[发明专利]一种基于快速傅里叶变换的谐波电流补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子装置控制技术领域，具体涉及一种基于快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform)的谐波电流补偿方法。

背景技术

链式换流器在工程中应用广泛，其由多个单相换流链构成，每个单相换流链由至少一个单相链节(即图1中的级联模组1，2...n)构成，链节与链节之间可通过串联或并联相连接，每个链节包括H桥型电压源换流器。

链式换流器具有诸多优点，可以实现独立分相控制，有利于解决系统的相间平衡问题。其所有链接的基本单元结构完全相同，可以实现模块化设计，便于扩容和维护，并避免了因开关器件直接串并联使用而产生的问题。链式换流器采用普通变压器接入系统，避免了多重化变压器带来的问题，减小了占地面积，降低了装置成本。此外，多电平链式换流器的输出的谐波可忽略，不需要滤波器。

然而，链式结构引发的问题是直流侧电容电压波动剧烈及直流电容电压不平衡，协调控制难度较大。当系统电压不平衡时，存在负序电流使换流器交流侧电流不对称，影响STATCOM正常运行。采用双序电流解耦控制对链式STATCOM输出电流正、负序分量进行独立控制，可以改善其在系统电压不平衡情况下的控制性能，且便于实现基于负序电流的链式STATCOM相间功率平衡控制。该控制在实际应用中对正负序电流的提取采用派克变换法，得到的正负序分量中除了正负序直流分量以外均含有2次谐波。为了充分发挥PI调节器对直流分量的无静差控制特性，在控制系统中加入陷波器对2次谐波电流进行滤除。然而，在电流控制回路中加入陷波器将会导致控制回路带宽降低，延时增大，进而对谐波电流补偿精度造成影响。需设计谐波电流补偿算法，提高控制系统在低带宽情况下对谐波电流的补偿精度。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的提出一种基于快速傅里叶变换的谐波电流补偿算法，该算法通过对谐波电流指令幅值和相位的的独立控制达到提高换流器补偿负载谐波电流精度的目的。

本发明提供的一种基于快速傅里叶变换的谐波电流补偿方法，其改进之处在于：

所述补偿方法包括如下步骤：

(1)对负载电流和链式换流器输出电流进行所述快速傅里叶变换分析，分别得到所述负载电流谐波分量幅值/相位的偏差和所述链式换流器输出电流谐波分量幅值/相位的偏差；

(2)对步骤(1)的两个所述偏差进行滞环控制；

(3)根据步骤(2)的结果决定谐波电流的幅值指令和相位指令的校正方向；

(4)在每个采样周期对所述谐波电流的幅值指令和相位指令进行校正，得到考虑控制器带宽影响的谐波电流幅值指令和相位指令；

(5)对步骤(4)得到的谐波电流的幅值指令和相位指令进行重构；

(6)进行派克变化，得到dq坐标系下的谐波电流指令；

(7)将步骤(6)谐波电流指令叠加到正序电流控制指令中，实现对负载谐波电流的补偿。

本发明提供的第一优选方案的基于快速傅里叶变换的谐波电流补偿方法，其改进之处在于：对谐波电流的校正在频域中实现；通过对需要补偿的谐波电流的幅值指令和相位指令分别进行校正，得到校正后的谐波电流幅值与相位信号，经过谐波电流重构环节得到校正后的时域谐波电流指令。

本发明提供的第二优选方案的基于快速傅里叶变换的谐波电流补偿方法，其改进之处在于：对谐波电流的幅值指令和相位指令采用实时滞环调节的控制方法，所述方法包括如下步骤：

1)对链式换流器输出电流与负载电流进行快速傅里叶变换分析，分别得链式换流器输出电流幅值信号、相位信号和负载电流的幅值信号、相位信号；

2)分别求取负载谐波电流幅值信号误差、负载谐波电流相位信号误差、输出谐波电流幅值信号误差和输出谐波电流相位信号误差，将所述的4个误差分别对应与幅值信号的误差滞环宽度和相位信号的误差滞环宽度作比较，根据滞环控制的输出确定谐波电流幅值指令和相位指令的调节方向；

3)进行滞环控制：当负载谐波电流幅值与输出谐波电流幅值误差在滞环宽度范围内时谐波电流幅值指令不变；当负载谐波电流幅值与输出谐波电流幅值误差大于滞环宽度且为正时，谐波电流幅值指令、增大以减小该误差；当负载谐波电流幅值与输出谐波电流幅值误差大于滞环宽度且为负时，谐波电流幅值指令减小以减小该误差；谐波电流相位滞环控制原理与幅值滞环控制原理相同；

4)在所述每个采样周期循环步骤1)-步骤4)，通过对谐波电流指令的调节降低输出电流与负载谐波电流的误差，提高链式换流器补偿负载谐波电流的精度。