一种辅助变流器非线性负载输出谐波抑制方法及其装置与流程

本发明涉及控制，尤其涉及一种辅助变流器非线性负载输出谐波抑制方法及其装置。

背景技术：

1、辅助变流器可以将高压直流电能转换成三相交流电能，供给列车中压交流负载，其输出电压波形质量是衡量变流器性能的重要依据。由于轨道交通车辆配置的非线性负载(变频空调、桥式整流负载等)产生的非正弦电流中含有大量低次谐波(主要包括5次、7次谐波等)，严重污染中压交流母线，造成中压母线电压畸变，影响其他用电设备的正常工作。非线性负载的电流谐波会引起隔离变压器发热，运行效率下降；该谐波会引起电容器内部介质发生局部放电，内部发热，温升增加，同时可能会产生机械共振引起的介质的机械损伤；电流谐波中的高次成分会对通讯及控制系统造成干扰，影响系统运行。

2、为解决非线性负载引起的中压交流母线电压畸变问题，文献《直驱风力发电机组故障穿越控制策略研究》采用多同步旋转坐标变换，对分解出的5、7次谐波分量进行解耦滤波，消除了谐波倍频分量的影响，但是解耦过程较为复杂，且过多的低通滤波环节降低了系统的动态响应速度，不利于工程应用。文献《基于谐波注入法的级联型逆变器谐波消除研究》提出一种以等面积法和谐波注入为基础消除谐波的方法，但是该方法需要求解微分方程并进行多次迭代，计算量较大，工程实现复杂。专利《一种变流器并联系统的控制系统及控制方法》在《直驱风力发电机组故障穿越控制策略研究》基础上，将5、7次分量解耦提取，采用4组pid控制器对5、7次电压d轴和q轴电压分别控制，且4组pid控制器的输出结果完全独立。根据数学知识，幅值、频率、相位是构成正弦信号的三要素，该专利通过4组pid控制器的输出值同时约束补偿谐波的幅值和相位，在特定工况下可以实现谐波补偿功能，但是，伴随着负载容量的不同，4组pid控制器输出结果重度耦合，易出现振荡，发生补偿失效。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术所存在的缺陷，提供一种辅助变流器非线性负载输出谐波抑制方法及其装置，该方法可以简化解耦、滤波以及控制逻辑，减少了滤波环节，可以提高系统的动态响应速度。

2、为实现上述目的，本发明第一方面，提供一种辅助变流器非线性负载输出谐波抑制方法，包括：

3、获取辅助变流器的三相输出电流和三相输出电压；

4、对所述三相输出电流进行处理，生成基波与谐波的相位差；

5、根据预设的规则和相位差进行谐波相位补偿，生成待补偿的谐波相位；

6、对所述三相输出电压进行处理，生成基波电压幅值和谐波电压幅值；

7、根据所述待补偿的谐波相位、基波电压幅值和谐波电压幅值，生成辅助变流器脉冲，从而实现对辅助变流器非线性负载输出的谐波进行抑制。

8、优选的，所述对所述三相输出电流进行处理，生成基波与谐波的相位差，具体包括：

9、对所述三相输出电流进行三相-两相变换，生成两相交流电流；

10、根据三角函数的正交特性，将基波余弦因子与所述两相交流电流的内积进行离散处理，生成基波相位角度，将谐波余弦因子与所述两相交流电流的内积进行离散处理，生成谐波相位角度；

11、根据所述基波相位角度和谐波相位角度，生成基波与谐波的相位差。

12、优选的，所述根据预设的规则和相位差进行谐波相位补偿，生成待补偿的谐波相位，具体包括：

13、根据输出滤波器的属性参数和预设载荷，生成输出滤波器的伯德图；

14、根据所述输出滤波器的伯德图，得到谐波倍频对应的相位延迟角度；

15、根据谐波倍频对应的相位延迟角度，得到谐波初始补偿信号的相位补偿角度；

16、根据所述谐波初始补偿信号的相位补偿角度和相位差，生成待补偿的谐波相位。

17、进一步优选的，所述根据谐波倍频对应的相位延迟角度，得到谐波初始补偿信号的相位补偿角度之前，还包括：

18、根据所述三相输出电压和三相输出电流，生成辅助变流器计算输出功率；

19、对所述辅助变流器计算输出功率进行滤波得到辅助变流器输出功率。

20、优选的，所述对所述三相输出电压进行处理，生成基波电压幅值和谐波电压幅值，具体包括：

21、对所述三相输出电压进行双同步旋转坐标变换、变量解耦和数字滤波处理，生成基波电压幅值；

22、对所述三相输出电压进行双同步旋转坐标变换和数字滤波处理，生成谐波电压幅值。

23、进一步优选的，所述对所述三相输出电压进行双同步旋转坐标变换、变量解耦和数字滤波处理，生成基波电压幅值，具体包括：

24、对所述三相输出电压以预设第一角度进行双同步旋转坐标变换，然后经变量解耦和数字滤波处理，生成基波d轴直流分量和基波q轴直流分量；

25、根据所述基波d轴直流分量和基波q轴直流分量，生成所述基波电压幅值。

26、进一步优选的，所述对所述三相输出电压进行双同步旋转坐标变换和数字滤波处理，生成谐波电压幅值，具体包括：

27、对所述三相输出电压以预设第二角度进行双同步旋转坐标变换，然后经变量解耦和数字滤波处理，生成谐波d轴直流分量和谐波q轴直流分量；

28、根据所述谐波d轴直流分量和谐波q轴直流分量，生成所述谐波电压幅值。

29、本发明第二方面，提供一种辅助变流器非线性负载输出谐波抑制装置，包括：

30、获取模块，用于获取辅助变流器的三相输出电流和三相输出电压；

31、相位差生成模块，用于对所述三相输出电流进行处理，生成基波与谐波的相位差；

32、待补偿的谐波相位生成模块，用于根据预设的规则和相位差进行谐波相位补偿，生成待补偿的谐波相位；

33、电压幅值生成模块，用于对所述三相输出电压进行处理，生成基波电压幅值和谐波电压幅值；

34、辅助变流器脉冲生成模块，用于根据所述待补偿的谐波相位、基波电压幅值和谐波电压幅值，生成辅助变流器脉冲，从而实现对辅助变流器非线性负载输出的谐波进行抑制。

35、本发明第三方面，提供一种计算机服务器，包括：存储器、处理器和收发器；

36、所述处理器用于与所述存储器耦合，读取并执行所述存储器中的指令，以实现上述第一方面任一项所述的辅助变流器非线性负载输出谐波抑制方法；

37、所述收发器与所述处理器耦合，由所述处理器控制所述收发器进行消息收发。

38、本发明第四方面，提供一种存储介质，包括程序或指令，当所述程序或指令在计算机上运行时，实现上述第一方面任一项所述的辅助变流器非线性负载输出谐波抑制方法。

39、本发明实施例提供的一种辅助变流器非线性负载输出谐波抑制方法，利用三角函数的正交特性，对三相输出电流进行处理，得到了基波与谐波的电位差，继而根据相位差获得谐波的反补相位，还考虑输出滤波电感和输出滤波电容对反补信号的相位延迟影响，获得完备的待补偿的谐波相位。对三相输出电压进行处理，得到基波电压幅值和谐波电压幅值，最后生成辅助变流器脉冲，从而实现对谐波的抑制。