变流器输入电流的谐波抑制方法、装置、设备和存储介质与流程

1.本发明属于变流器技术领域，具体涉及一种变流器输入电流的谐波抑制方法、装置、设备和存储介质。


背景技术：

2.轨道电路作为铁路信号的基础设备，用于检测列车位置，将地面信息传递给机车，控制列车运行区间。此外，被设置于所有由信号机防护的进路以及进路接近区段，以控制列车的进站、出站、调度站内。
3.在直流供电的地铁车辆中辅助变流器通过高压受电弓输入电流，通过地面轨道回流。为了避免对轨道电路信号的影响，约束了辅助变流器的直流输入的特定次谐波幅值(例如25hz，1.6a)。然而，在一些情况下，如在具有轨道电路的地铁线路中，车载辅助变流器的输入谐波电流需要被重点抑制。相关技术采用的方法通常是增大辅助变流器输入侧电感的电感值，以达到衰减输入谐波电流的目的，但这样会带来大幅的体积、重量和成本的增加。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提供一种变流器输入电流的谐波抑制方法、装置、设备和存储介质，以解决现有技术中抑制车载辅助变流器的输入谐波电流时，造成辅助变流器的体积、重量和成本的增加的技术问题。
5.针对上述问题，本发明提供了一种变流器输入电流的谐波抑制方法，包括：
6.从输入的网侧电压信号中提取谐波电压分量；
7.对所述谐波电压分量进行相位偏移补偿，得到第一谐波补偿电压分量；
8.根据所述第一补偿电压分量和预设的抑制系数，得到第二谐波补偿电压分量；
9.将所述第二谐波补偿电压分量与预设的输出电压目标值进行叠加，对变流器的输出电压进行控制，使所述变流器的输出端输出包含所述第二谐波补偿电压分量的实际输出电压，以便基于功率守恒原则，使得所述变流器的输入端具有所述第二谐波补偿电压分量，以对所述变流器输入电流的谐波进行抑制。
10.进一步地，上述所述的变流器输入电流的谐波抑制方法中，从输入的网侧电压信号中提取谐波电压分量，包括：
11.利用数字带通滤波器，从输入的网侧电压信号中提取所述谐波电压分量。
12.进一步地，上述所述的变流器输入电流的谐波抑制方法中，所述抑制系数的设定过程包括：
13.获取所述变流器的负载功率；
14.根据所述变流器的负载功率，设定所述抑制系数。
15.进一步地，上述所述的变流器输入电流的谐波抑制方法中，根据所述第一补偿电压分量和预设的抑制系数，得到第二谐波补偿电压分量，包括：
16.将所述根据所述第一补偿电压分量与所述预设的抑制系数的乘积作为所述第二
谐波补偿电压分量。
17.本发明还提供了一种变流器输入电流的谐波抑制装置，包括：
18.提取模块，用于从输入的网侧电压信号中提取谐波电压分量；
19.第一补偿模块，用于对所述谐波电压分量进行相位偏移补偿，得到第一谐波补偿电压分量；
20.第二补偿模块，用于根据所述第一补偿电压分量和预设的抑制系数，得到第二谐波补偿电压分量；
21.控制模块，用于将所述第二谐波补偿电压分量与预设的输出电压目标值进行叠加，对变流器的输出电压进行控制，使所述变流器的输出端输出包含所述第二谐波补偿电压分量的实际输出电压，以便基于功率守恒原则，使得所述变流器的输入端具有所述第二谐波补偿电压分量，以对所述变流器输入电流的谐波进行抑制。
22.进一步地，上述所述的变流器输入电流的谐波抑制装置中，所述提取模块，具体用于：
23.利用数字带通滤波器，从输入的网侧电压信号中提取所述谐波电压分量。
24.进一步地，上述所述的变流器输入电流的谐波抑制装置，还包括：
25.设定模块，用于获取所述变流器的负载功率；根据所述变流器的负载功率，设定所述抑制系数。
26.进一步地，上述所述的变流器输入电流的谐波抑制装置中，所述第二补偿模块，具体用于：
27.将所述根据所述第一补偿电压分量与所述预设的抑制系数的乘积作为所述第二谐波补偿电压分量。
28.本发明还提供了一种变流器输入电流的谐波抑制设备，包括存储器和控制器；
29.所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被控制器执行时实现如上任一项所述的变流器输入电流的谐波抑制方法的步骤。
30.本发明还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的变流器输入电流的谐波抑制方法的步骤。
31.与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
32.本发明的变流器输入电流的谐波抑制方法、装置、设备和存储介质，通过从输入的网侧电压信号中提取谐波电压分量，对所述谐波电压分量进行相位偏移补偿，得到第一谐波补偿电压分量；根据所述第一补偿电压分量和预设的抑制系数，得到第二谐波补偿电压分量；将所述第二谐波补偿电压分量与预设的输出电压目标值进行叠加，对变流器的输出电压进行控制，使所述变流器的输出端输出包含所述第二谐波补偿电压分量的实际输出电压，以便基于功率守恒原则，使得所述变流器的输入端具有所述第二谐波补偿电压分量，以对所述变流器输入电流的谐波进行抑制，实现了在不增加电感值的情况下，抑制了变流器输入电流的谐波。采用本发明的技术方案，能够降低辅助变流器的体积、重量、成本。
33.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
34.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
35.图1为相关技术中的辅助变流器供电系统电路拓扑结构示意图；
36.图2为图1中辅助变流器输入端的等效模型；
37.图3为本发明的变流器输入电流的谐波抑制方法实施例的流程图；
38.图4为本发明的变流器的控制框图；
39.图5为本发明的变流器输入电流的谐波抑制装置实施例的结构示意图。
具体实施方式
40.以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
41.图1为相关技术中的辅助变流器供电系统电路拓扑结构示意图，如图1所示，地铁辅助变流器1供电系统通常由多台两电平逆变器组成，逆变器参数如下：
42.额定输入电压：1500v
43.额定输出线电压：380v
44.输入滤波电感l1：5mh
45.输入滤波电容c1：4300uf
46.输出滤波电感l2：3*0.27mh
47.输出滤波电容c2：3*100uf三角形接法
48.开关频率：1.35hz
49.图2为图1中辅助变流器输入端的等效模型，如图2所示，逆变器输入电压u
in
，逆变器输入电流id，逆变器等效为输入lc加逆变器负载阻抗r
inv
。在辅助变流器接入电网工作时，如果电网中含有谐波电压，则必然在输入侧产生谐波电流，相关技术中，通过增大电感l，可以降低输入电流id，但是这样会带来大幅的体积、重量和成本的增加。
50.因此，为了解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案：
51.图3为本发明的变流器输入电流的谐波抑制方法实施例的流程图，如图3所示，本实施例的变流器输入电流的谐波抑制方法具体可以包括如下步骤：
52.300、从输入的网侧电压信号中提取谐波电压分量；
53.在一个具体实现过程中，可以利用数字带通滤波器，从输入的网侧电压信号中提取所述谐波电压分量。例如，可以提取25hz的谐波电压分量。
54.301、对所述谐波电压分量进行相位偏移补偿，得到第一谐波补偿电压分量；
55.在一个具体实现过程中，在提取谐波电压分量时，数字带通滤波器会造成相位误差，因此，本实施例中需要对所述谐波电压分量进行相位偏移补偿，得到第一谐波补偿电压分量，从而将相位误差进行消除。
56.302、根据所述第一补偿电压分量和预设的抑制系数，得到第二谐波补偿电压分量；
57.在一个具体实现过程中，为了能够消除变流器输入端电流的谐波分量，可以获取所述变流器的负载功率，并根据所述变流器的负载功率，设定一个抑制系数。然后，将所述根据所述第一补偿电压分量与所述预设的抑制系数的乘积作为所述第二谐波补偿电压分量。由于该抑制系数是根据变流器的负载功率设定的，这样则可以保证变流器输出端输出的电压即使存在谐波电压，也可以满足实际使用的需求。
58.303、将所述第二谐波补偿电压分量与预设的输出电压目标值进行叠加，对变流器的输出电压进行控制，使所述变流器的输出端输出包含所述第二谐波补偿电压分量的实际输出电压，以便基于功率守恒原则，使得所述变流器的输入端具有所述第二谐波补偿电压分量，以对所述变流器输入电流的谐波进行抑制。
59.在一个具体实现过程中，可以在现有的闭环控制基础上，将第二谐波补偿电压分量加入进去，使得所述第二谐波补偿电压分量与预设的输出电压目标值进行叠加，最终可以对变流器的输出电压进行控制，使所述变流器的输出端输出包含所述第二谐波补偿电压分量的实际输出电压，以便基于功率守恒原则，使得所述变流器的输入端具有所述第二谐波补偿电压分量，以对所述变流器输入电流的谐波进行抑制。
60.具体地，图4为本发明的变流器的控制框图，如图4所示，原有控制系统采用电压瞬时内环和电压有效值外环的控制策略，本实施例在内环对应的预设的输出电压目标值上叠加第二谐波补偿电压分量，实现对变流器的输出电压进行控制。其中，v
net
表示网侧电压信号，k3表示预设的抑制系数，经过对网侧电压信号提取相位补充补偿，并经过k3的补偿后，可以得到第二谐波补偿电压分量。v
rms
表示预设的输出电压目标值，vo表示变流器的输出电压，h1(s)、h2(s)、g1(s)表控制过程中的相关函数，k1表示反馈通道系数1，k2表示反馈通道系数2，k
wp
表示外环比例系数，k
wi
表示外环积分系数，k
ip
表示内环比例系数，k
ii
表示内环积分系数，k
pwm
表示功率模块放大系数，l表示输出滤波器电感值，c表示输出滤波器电容值，r表示输出滤波器电阻值。
61.在一个具体实现过程中，将所述第二谐波补偿电压分量与预设的输出电压目标值进行叠加，使得变流器输出端的实际输出电压包含了第二谐波补偿电压分量，基于功率守恒原则，可知变流器的输入端必然也具有所述第二谐波补偿电压分量，这样，变流器的输入端的第二谐波补偿电压分量对应的功率与网侧电压信号对应的功率即可完成对消，从而实现对变流器输入电流的谐波。
62.本实施例的变流器输入电流的谐波抑制方法，通过从输入的网侧电压信号中提取谐波电压分量，对所述谐波电压分量进行相位偏移补偿，得到第一谐波补偿电压分量；根据所述第一补偿电压分量和预设的抑制系数，得到第二谐波补偿电压分量；将所述第二谐波补偿电压分量与预设的输出电压目标值进行叠加，对变流器的输出电压进行控制，使所述变流器的输出端输出包含所述第二谐波补偿电压分量的实际输出电压，以便基于功率守恒原则，使得所述变流器的输入端具有所述第二谐波补偿电压分量，以对所述变流器输入电流的谐波进行抑制，实现了在不增加电感值的情况下，抑制了变流器输入电流的谐波。采用本发明的技术方案，能够降低辅助变流器的体积、重量、成本。
63.需要说明的是，本发明实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本发明实施例的方法中的某一
个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成的方法。
64.图5为本发明的变流器输入电流的谐波抑制装置实施例的结构示意图，如图5所示，本实施例的变流器输入电流的谐波抑制装置可以包括提取模块50、第一补偿模块51、第二补偿模块52和控制模块53。
65.提取模块50，用于从输入的网侧电压信号中提取谐波电压分量；
66.具体地，可以利用数字带通滤波器，从输入的网侧电压信号中提取所述谐波电压分量。
67.第一补偿模块51，用于对所述谐波电压分量进行相位偏移补偿，得到第一谐波补偿电压分量；
68.第二补偿模块52，用于根据所述第一补偿电压分量和预设的抑制系数，得到第二谐波补偿电压分量；
69.具体地，可以将所述根据所述第一补偿电压分量与所述预设的抑制系数的乘积作为所述第二谐波补偿电压分量。
70.在一个具体实现过程中，该预设的抑制系数可以由设定模块(图中不再示出)获取所述变流器的负载功率；根据所述变流器的负载功率，设定所述抑制系数。
71.控制模块53，用于将所述第二谐波补偿电压分量与预设的输出电压目标值进行叠加，对变流器的输出电压进行控制，使所述变流器的输出端输出包含所述第二谐波补偿电压分量的实际输出电压，以便基于功率守恒原则，使得所述变流器的输入端具有所述第二谐波补偿电压分量，以对所述变流器输入电流的谐波进行抑制。
72.本实施例的变流器输入电流的谐波抑制装置，通过从输入的网侧电压信号中提取谐波电压分量，对所述谐波电压分量进行相位偏移补偿，得到第一谐波补偿电压分量；根据所述第一补偿电压分量和预设的抑制系数，得到第二谐波补偿电压分量；将所述第二谐波补偿电压分量与预设的输出电压目标值进行叠加，对变流器的输出电压进行控制，使所述变流器的输出端输出包含所述第二谐波补偿电压分量的实际输出电压，以便基于功率守恒原则，使得所述变流器的输入端具有所述第二谐波补偿电压分量，以对所述变流器输入电流的谐波进行抑制，实现了在不增加电感值的情况下，抑制了变流器输入电流的谐波。采用本发明的技术方案，能够降低辅助变流器的体积、重量、成本。
73.上述实施例的装置用于实现前述实施例中相应的方法，其具体实现方案可以参见前述实施例记载的方法及方法实施例中的相关说明，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
74.本发明实施例还提供了一种变流器输入电流的谐波抑制设备，该变流器输入电流的谐波抑制设备包括存储器和控制器；
75.所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被控制器执行时实现上述实施例的变流器输入电流的谐波抑制方法的步骤。
76.为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明实施例提供了一种存储介质。
77.本实施例的存储介质，上存储有计算机程序，计算机程序被控制器执行时实现上述实施例的变流器输入电流的谐波抑制方法的步骤。
78.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
79.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
80.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
81.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
82.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
83.此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
84.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
85.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
86.虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。