一种无交流电压采样的有源谐波电阻装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种无交流电压采样的有源谐波电阻装置及方法，属于有源谐波电阻 控制技术领域。适用于电力系统中谐振的阻尼。
【背景技术】
[0002] 目前，电力系统中谐波污染问题日益严重，大量的谐波极易引起电力系统的谐振， 导致系统的故障。对电力系统中谐振的抑制目前主要是通过加设无源电阻实现的。但是无 源电阻的使用不可避免的产生有功能力的损耗，产生发热等问题。
[0003] 近年来，随着电力电子技术的发展，有源谐波电阻的概念被提出。有源谐波电阻是 通过对电力电子变流器的控制，使其在某一谐波频率或者一段谐波频率上模拟电阻的特 性，实现阻尼谐振的目的。有源谐波电阻可W避免有功能量的消耗，相比于无源电阻更加的 节能，在未来电力系统谐振阻尼领域有非常广泛的应用前景。
[0004] 有源谐波电阻是一种用于阻尼谐振及谐波放大的装置。有源谐波电阻利用电力电 子变流器，通过一定的控制手段，使其端口电压和电流在谐波频率上模拟出电阻的伏安特 性，从而实现对谐振及谐波放大的抑制。为了模拟电阻的伏安特性，传统的控制方式有两 种，一种是采样变流器交流端口电压，控制变流器交流端口电流;另一种是采样变流器交流 端口电流，控制变流器交流端口电压。
[0005] 传统的有源谐波电阻的实现，是通过采样电力电子变流器交流侧的电压/电流，然 后提取出其中的谐波成份，最后控制变流器交流侧输出的谐波电流/电压，使其模拟出谐波 电阻的特性，来实现抑制谐振的目的。目前有源谐波电阻的控制上，需要对电力电子变流器 交流侧端口的电压和电流进行采样，需要大量的电压、电流采样元件，使其成本较高，又增 加了设备及控制的复杂程度，限制了有源谐波电阻的推广使用。
【发明内容】
[0006] 为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种无交流电压采样的有源谐波电阻 装置及方法，本装置可W有效降低有源谐波电阻装置的成本及复杂度，便于有源谐波电阻 装置的推广使用。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用W下技术手段：
[0008] -种无交流电压采样的有源谐波电阻装置，包括变流器和控制电路;所述的变流 器的直流侧连接有直流电容及直流侧电压采样电路，变流器的交流侧连接有交流滤波电感 及交流电流采样电路;所述的直流侧电压采样电路的输出端及交流电流采样电路的输出端 连接控制电路;所述的控制电路包括基波电流相位控制器和电流控制器，控制电路计算得 到控制指令，并控制变流器的直流电容电压实现谐波电阻功能。
[0009] 所述的变流器为单相或=相变流器。
[0010] 所述的控制电路控制变流器的直流电容电压实现谐波电阻功能的具体控制方法 为：
[0011] 首先，控制电路控制变流器交流端口的基波电流，根据变流器直流侧直流电容电 压的变化趋势来确定变流器端口基波电压的角度所在的区间；
[0012] 然后，根据已经确定的变流器端口基波电压的角度所在的区间的信息，控制变流 器端口基波电流和基波电压的角度差，实现对变流器直流侧直流电容电压的控制；
[0013] 最后，变流器交流端口所模拟的谐波电阻特性，通过控制变流器直流侧直流电容 电压实现。
[0014] -种基于无交流电压采样的有源谐波电阻装置的控制方法，包括W下步骤：
[0015] 第一步:有源谐波电阻装置开机后，控制电路封锁变流器的脉冲，变流器处于不控 整流模式；
[0016] 第二步:变流器的直流电容电压稳定后，给定基波电流幅值，基波电流相位控制器 运行，基波电流相位控制器根据变流器直流侧电压变化的情况，判断给定基波电流相位和 变流器交流侧电压相位的关系:假如变流直流侧电压上升，则给定的基波电流相位位于第 一或第四象限，假如变流器直流侧电压下降，则给定的基波电压相位位于第二或第=象限；
[0017] 第=步:将第二步中给定基波电流相位加90%根据变流器直流侧电压的变化情况 进一步确定第二步中给定基波电流相位所处的象限；
[0018] 第四步:根据第=步中确定的第二步中给定基波电流相位，利用基波电流相位控 制器控制基波电流相位，实现变流器直流侧电压的闭环控制；
[0019] 第五步:根据有源谐波电阻的阻值给定，计算变流器直流侧电压给定指令，然后电 流控制器闭环控制变流器直流侧电压，最终实现无交流电压采样有源谐波电阻功能。
[0020] 作为本发明方进一步改进，第=步具体步骤为：
[0021] 1)当第二步中的基波电流相位位于第一或第四象限时，且第=步中给定基波电流 相位增加90°后变流器直流侧电压依然增加的情况，则可W确定第二步中给定基波电流相 位处于第四象限；
[0022] 2)当第二步中的基波电流相位位于第一或第四象限时，且第=步中给定基波电流 相位增加90°后变流器直流侧电压减小的情况，则可W确定第二步中给定基波电流相位处 于第一象限；
[0023] 3)当第二步中的基波电流相位位于第二或第=象限时，且第=步中给定基波电流 相位增加90°后变流器直流侧电压增加的情况，则可W确定第二步中给定基波电流相位处 于第S象限；
[0024] 4)当第二步中的基波电流相位位于第二或第=象限时，且第=步中给定基波电流 相位增加90°后变流器直流侧电压依然减小的情况，则可W确定第二步中给定基波电流相 位处于第二象限。
[0025] 作为本发明方进一步改进，所述的有源谐波电阻的等效电阻为：
(U
[0027]式中；
[002引Reqi-等效谐波电阻值；
[0029] Kp-电流控制器比例系数；
[0030] Udc-变流器直流侧电压值。
[0031] 相对于现有技术，本发明的有益效果是：
[0032] 本发明通过了一种无交流电压采样的有源谐波电阻装置，包括变流器和控制电 路，通过在变流器电路上设置直流电容、交流侧滤波电感、交流电流采样电路和直流侧电压 采样电路，而变流器交流侧无电压采样电路，控制电路无谐波提取环节，运样避免需要大量 的电压、电流采样元件，增加了设备及控制的复杂程度的不足，通过必要的算法，可W省略 变流器交流侧端口电压采样元件，直接通过变流器直流侧电容电压的控制实现有源谐波电 阻的功能。运样就可W有效降低有源谐波电阻装置的成本及复杂度。便于有源谐波电阻装 置的推广使用。
[0033] 本发明的控制方法，控制电路通过必要的算法，省略变流器交流侧端口电压采样 元件，直接通过变流器直流侧电容电压的控制实现有源谐波电阻的功能;控制简单、准确。
【附图说明】
[0034] 图1无电压采样有源谐波电阻装置电路拓扑；
[0035] 图2无交流电压采样有源谐波电阻装置控制策略图；
[0036] 图3变流器交流侧基波电压电流相位关系图一；
[0037] 图4变流器交流侧基波电压电流相位关系图二；
[0038] 图5变流器交流侧基波电压电流相位关系图
[0039] 图6变流器交流侧基波电压电流相位关系图四；
[0040] 图7变流器交流侧基波电压电流相位关系图五；
[0041] 图8变流器交流侧基波电压电流相位关系图六。
[0042 ]图中，1 -变流器，2-直流电容，3-交流侧滤波电感，4-交流电流采样电路，5-直流侧 电压采样电路，6-控制电路，7-基波电流相位控制器，8-电流控制器。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，本发明不限于W下实施例。
[0044] 本发明一种无交流电压采样的有源谐波电阻装置由电力电子变流器1、直流电容 2、交流侧滤波电感3、交流电流采样电路4、直流侧电压采样电路5和控制电路6组成。变流器 1直流侧连接有直流电容2及直流侧电压采样电路5,变流器1交流侧连接有交流滤波电感3 及交流电流采样电路4。直流侧电压采样电路5的输出端及交流电流采样电路4的输出端连 接到控制电路6,控制电路6计算得到控制指令，控制变流器1的运行。变流器1交流侧无电压 采样电路。所述控制电路6中，含有基波电流相位控制器7和电流控制器8,无谐波提取环节。
[0045] 本发明的电阻装置可W适用于单相及S相系统。WS相系统为例其电路拓扑如图 1，由一个=相变流