一种基于混合滤波器的谐波抑制方法及系统与流程

本发明涉及谐波抑制领域，尤其涉及一种基于混合滤波器的谐波抑制方法及系统。

背景技术：

1、随着新能源技术的迅速发展，电力电子元器件的大量接入，给传统电力系统引入大量谐波，大量谐波的存在，严重时会烧毁电气设备，影响系统稳定性，给电能质量控制带来困难，必须采取相应的措施来抑制谐波。

2、对于传统的upqc结构，单个的并联型有源滤波器(active power filter,apf)需要对各次谐波进行抑制工作，导致并联型apf会长时间处于高压工作的状态下，加快器件的损耗，并且单一的并联型apf对各次谐波的针对性不强，谐波抑制的精确度不高，无法对谐波进行彻底抑制。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种基于混合滤波器的谐波抑制方法，以达到有效抑制谐波的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

2、一种基于混合滤波器的谐波抑制方法，包括以下步骤：

3、1)构建带有储能元件的upqc结构，其中，储能元件位于串联型有源滤波器apf和并联型有源滤波器apf之间，并与upqc结构中的电容并联；串联型有源滤波器apf与电网端连接；多个并联型有源滤波器apf与负载端连接，且多个并联型有源滤波器apf之间相互并联，多个并联型有源滤波器apf中的每个并联型有源滤波器apf对应与不同次的谐波无源滤波器ppf相连形成对应次的混合滤波器；

4、2)通过ip–iq检测法对谐波进行检测；

5、201)通过锁相环电路获取正弦和余弦信号，并且通过park坐标对三相谐波电流，并在两相旋转坐标系中得到id、iq；

6、202)通过低通滤波器获取直流分量并通过park变换获得基波电流；

7、203)将谐波电流减去基波电流，得到谐波电流分量iah、ibh、ich；

8、3)将各个不同次的谐波电流进行提取，并分配给拥有对应次的混合滤波器，进行谐波的抑制。

9、使用了ip–iq检测法对谐波进行检测，克服了p–q检测法所带来的不足，通过改变ip–iq检测过程的参数，使该检测法可以专门针对某一次谐波的检测，以此来完成在谐波中对该次谐波的检测和提取；针对多个并联型apf相互并联的这一结构，将特定次数的无源滤波器与其中一个并联型apf相连接形成混合滤波器，来专门抑制特定次数的谐波，这样，比起传统的结构中让单个并联型apf完成所有谐波抑制的方案来说，在这个upqc结构中，每一个并联型apf只针对一种谐波来进行抑制，抑制谐波的针对性更强，抑制的精确度提高，并且将交给一个元器件来完成的任务交给多个元器件来完成，减轻了单个并联型apf的压力。

10、作为优选技术手段：在步骤2)ip–iq检测法中，id、iq由下式获得：

11、

12、式中，

13、ia、ib、ic是三相电流分量，iα、iβ是α–β坐标系下的电流分量；

14、三相基波电流iaf、ibf、icf由下式获得：

15、

16、式中iαf、iβf是α–β坐标系下的电流基波分量；

17、是直流分量；

18、最后，谐波电流分量iah、ibh、ich由下式获得：

19、

20、本技术方案通过α-β坐标系下电流分量的计算，可以将三相交错复杂的电压、电流信号转换为一个平面上简单的向量运算问题，提高了计算效率。实现了对不同次数的谐波进行精确检测和有效抑制，在尽可能小的精度损失范围内最大程度地解决了谐波问题。检测方法实现简单、准确度高，且不会受到各种电力设备接入数量和类型等因素所影响，适用性更广。还可以降低噪声干扰的影响，进一步提高了电力质量控制的效果。

21、作为优选技术手段：将有源滤波器等效成uch，谐波电流ish与uch存在的关系为：

22、uch＝kish

23、混合滤波器在谐波环境下的等效电路中，得到如下公式：

24、

25、式中，zch是与串联型apf交流端相连的l型输出滤波器的阻抗，zsh是电网端相连的电感的阻抗，zpfh是无源滤波器的阻抗。有源滤波器可以实现对谐波的有效控制，减少了谐波产生的可能性和系统内部的谐波污染；经过混合滤波器高频滤波后，消除了低频噪声及基波电压对谐波分析和控制的干扰，提高了谐波检测精度；l型输出滤波器结合电感阻抗形成串联型apf电路后，能够提供更强的谐波抑制能力，降低了谐波对电网造成的危害；可以通过k系数对有源滤波器的输出进行调节，根据不同场合需求灵活地进行谐波控制；等效电路简单易行，稳定性好。

26、作为优选技术手段：在步骤3)中，利用三阶广义积分器togi对基波电流以及各个不同次的谐波电流进行分离提取，将低次谐波比如3、5、7、11次谐波分配给各个对应的混合滤波器中，而高次谐波分配给高次谐波的混合滤波器进行滤波处理。针对不同次数的谐波进行差异化的处理，通过对不同次谐波分离提取，实现谐波控制得更为精确。与传统方法相比，该方案具有更好的谐波滤波效果，能够有效地降低谐波产生的破坏性，减少电力系统在运行过程中的谐波污染、振荡等问题。

27、作为优选技术手段：3次谐波检测包括步骤：

28、211)通过锁相环电路获取正弦信号sin3ω和余弦信号-cos3ω，并且通过坐标变换将三相谐波电流分量ia、ib、ic转换成dq坐标系中的电流分量id3、iq3；如下式所示：

29、

30、212)通过低通滤波器获取直流分量对其进行坐标逆变换获得电流分量iaf3、ibf3、icf3，用三相谐波电流分量减去该电流分量即可得到3次谐波电流分量iah3、ibh3、ich3。

31、本技术方案利用锁相环电路获取到三次谐波电流的正弦、余弦信号，而不需要另外的干扰消除电路；同时采用dq坐标系转换能够简化数学处理。采用低通滤波器获取直流分量后，能够有效地去除高频噪声和基波电流的影响，从而提高谐波检测的精度和稳定性；本方法可以快速、准确地提取三次谐波电流分量，并可将这些分量应用于谐波控制和保护等领域中，以实现对谐波干扰的抑制和保护设备的安全运行；在实际应用中，本方法不会对原电路产生任何影响，同时操作简单，易于工程实施和维护。类似于检测三次谐波电流的方法，对于其他次谐波电流的检测，也可以采用类似的方式进行处理。例如，对于五次和七次谐波电流检测，可以利用锁相环等技术获取正弦/余弦信号，并采用同样的坐标转换方式将五相和七相谐波电流分量转换为dq坐标系中的电流分量。在转换至dq坐标系后，可以采用类似的低通滤波和坐标逆变换方法，从而获得五次和七次谐波电流分量。

32、本发明的另一个目的是提供一种基于混合滤波器的谐波抑制系统。以起到更好抑制谐波的作用。

33、一种基于混合滤波器的谐波抑制系统，包括带储能元件的upqc结构、谐波检测模块和谐波分配抑制模块；

34、upqc结构：构建带有储能元件的upqc结构，其中，储能元件位于串联型有源滤波器apf和并联型有源滤波器apf之间，并与upqc结构中的电容并联；串联型有源滤波器apf与电网端连接；多个并联型有源滤波器apf与负载端连接，且多个并联型有源滤波器apf之间相互并联，多个并联型有源滤波器apf中的每个并联型有源滤波器apf对应与不同次的谐波无源滤波器ppf相连形成对应次的混合滤波器；

35、谐波检测模块：通过ip–iq检测法对谐波进行检测；通过锁相环电路获取正弦和余弦信号，并且通过park坐标对三相谐波电流，并在两相旋转坐标系中得到id、iq；通过低通滤波器获取直流分量并通过park变换获得基波电流；将谐波电流减去基波电流，得到谐波电流分量iah、ibh、ich；

36、谐波分配抑制模块：将各个不同次的谐波电流进行提取，并分配给拥有对应次的混合滤波器，进行谐波的抑制。

37、本系统采用了多级混合滤波器结构，可以针对不同次数的谐波电流进行分组，通过并联型的apf和ppf进行抑制和逆变，从而能够快速响应不同次数的谐波干扰，并且抑制效果显著。

38、采用了串并联型的upqc结构，既能够实现负载端电压和电流的控制，又可以在电网端消除谐波影响，适用于不同电压、不同负载的情况，具有良好的通用性和灵活性。同时，该系统可以根据实际需求进行灵活配置和优化。

39、由于本系统采用了多级混合滤波器的抑制方法，即使部分组件失效或故障，整个系统仍然可以保持较好的谐波抑制效果。此外，该系统同时具备了多级电容的储能功能以及upqc的电容缓冲功能，能够较好地提高电力系统运行的鲁棒性。不会引起系统振荡：由于采用了基于储能元件的upqc结构，避免了传统apf所存在的系统稳定性问题，能够保证系统的工作稳定性。本系统具有高效性、灵活性、健壮性和稳定性等优点，是一种可靠、实用、先进的谐波抑制系统，。

40、有益效果：使用了ip–iq检测法对谐波进行检测，克服了p–q检测法所带来的不足，通过改变ip–iq检测过程的参数，使该检测法可以专门针对某一次谐波的检测，以此来完成在谐波中对该次谐波的检测和提取；针对多个并联型apf相互并联的这一结构，将特定次数的无源滤波器与其中一个并联型apf相连接形成混合滤波器，来专门抑制特定次数的谐波，这样，比起传统的结构中让单个并联型apf完成所有谐波抑制的方案来说，在这个upqc结构中，每一个并联型apf只针对一种谐波来进行抑制，抑制谐波的针对性更强，抑制的精确度提高，并且将交给一个元器件来完成的任务交给多个元器件来完成，减轻了单个并联型apf的压力。