[发明专利]电气谐波探测与抑制装置及方法

权利要求书

1.一种电气谐波探测与抑制装置，包括系统电源(6)、三相四线制用电负荷(1)、电气谐波抑制单元(2)、控制系统(3)；其特征在于：电气谐波抑制单元(2)并接在系统电源(6)与三相四线制用电负荷(1)之间；在系统电源(6)与电气谐波抑制单元(2)之间连接有系统电压互感器(4)，系统电压互感器(4)的输出端连接到控制系统(3)的系统电压采样端口；在三相四线制用电负荷(1)与电气谐波抑制单元(2)之间穿有负荷电流互感器(5)，负荷电流互感器(5)的输出端连接到控制系统(3)的负荷电流采样端口；

在控制系统(3)中设有报警通讯端口、系统电压采样端口、负荷电流采样端口、PWM输出端口、输出电流采样端口、直流电压采样端口；控制系统(3)的PWM脉冲输出信号端口直接连接到电气谐波抑制单元(2)的驱动电路。

2.根据权利要求1所述的电气谐波探测与抑制装置，其特征在于：所述的电气谐波抑制单元(2)是由输出电抗器(9)、由绝缘栅双极型晶体管IGBT构成的三相全桥逆变单元(12)、两组串接的电容(11)组成；在输出电抗器(9)和三相全桥逆变单元(12)之间穿接有输出电流互感器(10)，输出电流互感器(10)的输出端连接到控制系统(3)的输出电流采样端口；三相全桥逆变单元(12)的直流侧连接两组串接的电容(11)，与两组串接的电容(11)的中点相连的是零线n，两组串接的电容(11)的正负两端连接到直流电压互感器(8)，直流电压互感器(8)的输出端连接到控制系统(3)的直流电压采样端口。

3.一种如权利要求1所述的电气谐波探测与抑制装置的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1)、通过系统电压采样互感器(4)的采样信号，经过控制系统(3)的模数转换电路之后得到系统电压的数字量信号，再经系统电压互感器(4)的变比进行折算后，计算得到三相系统电压实际的离散的瞬时值信号Usa、Usb、Usc，通过FFT(快速傅里叶变换)程序，计算出A、B、C各相的1-25次电压谐波畸变率THDvn和总电压谐波畸变率THDv；

通过输出电流采样互感器(10)的采样信号，经过控制系统(3)的模数转换电路之后得到输出电流的数字量信号，再经输出电流互感器的变比进行折算后，计算得到三相输出电流实际的离散的瞬时值信号ia_out、ib_out、ic_out；

通过直流电压采样互感器(8)的采样信号，经过控制系统(3)的模数转换电路之后得到直流电压的数字量信号，再经直流电压互感器(8)的变比进行折算后，计算得到直流电压实际的离散的瞬时值信号，对此信号经过一个工频时间周期的累加求和并除以在一个工频时间周期内的采样次数，得到直流电压有效值U_DC；

通过负荷电流采样互感器(5)的采样信号，经过控制系统(3)的模数转换电路之后得到负荷电流的数字量信号，再经负荷电流互感器的变比进行折算后，计算得到三相负荷电流实际的离散的瞬时值信号ila、ilb、ilc，通过FFT(快速傅里叶变换)程序，计算出A、B、C各相的1-25次电流谐波畸变率THDin和总电流谐波畸变率THDi。

步骤2)、根据《GB/T 14549-1993电能质量公用电网谐波》的国家标准，对于电压谐波总畸变率以及各次电流谐波畸变率(或折算成电流谐波总畸变率)的规定限值，根据限值设置谐波预警定值，并保存在控制系统的(3)FLASH中；当在5个工频周期内THDv或者THDin(或THDi)的平均值超过定值，电气谐波探测与抑制装置在30s内发出谐波超定值的声光预警，并立即启动抑制功能。

步骤3)、采用傅里叶程序计算基波电流，傅里叶变换程序如下(以A相为例)：

(1)负荷电流的傅里叶级数是：

其中：f(t)为负荷电流函数，A₀为直流分量，a_n＝A_n sin φ_l，b_n＝A_n cos φ_l，

(2)对负荷基波电流的计算，只需要计算出基波傅里叶系数a₁和b₁即可：

(3)根据积分原理，计算出基波傅里叶系数a₁和b₁，并且忽略A₀直流分量的影响，则可得到：

A相的负荷基波电流为：B_ila＝a₁ cos nωt+b₁ sin nωt

同理可以得到B、C两相的基波电流B_ilb、C_ilb。

步骤4)、计算谐波电流的抑制目标值ia_{t arg et}、ib_{t arg et}、ic_{t arg et}：

由负荷电流的基波电流B_ila、B_ilb、B_ilc和瞬时负载电流ila、ilb、ilc相减后得到抑制目标值；同时对一个周波内直流电压的有效值U_DC和直流电压目标值(在抑制状态时直流需要达到的目标)经一个PI控制，得到一个维持直流电压需要的一个有功分量U_DCPI：

ia_{t arg et}＝(B_ila)-ila+U_DCPI

ib_{t arg et}＝(B_ilb)-ilb+U_DCPI

ic_{t arg et}＝(B_ilc)-ilc+U_DCPI

步骤5)、根据滞环控制理论，由抑制目标值ia_{t arg et}、ib_{t arg et}、ic_{t arg et}和三相输出电流实际的离散的瞬时值信号ia_out、ib_out、ic_out的比较可得到控制IGBT开关的方程：

ia_{t arg et}-ia_out≥W_A KA＝1；

ia_{t arg et}-ia_out≤W_A KA＝0；

ib_{t arg et}-ib_out≥W_A KB＝1；

ib_{t arg et}-ib_out≤W_A KB＝0；

ic_{t arg et}-ic_out≥W_A KC＝1；

ic_{t arg et}-ic_out≤W_A KC＝0；

其中：W_A为环宽电流，KA、KB、KC为A、B、C三相桥臂的IGBT的开关状态，当KA＝1时代表，A相上桥臂打开，下桥臂关闭；当KA＝0时代表，A相上桥臂关闭，下桥臂打开；B、C两相与此同理。

步骤6)、根据步骤5计算出的KA、KB、KC的A、B、C三相桥臂的IGBT的开关状态，生成PWM触发脉冲序列，经IGBT驱动电路控制绝缘栅双极型晶体管IGBT导通和关断，从而控制抑制单元输出，达到抑制目标值。