[发明专利]一种大功率间谐波电流源及其控制方法

说明书

本发明涉及一种大功率间谐波电流源及其控制方法，所述控制方法包括整流侧控制和逆变侧控制，其中整流侧控制采用直流电压观测器预测直流电压的瞬时波动，采用逆变侧基波有功功率预测，实现基波功率前馈，无功功率控制目标为零。整流侧控制方法采用一种直流电压状态观测器代替传统的恒定直流电压参考值，保证整流侧输入电流不含间谐波成分；采用逆变侧基波有功功率预测，加入整流侧功率环，保证整流侧功率跟踪速度。

技术领域

本申请涉及电力电子设备技术领域，具体涉及一种大功率间谐波电流源及其控制方法。

背景技术

随着电力电子元件等非线性设备在电力系统中的广泛应用，由此而产生的谐波对电网的污染也越来越严重，谐波问题已引起广泛关注。谐波可分为整数倍谐波和间谐波，其中间谐波的研究较少，其影响和危害是近年来谐波领域研究的重点之一。

间谐波往往由较大的电压波动或冲击性非线性负荷所引起，所有非线性的波动负荷，如电弧焊、电焊机、各种变频调速装置、同步串级调速装置及感应电动机等均为间谐波波源。

为了更好地研究间谐波的影响，间谐波波源的模拟至关重要。目前，间谐波的模拟主要是间谐波信号的模拟，缺乏与真实间谐波波源电压、功率等级相当的间谐波波源模拟设备。

采用背靠背变流器拓扑是大功率间谐波电流源的一种可行的技术手段。但是存在以下两个技术难点：

第一点是背靠背拓扑的整流侧与逆变侧间的功率耦合现象。由于背靠背拓扑中，整流侧与逆变侧共用直流储能电容，当控制不得当时，逆变侧波动会耦合到整流侧波动中。在间谐波电流发生器应用中尤为严重，由于间谐波输出的频率灵活多变，且不是工频的整数倍，导致了逆变侧的功率波动很难预测。整流侧若按传统的控制方法，会将间谐波波动部分引入到输入电流中，从而对工频电源造成污染。

第二点是整流侧的功率跟踪速度。通常采用逆变侧功率前馈提高整流侧的功率跟踪速度。在间谐波电流源的应用中，由于逆变侧功率中含间谐波成分，为了保证整流侧电流中不含间谐波，逆变侧功率前馈不能引入间谐波成分。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：解决目前大功率间谐波电流源采用背靠背变流器拓扑，存在技术难点，同时，目前大功率间谐波电流源整流侧采用传统的控制方法，会将间谐波波动部分引入到输入电流中，从而对工频电源造成污染的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

本发明第一方面提供一种大功率间谐波电流源，包括：输入隔离开关、整流电路、直流滤波电容电路、逆变电路和输出隔离开关；

所述输入隔离开关的一侧用于与工频电网连接，所述输入隔离开关的另一侧与所述整流电路的交流输入侧相连，所述整流电路的直流输出侧通过并联所述直流滤波电容电路连接所述逆变电路的直流输入侧，所述逆变电路的交流输出侧连接所述输出隔离开关的一侧，所述输出隔离开关的另一侧用于连接试验母线。

本发明第二方面提供一种大功率间谐波电流源的控制方法，包括：

整流侧控制：采用直流电压观测器预测直流电压的瞬时波动，采用逆变侧基波有功功率预测，实现基波功率前馈，无功功率控制目标为零；

逆变侧控制：将基波电流指令和各次间谐波电流指令相加，作为总的指令电流，电流内环采用P控制器，加入试验母线电压前馈后除以直流电压生成调制波，并与三角载波比较。

本发明的有益效果是：本发明能够模拟还原与真实间谐波源相当的电压、功率等级，可以输出单个频率间谐波电流或多个频率间谐波电流的叠加，整流侧输入电流不含间谐波。

整流侧控制方法采用一种直流电压状态观测器代替传统的恒定直流电压参考值，保证整流侧输入电流不含间谐波成分；采用逆变侧基波有功功率预测，加入整流侧功率环，保证整流侧功率跟踪速度。