50hz的基波分量通过，而允许频率为几赫兹到十几赫兹的谐波分量通过，进而滤除所述基波分量，保留所述谐波分量，以得到所述谐波分量。

步骤s2，在αβ坐标系下依据提取的所述谐波分量对所述风力发电机20的电流进行谐振抑制。

在本实施例中，因为在αβ坐标系下所述谐波分量的频率一般为几赫兹到十几赫兹，而dq坐标系下所述谐波分量的频率一般为三十几赫兹到六十几赫兹，故αβ坐标系下的谐波分量的频率比dq坐标系下的谐波分量的频率低，变流器30有足够的时间进行谐振抑制处理，使得变流器30在αβ坐标系下比在dq坐标系下进行谐振抑制处理时产生的误差更小。

如图4所示，该步骤s2具体包括如下子步骤：

子步骤s21，根据所述谐波分量与一设定值得到补偿电压。

在本施例中，可以依据所述设定值对所述谐波分量进行pi调节得到所述补偿电压。例如，所述设定值可设定为零，所述设定值与所述谐波分量进行相减处理得到差值，所述差值经过pi调节可以得到补偿电压。可以理解，由于设定值为零，故在经过pi调节后，使得变流器30的采样电流中的谐波分量可以逐渐接近甚至等于零，从而实现对风力发电机20的电流进行谐振抑制。

因为在αβ坐标系下所述变流器30中采样电流的谐波分量的频率比较低(为几赫兹到十几赫兹)，故进行pi调节时，可以做到几乎无静差跟随控制，由于pi调节在低频段(几赫兹到十几赫兹)可以做到几乎无静差跟随控制，故通过pi调节可以得到高精度的补偿电压，而且pi调节无需非常准确的频率捕捉算法。

子步骤s22，依据所述补偿电压对所述变流器30的输出电压进行调节，得到调节电压并输出至所述风力发电机20，以通过所述调节电压抑制所述风力发电机20的电流中的谐波分量。

在本实施例中，所述补偿电压与所述变流器30的输出电压进行处理，得到调节电压并输出至所述风力发电机20。其中，补偿电压与所述变流器30的输出电压进行相加处理，得到调节电压。

因为所述变流器30的采样电流为风力发电机20的电流，而所述风力发电机20根据所述变流器30的调节电压得到励磁电流，进而控制风力发电机20的电流，而所述风力发电机20的电流分两路进行传输，一路传输至后端变压器40进行升压，以传输至电网50，另一路传输至所述变流器30进行闭环控制。故经过pi调节后得到的补偿电压对变流器30的调节电压的调节，可对所述变流器30的采样电流进行谐振抑制，即抑制风力发电机20的电流中的谐波分量，进而实现对双馈风力发电系统1中的谐振抑制。

下面，结合图5所示的谐振抑制的控制原理图，对本发明实施例所提供的谐振抑制方法做进一步的说明。在αβ坐标系下，分别对所述变流器30α轴的采样电流iα和β轴的采样电流iβ进行谐振抑制控制，得到补偿电压δuα和δuβ，即分别对α轴的采样电流iα依次进行派克变换、低通滤波处理及派克反变换得到谐波分量iα2，然后根据所述谐波分量iα2与一设定值iα*得到补偿电压δuα，对β轴的采样电流iβ依次进行派克变换、低通滤波处理及派克反变换得到谐波分量iβ2，然后根据所述谐波分量iβ2与一设定值iβ*得到补偿电压δuβ。

所述变流器30的控制原理是在dq坐标系下，先进行功率跟踪控制得到设定无功电流irq*和设定无功电流irq*，即在d轴根据设定有功功率p*与输入有功功率p进行pi调节，得到设定有功电流ird*，在q轴根据设定无功功率q*与输入无功功率q进行pi调节，得到设定无功电流irq*；然后再根据电流跟踪控制得到dq坐标系下的输出电压ud*和uq*，即在d轴根据设定有功电流ird*与转子电流ird进行pi调节，得到输出电压ud*，在q轴根据设定无功电流irq*与转子电流irq进行pi调节，得到输出电压uq*；然后再对dq坐标系下的输出电压ud*和uq*进行派克反变换，得到αβ坐标系下的输出电压uα*和uβ*；αβ坐标系下的输出电压uα*和uβ*与经过谐振抑制控制得到的补偿电压δuα和δuβ进行相加处理，得到调节电压uα和uβ并传输至所述风力发电机20。

如图6所示，为本发明实施例提供的谐振抑制装置300的结构示意图，所述谐振抑制装置300应用于图1中的变流器30，需要说明的是，本实施例所提供的谐振抑制装置300其基本原理及产生的技术效果与前述方法实施例相同，为简要描述，本实施例中未提及部分，可参考前述方法实施例中的相应内容。所述谐振抑制装置300包括提取模块310和谐振抑制模块320。

所述提取模块310用于提取所述变流器30的采样电流中的谐波分量，所述采样电流为所述风力发电机20的转子电流。

可以理解，所述提取模块310可以执行上述步骤s1。

在本实施例中，所述提取模块310包括基波分量提取模块311和谐波分量提取模块312。所述基波分量提取模块311用于提取所述采样电流中的基波分量；所述谐波分量提取模块312用于将所述采样电流与所述基波分量相减得到所述谐波分量。

可以理解，所述基波分量提取模块311可以执行上述步骤s11，所述谐波分量提取模块312可以执行上述步骤s12。

在本实施例中，所述谐波分量的频率为第一频率，所述基波分量的频率为第二频率，所述基波分量提取模块311用于对所述采样电流进行派克变换，将所述谐波分量的频率由所述第一频率变换为第三频率，所述基波分量的频率变换为第四频率；将频率为所述第三频率的所述谐波分量滤除，保留频率为所述第四频率的所述基波分量；对频率为所述第四频率的所述基波分量进行派克反变换，以得到频率为所述第二频率的所述基波分量。

在另一实施例中，所述提取模块310用于滤除所述采样电流中的基波分量，保留所述采样电流中的谐波分量。

所述谐振抑制模块320用于在αβ坐标系下依据提取的所述谐波分量对所述风力发电机20的电流进行谐振抑制。

可以理解，所述谐振抑制模块320可以执行上述步骤s2。

在本实施例中，所述谐振抑制模块320包括谐波分量调节模块322和电压调节模块321，所述谐波分量调节模块322用于根据所述谐波分量与一设定值得到补偿电压；所述电压调节模块321用于依据所述补偿电压对所述变流器30的输出电压进行调节，得到调节电压并输出至所述风力发电机20，以通过所述调节电压抑制所述风力发电机20的电流中的谐波分量。

可以理解，所述谐波分量调节模块322可以执行上述步骤s21，所述电压调节模块321可以执行上述步骤s22。

在本实施例中，所述谐波分量调节模块322用于依据所述设定值对所述谐波分量进行pi调节得到所述补偿电压。

综上所述，本实施例所提供的谐振抑制方法及装置，先提取变流器的采样电流中谐波分量，然后将一设定值与谐波分量进行相减处理得到一差值，对所述差值进行pi调节，得到补偿电压，再将变流器的输出电压与所述补偿电压进行相加处理，得到调节电压并输出至所述风力发电机。

因为变流器的采样电流为风力发电机的电流，通过对变流器的采样电流中的谐波分量提取，相当于对双馈风力发电系统中的谐波分量提取，通过pi调节可以将变流器的采样电流中谐波分量调节到与设定值相同，而在本实施例中设定值设置为零，故将所述变流器中采样电流的谐波分量调节到零，所述变流器中采样电流的谐波分量为零，即所述双馈风力发电系统中谐波分量也为零，进而实现对所述双馈风力发电系统中谐波分量的抑制。在αβ坐标系下所述变流器中采样电流的谐波分量的频率为几赫兹到十几赫兹的低频段，故进行pi调节时，可以做到几乎无静差跟随控制，故能够对低频段(几赫兹到十几赫兹)的谐波分量进行抑制控制，其中，所述低频段的谐波分量的频率可以为一固定的值，也可以为一实时变化的值，还可以为一固定时间内变化的值。因为采用pi调节，所以无需采用非常准确的频率捕捉算法。与现有技术相比，本申请省略了计算谐波分量的频率这一步骤，直接对谐波分量进行抑制控制，故具有更快的响应速度和更好的抑制效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。