本發(fā)明屬于電能質(zhì)量分析與控制技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
多并聯(lián)的級聯(lián)h橋型靜止無功發(fā)生器（staticvargenerator，svg）因能提高動態(tài)無功補償?shù)目焖傩?，增大補償無功的容量，減少系統(tǒng)側(cè)的諧波含量，已經(jīng)得到了廣泛的應用。然而，由于并聯(lián)svg之間的高頻載波初相位參數(shù)不一致，造成大量諧波環(huán)流，提高了并聯(lián)svg間的諧波含量，影響無功補償?shù)男Ч?，嚴重時會造成svg各閥組直流電容間發(fā)生單向充放電，使其與電網(wǎng)連接的重合閘斷開，使svg自動退出系統(tǒng)運行，電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)隨之瞬間下降，在已有技術(shù)層面上很難消除和抑制這些高次諧波環(huán)流。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是以更簡單實用的線性化方式對并聯(lián)svg環(huán)流大小進行抑制的h橋級聯(lián)型svg并聯(lián)諧波環(huán)流抑制方法。
本發(fā)明的步驟是：
步驟一、設電網(wǎng)側(cè)和svg的三相a相、b相、c相的基波輸出電壓都完全對稱，并且運行在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下；
步驟二、直接按照一定時間變換三角載波頻率，減小并聯(lián)svg載波相位差直到兩載波完全相同，即載波直接變頻調(diào)相法；
步驟三、若不知道并聯(lián)svg載波的相位差，通過預估環(huán)流的程度來推斷出載波相位大小的近似范圍，即載波間接變頻調(diào)相法；
步驟四、調(diào)制環(huán)流最小值的方法；需將交流量變成波動很快的直流量，即將其進行絕對值運算；
步驟五、若svg輸出環(huán)流波形不穩(wěn)定，則每個掃頻周期的最小幅值和每個掃頻周期達到最小值的時間間隔也會隨之不確定，需要載波掃頻時間平均偏差法來解決此問題；
步驟六、驗證步驟的有效性；
步驟七、當并聯(lián)數(shù)為n時對齊所有svg載波的相位。
本發(fā)明步驟一的設定方法是：取svg并聯(lián)數(shù)m=2，單相級聯(lián)數(shù)n=2，usma、usmb、usmc為電網(wǎng)三相相電壓，、、為電網(wǎng)三相線電流;、、為電網(wǎng)三相等效電抗，l為svg等效輸出電抗；、、分別為模塊三相輸出電流，、、分別為第m號svg中第n個級聯(lián)閥組的三相輸出相電壓，其中m=1,2，n=1,2；交流環(huán)流量;為閥組直流側(cè)電容基準電壓；并規(guī)定的、、分別代表1號svg三相igbt開關序號，、、分別代表對應igbt位置的反并聯(lián)二極管序號，其中p值取1至8的整數(shù)；設電網(wǎng)側(cè)等效三相電壓源公共端為點，1號svg三相級聯(lián)末端閥組的中性點為，2號svg三相級聯(lián)末端閥組的中性點為，獲得主電路結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明步驟二的方法是：用1號和2號分別代表兩個并聯(lián)的svg，設svg中a相各串聯(lián)閥組按照從與電感相連的閥組到與三相末端節(jié)點相連的閥組的順序，以編號1、2…、n表示；首先選定1號和2號svg的1號三角載波，分別用和表示，將兩個三角載波的最大幅值放大到90代表兩個載波的實時相位角，再變成與其同相位的兩個單位正弦波和兩個單位余弦波，相位差，其中；再以1號svg載波作為變頻對象；若在范圍內(nèi)，當時，則滯后于，即1號svg的各閥組載波比2號svg各閥組載波滯后，則需要增加載波的頻率，把載波從頻率在開始運行到一個載波周期內(nèi)與出現(xiàn)第三個交點之間的時間稱為變頻時間，用以公式（1）表示：
（1）
若在范圍內(nèi)，當時，認為超前于，超前于等即超前于，應該減少載波的頻率，經(jīng)過變頻時間后的頻率應變回使；當時，可認為滯后于，滯后于等即滯后于，應該增加載波的頻率，經(jīng)過變頻時間后的頻率應變回使，其以公式（2）表示：
（2）
如果載波頻率很高則應該較大，載波頻率較低則應該較小，一般選擇區(qū)間在。
本發(fā)明步驟四的方法是：步驟四的方法是：在理想情況下，應在每個載波周期內(nèi)找到最大值并連接起來得到這種環(huán)流的低頻外輪廓波形,若將加上慣性環(huán)節(jié)后除了滯后微小的時間以外，其得到的輪廓波形與高頻環(huán)流程度隨時間變化的波形基本相似，并將其用表示，為了對每半基波周期進行積分后的平均計算，慣性環(huán)節(jié)滯后時間應設為每個基波周期的一半，即t=0.01，使落在0～10之間，比例系數(shù)設為g=100，波形的周期為掃頻周期；
運行兩個載波相位完全相同的svg，找到環(huán)流的最大值定義為環(huán)流的基準值，再將兩個載波的相位差放到最大即，經(jīng)過第一步調(diào)頻尋找最低點，應按照得到經(jīng)處理后的環(huán)流，計算出最大掃頻時間，如式（3）所示：
（3）
當時；時，時；
最后測得變頻時刻為t0，換原頻率時刻為t1,運算的余數(shù)，用表示，代表中間運行了多少個掃頻周期，最后計算出兩個svg間載波的相角差，如式（4）所示：
（4）。
本發(fā)明步驟五的過程是：在第一個內(nèi)通過實時環(huán)流輪廓數(shù)據(jù)的比較算法不斷地比較前一數(shù)據(jù)與后一數(shù)據(jù)的大小，找出周期之內(nèi)的最小值,并存儲得到此最小值數(shù)據(jù)的時間點t1；再以這一周期的末端時間作為下一個掃頻周期的起點，再通過上述比較方法找到在第二個周期之內(nèi)的最小值并存儲得到此最小值數(shù)據(jù)的時間點t2；以此類推得到t3,在做比較，若成立就在t3時刻還原載波頻率，若不成立則再比較，若成立則去掉這一時刻的歷史數(shù)據(jù)，即去掉這個奇異點，若不成立則保留這一時刻的歷史數(shù)據(jù)，繼續(xù)運行下一個掃頻周期；得到t4后比較是否成立，若成立就在t4時刻還原載波頻率，若不成立再比較是否成立，若成立則去掉這一時刻的歷史數(shù)據(jù)，若不成立則保留這一時刻的歷史數(shù)據(jù)，以此類推，當且僅當比較公式成立時，其中為一極小時閾值，tn即為最佳時間點，再換回原頻率。
本發(fā)明步驟六驗證過程：先假設2號svg載波相位比1號svg的載波滯后0.0001秒，并設，因此，又因為經(jīng)過了t=0.01秒的慣性環(huán)節(jié)，那么通過載波掃頻時間平均偏差法測量的平均時間應該在即附近。
本發(fā)明步驟七對齊方法是：設第i號svg第一個載波相角與第j號svg第一個載波相角差為（），運算，再分別運算；若,則應該按步驟二載波直接變頻調(diào)相法分別對各載波超前調(diào)相；若,則應該同樣按照步驟二分別對各載波滯后調(diào)相；或按照步驟三載波間接變頻調(diào)相法消除相角差。
本發(fā)明針對級聯(lián)型h橋結(jié)構(gòu)的svg并聯(lián)后產(chǎn)生的諧波環(huán)流問題提出三種抑制方法即載波直接變頻調(diào)相法，載波間接變頻調(diào)相法以及載波掃頻時間平均偏差法，并給出任意svg單相閥組級聯(lián)數(shù)下抑制svg環(huán)流的處理方法。以便改善并聯(lián)svg間的諧波含量，并為今后更加成熟的消除并聯(lián)svg間諧波環(huán)流工作奠定技術(shù)基礎。
附圖說明
圖1a是并聯(lián)svg的a相部分環(huán)流主電路圖；
圖1b是并聯(lián)svg的b相部分環(huán)流主電路圖；
圖1c是并聯(lián)svg的c相部分環(huán)流主電路圖；
圖2是任意載波偏差角下經(jīng)載波間接變頻控制環(huán)節(jié)輸出的環(huán)流輪廓波形；
圖3是載波間接變頻調(diào)相法流程圖；
圖4是掃頻周期波形最低點與該周期起始點的之間的時間差測量圖。
具體實施方式
本發(fā)明假設每個svg每一相上有n個級聯(lián)的閥組，在單級倍頻載波移相調(diào)制方法下對應每個閥組載波的相位差為固定的（設一個雙極性載波周期為），因為不同的svg載波初相位不同，導致不同svg的載波與即使相同的調(diào)制波比較出來的spwm控制信號也有相位偏差，設兩個svg間每相上串聯(lián)的n個的整體載波相位偏差角為。
其步驟是：
步驟一、設電網(wǎng)側(cè)和svg的三相a相、b相、c相的基波輸出電壓都完全對稱，并且運行在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下；
步驟二、直接按照一定時間變換三角載波頻率，減小并聯(lián)svg載波相位差直到兩載波完全相同，即載波直接變頻調(diào)相法；
步驟三、若不知道并聯(lián)svg載波的相位差，通過預估環(huán)流的程度來推斷出載波相位大小的近似范圍，即載波間接變頻調(diào)相法；
步驟四、調(diào)制環(huán)流最小值的方法；需將交流量變成波動很快的直流量，即將其進行絕對值運算；
步驟五、若svg輸出環(huán)流波形不穩(wěn)定，則每個掃頻周期的最小幅值和每個掃頻周期達到最小值的時間間隔也會隨之不確定，需要載波掃頻時間平均偏差法來解決此問題；
步驟六、驗證步驟的有效性；
步驟七、當并聯(lián)數(shù)為n時對齊所有svg載波的相位。
本發(fā)明步驟一的設定方法是：取svg并聯(lián)數(shù)m=2，單相級聯(lián)數(shù)n=2，usma、usmb、usmc為電網(wǎng)三相相電壓，、、為電網(wǎng)三相線電流;、、為電網(wǎng)三相等效電抗，l為svg等效輸出電抗；、、分別為模塊三相輸出電流，、、分別為第m號svg中第n個級聯(lián)閥組的三相輸出相電壓，其中m=1,2，n=1,2；交流環(huán)流量;為閥組直流側(cè)電容基準電壓（svg各電容在穩(wěn)態(tài)運行時的電壓就是控制環(huán)節(jié)設定的基準電壓）；并規(guī)定的、、分別代表1號svg三相igbt開關序號，、、分別代表對應igbt位置的反并聯(lián)二極管序號，其中p值取1至8的整數(shù)；設電網(wǎng)側(cè)等效三相電壓源公共端（中性點）為點，1號svg三相級聯(lián)末端閥組的中性點為，2號svg三相級聯(lián)末端閥組的中性點為，先畫出如圖1a、1b、1c所示的按a相、b相、c相劃分的單相并聯(lián)svg并網(wǎng)環(huán)流的主電路結(jié)構(gòu)圖，并由相同的中性點連接后即可形成三相并聯(lián)svg并網(wǎng)環(huán)流的主電路結(jié)構(gòu)圖。
假設此時并聯(lián)svg的各a相的輸出電壓都處于正半周期，當調(diào)制波幅值大于三角載波幅值時,由于1號svg的a相載波超前于2號svg，所以經(jīng)經(jīng)信號控制，igbt開關11、14就比21、24先開通角,15、18也比25、28先開通角，這樣就會導致svg在a相1號和2號svg間產(chǎn)生電勢差，假設這時b相和c相的svg間不產(chǎn)生電勢差，且這時也都同時處于導通的狀態(tài)，于是svg產(chǎn)生的電勢就比下svg高,一個逆變器閥組有四個開關組成，只要這個閥組內(nèi)外有電勢差產(chǎn)生，電流就會經(jīng)過這個閥組，若igbt開通電流就會通過一對對角的igbt，否則就會通過另一對對角igbt開關的反并聯(lián)二極管，所以a相與b相間（當然a相電勢差產(chǎn)生的電流也能同時經(jīng)c相各閥組形成另一回路）電流的流通回路就會按照以下路徑方向流通形成回路：
。
當調(diào)制波幅值小于三角載波幅值時，igbt開關11、14就比21、24先關斷角,15、18也比25、28先關斷角，于是就在兩個并聯(lián)的svg間產(chǎn)生了頻率近似為igbt開關2倍頻率的高頻環(huán)流。
本發(fā)明步驟二的方法是：用1號和2號分別代表兩個并聯(lián)的svg，設svg中a相各串聯(lián)閥組按照從與電感相連的閥組到與三相末端節(jié)點相連的閥組的順序，以編號1、2…、n表示；首先選定1號和2號svg的1號（任意一個）三角載波，分別用和表示，將兩個三角載波的最大幅值放大到90代表兩個載波的實時相位角，再變成與其同相位的兩個單位正弦波（分別用和表示）和兩個單位余弦波（分別用和表示），相位差，其中；再以1號svg載波作為變頻對象；若在范圍內(nèi)，當時，則滯后于，即1號svg的各閥組載波比2號svg各閥組載波滯后，則需要增加載波的頻率，正常情況下每個載波周期內(nèi)兩載波的交點數(shù)為2，當一個載波周期內(nèi)，滯后的載波（）與基準載波（）存在第3個交點時，則可以認為載波趕上了即消除了滯后的相位，則應該將的頻率變回，則此時，這樣和就完全相同了；當時，則超前于，即超前于，則應該減少載波的頻率，若在一個載波周期內(nèi)與出現(xiàn)第三個交點，則可以認為消除了超前的相位，此時，則應該將的頻率變回，也能使和完全相同。把載波從頻率在開始運行到一個載波周期內(nèi)與出現(xiàn)第三個交點之間的時間稱為變頻時間，用以公式（1）表示：
（1）
若在范圍內(nèi)，當時，認為超前于，超前于等即超前于，應該減少載波的頻率，經(jīng)過變頻時間（如下式表示）后的頻率應變回使；當時，可認為滯后于，滯后于等即滯后于，應該增加載波的頻率，經(jīng)過變頻時間后的頻率應變回使，其以公式（2）表示：
（2）
如果載波頻率很高則應該較大，載波頻率較低則應該較小，一般選擇區(qū)間在。
在步驟三中若不知道并聯(lián)svg載波的相位差，可以通過預估環(huán)流的程度來推斷出載波相位大小的近似范圍，但是這種方法調(diào)結(jié)的相位越精確評估體系也就越復雜?？梢詫⑦@種方法簡單化，即載波間接變頻調(diào)相法。
對svg間的環(huán)流進行處理。通過給元載波頻率載波增加微小的固定頻率，這樣兩個載波的相位差就會慢慢的連續(xù)的變化，且具有周期性，環(huán)流也就會隨著這個規(guī)律做周期性變化。在前半個載波周期（單極性載波）隨相位差越大環(huán)流越大，后半個載波周期隨相位差越大環(huán)流越小。當環(huán)流程度最小的時候?qū)⑤d波頻率變回，就能在很大程度上抑制這種環(huán)流了，即尋找環(huán)流最小值是解決此問題的關鍵。但是即使并聯(lián)的svg載波相位完全相同也還存在著一定的靜態(tài)誤差或動態(tài)誤差，使得，因此需要找到這個環(huán)流最小值。
本發(fā)明步驟四的方法是：然后在理想情況下，應在每個載波周期內(nèi)找到最大值并連接起來得到這種環(huán)流的低頻外輪廓波形，但很難直接精確地得到這個波形，若將加上慣性環(huán)節(jié)后除了滯后微小的時間以外，其得到的輪廓波形與高頻環(huán)流程度隨時間變化的波形基本相似，完全可以近似替代這種低頻的外輪廓波形，并將其用表示。為了對每半基波周期進行積分后的平均計算，慣性環(huán)節(jié)滯后時間應設為每個基波周期的一半，即t=0.01，又為了想要讓波形與環(huán)流波形做一個較明顯的比較，使落在0～10之間，比例系數(shù)設為g=100，波形的周期為掃頻周期。
運行兩個載波相位完全相同的svg，找到環(huán)流的最大值定義為環(huán)流的基準值，再將兩個載波的相位差放到最大即，經(jīng)過第一步調(diào)頻尋找最低點，應按照得到經(jīng)處理后的環(huán)流，計算出最大掃頻時間，如式（3）所示：
（3）
當時；時，時；所以應該小于或等于0.4才能保證環(huán)流降到最低點，以致動作時間恰好能在兩個svg載波相位完全相同附近時還原成原載波頻率。在n=2的情況下，如果較小，svg的變頻微量幅度還能夠調(diào)節(jié)，但是經(jīng)常用級聯(lián)數(shù)更高的svg（如n=51）以降低輸出電流的諧波含量，那么就會非常小以至于沒法達到這種時間的調(diào)整精度，所以在保證調(diào)頻精度的前提下應選擇最優(yōu)頻率增量。
在級聯(lián)數(shù)n=2的兩個并聯(lián)svg不知道載波相位偏差角的情況下，按照第三步變頻調(diào)制法得到環(huán)流，再通過步驟四變成環(huán)流程度波形，選擇最優(yōu)載波頻率增量，便得到波形，經(jīng)實驗測得，因此只有當，載波頻率才能回到原頻率。如圖2所示第一個環(huán)流程度最低點，所以會掠過第一個變頻周期會進入下一個變頻周期，因為下一個周期的最低點滿足，因此還原回原載波頻率后環(huán)流就保持在這一時刻的環(huán)流程度了，即載波相位偏差可近似認為消除了，載波間接變頻調(diào)相法控制與流程圖如圖3所示。
最后測得變頻時刻為t0，換原頻率時刻為t1,運算的余數(shù)，用表示，代表中間運行了多少個掃頻周期，最后計算出兩個svg間載波的相角差，如式（4）所示：
（4）。
本發(fā)明步驟五的過程是：從載波頻率變到的時刻為時間起點，需要不斷測量和存儲每一時刻和該時刻環(huán)流輪廓幅值的歷史數(shù)據(jù)，以便在第一個內(nèi)通過實時環(huán)流輪廓數(shù)據(jù)的比較算法不斷地比較前一數(shù)據(jù)與后一數(shù)據(jù)的大小，找出在此周期之內(nèi)的最小值,并存儲得到此最小值數(shù)據(jù)的時間點t1；然后再以這一周期的末端時間作為下一個掃頻周期的起點，再通過上述比較方法找到在第二個周期之內(nèi)的最小值并存儲得到此最小值數(shù)據(jù)的時間點t2；以此類推得到t3,在做比較（可設），若成立就在t3時刻還原載波頻率，若不成立則再比較，若成立則去掉這一時刻的歷史數(shù)據(jù)，即去掉這個奇異點，若不成立則保留這一時刻的歷史數(shù)據(jù)，繼續(xù)運行下一個掃頻周期；得到t4后比較是否成立，若成立就在t4時刻還原載波頻率，若不成立再比較是否成立，若成立則去掉這一時刻的歷史數(shù)據(jù)，若不成立則保留這一時刻的歷史數(shù)據(jù)，以此類推，當且僅當比較公式成立時，其中為一極小時閾值，tn即為最佳時間點，再換回原頻率。例子如步驟六所示。
本發(fā)明步驟六驗證過程：先假設2號svg載波相位比1號svg的載波滯后0.0001秒，并設，因此，又因為經(jīng)過了t=0.01秒的慣性環(huán)節(jié)，那么通過載波掃頻時間平均偏差法測量的平均時間應該在即附近。
運行計算每個掃頻周期內(nèi)的最低點時間如圖4所示，測得，，，，，。
經(jīng)比較，存入t3時刻歷史數(shù)據(jù)，再比較，去掉t4歷史數(shù)據(jù)，，去掉t5歷史數(shù)據(jù)，再比較，因此選擇在t6時刻還原頻率即可，而此時刻的幅值是比較接近理想值的，進而驗證了此方法的正確性，最后也就知道并聯(lián)svg載波之間的相角差近似為，即。
本發(fā)明以上是針對兩個并聯(lián)svg各載波相位有偏差的調(diào)相算法，下面應該討論當并聯(lián)數(shù)為n時如何快速有效的對齊所有svg載波的相位。
設第i號svg第一個載波相角與第j號svg第一個載波相角差為（），運算，再分別運算；若,則應該按步驟二載波直接變頻調(diào)相法分別對各載波超前調(diào)相；若,則應該同樣按照步驟二分別對各載波滯后調(diào)相；或按照步驟三載波間接變頻調(diào)相法消除相角差。這樣就能夠消除各個svg間的載波相位偏差了，因此由載波初相位差引起的在svg間的高次諧波環(huán)流也就會隨之抑制甚至消除了。