一种高压有源滤波器主回路参数的优化方法和系统与流程

本发明涉及一种高压有源滤波器主回路参数的优化方法和系统，属于高压有源滤波器。

背景技术：

1、高压大容量有源滤波器，相对于传统的无源滤波器，具有体积小、动态性能好的优点，可广泛应用于可能发生谐波超标问题的已建直流换流站、占地面积受限的新建换流站和新能源接入的送端直流换流站，从而解决换流站带来的谐波问题并提供一定的无功支撑能力，可极大提高直流系统运行的稳定性。

2、高压大容量有源滤波器采用级联多电平拓扑，由多个全桥子模块串联成一个桥臂，三个桥臂通过角接或星接的方式组成高压有源滤波器。

3、现有主回路参数的优化方法主要参考级联型无功补偿装置(statcom)，根据基频无功功率需求及接入点电压计算桥臂电抗器、子模块个数、电容容值等参数。而高压有源滤波器自身兼具谐波补偿与无功补偿的功能，在优化主回路参数时需要充分考虑谐波电流输出能力，与传统的级联型无功补偿装置有着较大差异。此外，传统主回路参数的优化过程中需要配合软件仿真对计算结果进行反复迭代，过程繁琐。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高压有源滤波器主回路参数的优化方法和系统，用以解决现有主回路参数的优化过程繁琐的问题。

2、为实现上述目的，本发明的方案包括：

3、本发明的一种高压有源滤波器主回路参数的优化方法，将主回路参数的桥臂电抗器电抗值、全桥子模块额定电压和全桥子模块个数代入不等式，若成立，则计算主回路参数的全桥子模块电容容值；若不成立，则按照增加桥臂电抗器电抗值、减小全桥子模块额定电压和减少全桥子模块个数中任一或任意组合的优化方式对对应的主回路参数优化，直至不等式成立后计算全桥子模块电容容值；不等式为：

4、

5、式中，imax为确保开关器件安全关断的最大电流，tp为桥臂过流保护定值，l为桥臂电抗器电抗值，usm为全桥子模块额定电压，n为全桥子模块个数。

6、进一步地，桥臂电抗器电抗值的计算公式如下：

7、

8、式中，l为桥臂电抗器电抗值，uac为接入点额定电压，q为额定无功功率，ω为额定电网额定角频率，k1为额定无功功率与桥臂电抗器短路容量的比值。

9、进一步地，k1的取值范围为0.05至0.1。

10、进一步地，全桥子模块额定电压在其取值范围内根据高压有源滤波器的开关器件型号进行选择；全桥子模块额定电压取值范围的计算公式如下：

11、

12、式中，usm为全桥子模块额定电压，iharm_min为最小需补偿谐波电流幅值，l为桥臂电抗器电抗值，k2为额定电压的设定取值系数，ts为控制周期。

13、进一步地，k2的取值范围为0.5至0.9。

14、进一步地，全桥子模块个数在其取值范围内选择，全桥子模块个数的取值范围为从补偿谐波频率角度计算的第一取值范围和从补偿能力角度计算的第二取值范围取交集后得到的范围。

15、进一步地，第一取值范围的计算公式如下：

16、n≥g(5fmax)

17、式中，n为全桥子模块个数，fmax为基于补偿谐波的频率角度的需补偿的最高次谐波频率，g(x)为全桥子模块个数和高压有源滤波器输出的等效开关频率之间的函数关系，等效开关频率大于5倍的fmax。

18、进一步地，第二取值范围的计算公式如下：

19、

20、式中，n为全桥子模块个数，uac为接入点额定电压，ω为额定电网额定角频率，l为桥臂电抗器电抗值，iq为额定运行时无功电流分量峰值，ωk为需补偿的k次谐波角频率，iharm_k为k次谐波电流幅值，usm为子模块额定电压，m为裕量参数，m取0.98。

21、进一步地，全桥子模块电容容值的计算公式如下：

22、

23、式中，c为全桥子模块电容容值，uac为接入点额定电压，ω1为需补偿的1次谐波角频率，l为桥臂电抗器电抗值，i1为基波电流，usm为子模块额定电压，n为全桥子模块个数，kv为全桥子模块电压波动的设定值，iharm_k为k次谐波电流幅值，ωk为需补偿的k次谐波角频率，k3为电容容值取值系数，k3的取值范围为1至1.2。

24、本发明的一种高压有源滤波器主回路参数的优化系统，包括处理器，处理器执行指令以实现如上述的高压有源滤波器主回路参数的优化方法。

25、本发明的有益效果：

26、本发明是开拓性发明，提供一种高压有源滤波器主回路参数的优化方法和系统，通过将主回路参数中桥臂电抗器电抗值、全桥子模块额定电压和全桥子模块个数代入不等式，将代入不等式后不成立的主回路参数按照主回路参数优化方式优化主回路参数直至不等式成立，并在不等式成立后计算主回路参数中的全桥子模块电容容值，以使优化后的主回路参数满足高压有源滤波器同时进行谐波补偿与无功补偿的需求，且优化流程简便。具体是将主回路参数的桥臂电抗器电抗值、全桥子模块额定电压和全桥子模块个数代入不等式，若成立，则计算主回路参数的全桥子模块电容容值；若不成立，则按照增加桥臂电抗器电抗值、减小全桥子模块额定电压和减少全桥子模块个数中任一或任意组合的优化方式对对应的主回路参数优化，直至不等式成立后计算全桥子模块电容容值；不等式为：

27、

28、式中，imax为确保开关器件安全关断的最大电流，tp为桥臂过流保护定值，l为桥臂电抗器电抗值，usm为全桥子模块额定电压，n为全桥子模块个数。

技术特征：

1.一种高压有源滤波器主回路参数的优化方法，其特征在于，将主回路参数的桥臂电抗器电抗值、全桥子模块额定电压和全桥子模块个数代入不等式，若成立，则计算主回路参数的全桥子模块电容容值；若不成立，则按照增加桥臂电抗器电抗值、减小全桥子模块额定电压和减少全桥子模块个数中任一或任意组合的优化方式对对应的主回路参数优化，直至不等式成立后计算全桥子模块电容容值；所述不等式为：

2.根据权利要求1所述的高压有源滤波器主回路参数的优化方法，其特征在于，所述桥臂电抗器电抗值的计算公式如下：

3.根据权利要求2所述的高压有源滤波器主回路参数的优化方法，其特征在于，所述k1的取值范围为0.05至0.1。

4.根据权利要求1所述的高压有源滤波器主回路参数的优化方法，其特征在于，所述全桥子模块额定电压在其取值范围内根据高压有源滤波器的开关器件型号进行选择；全桥子模块额定电压取值范围的计算公式如下：

5.根据权利要求4所述的高压有源滤波器主回路参数的优化方法，其特征在于，所述k2的取值范围为0.5至0.9。

6.根据权利要求1所述的高压有源滤波器主回路参数的优化方法，其特征在于，所述全桥子模块个数在其取值范围内选择，所述全桥子模块个数的取值范围为从补偿谐波频率角度计算的第一取值范围和从补偿能力角度计算的第二取值范围取交集后得到的范围。

7.根据权利要求6所述的高压有源滤波器主回路参数的优化方法，其特征在于，所述第一取值范围的计算公式如下：

8.根据权利要求6所述的高压有源滤波器主回路参数的优化方法，其特征在于，所述第二取值范围的计算公式如下：

9.根据权利要求1所述的高压有源滤波器主回路参数的优化方法，其特征在于，所述全桥子模块电容容值的计算公式如下：

10.一种高压有源滤波器主回路参数的优化系统，包括处理器，其特征在于，所述处理器执行指令以实现如权利要求1至9任一项所述的高压有源滤波器主回路参数的优化方法。

技术总结本发明涉及一种高压有源滤波器主回路参数的优化方法和系统，属于高压有源滤波器技术领域；将主回路参数的桥臂电抗器电抗值、全桥子模块额定电压和全桥子模块个数代入不等式，若成立，则计算主回路参数的全桥子模块电容容值；若不成立，则按照增加桥臂电抗器电抗值、减小全桥子模块额定电压和减少全桥子模块个数中任一或任意组合的优化方式对对应的主回路参数优化，直至不等式成立后计算全桥子模块电容容值。本发明将代入不等式后不成立的主回路参数按照主回路参数优化方式优化主回路参数直至不等式成立，并计算主回路参数中的全桥子模块电容容值，以使优化后的主回路参数满足高压有源滤波器同时进行谐波补偿与无功补偿的需求，且优化流程简便。技术研发人员：李道洋,刘欣和,宋晓梅,王先为,韩坤,刘路路,杨美娟,周晓风,李政,李少帅受保护的技术使用者：西安许继电力电子技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9