交直流混联电网中换流器谐波抑制的自适应控制策略设计

引言

伴随新能源并网以及直流输电技术的不断推进，交直流并存的混联电网成为当下现代电力系统主要呈现的形态。换流器作为达成交直流转换的关键装置，在其运转期间容易生成大量的谐波，进而造成电网电压出现变形、设备损耗有所增多等状况。以往的谐波抑制办法大多运用设定固定参数实施控制，很难契合电网运行状态的动态改变，在复杂的工作状况下抑制成效不理想。对换流器谐波抑制自适应控制策略加以研究，达成对谐波的实时且精确的抑制效果，对于提高交直流混联电网的电能质量状况、确保系统稳定地运行有着十分重要的意义，探寻自适应控制于谐波抑制当中的应用途径，已然成为当下电力系统范畴内的研究热门方向。

一、交直流混联电网中换流器谐波机理以及影响

（一）谐波机理

在交直流能量的转换进程中，换流器因为功率器件开展开关动作时具备非线性的特点，所以会于交流侧以及直流侧产生谐波。在电压源换流器中，脉冲宽度展开调制的过程会生成特定频次的开关谐波，此谐波的幅值跟调制比、开关频率有着紧密的关联。电流源换流器由于换相过程并非处于理想状态，容易产生换相谐波。电网侧的阻抗出现波动、新能源发电的功率产生波动等外部因素，使换流器的谐波输出变得更为严重，进而形成复杂多样的谐波频谱。当谐波于交直流网络中进行传播之际，与变压器、滤波器等设备构成谐振现象，促使特定频次谐波的幅值得以放大，进而给电网侧以及负荷侧的各类设备带多重方面的影响。

（二）谐波主要危害

在交直流混联电网中，换流器所产生的谐波进行传播，会对系统的运行造成多方面的不良影响。交流侧的谐波会造成变压器、输电线路等设备的额外损耗有所上升，使得设备的使用时长缩减。当谐波电流在电机中流动时，会造成转矩的波动以及振动的噪声出现，对电机运行的稳定状态产生影响。而直流侧的谐波或许会引发直流线路出现谐振的情况，进而导致电压产生波动，对新能源发电并入电网的质量造成影响。谐波会对电网保护装置的正常运作产生干扰，进而造成保护出现误动作或者拒绝动作的情况，对电网的安全运行构成威胁，在情况较为严重时，甚至可能引发区域停电事故。

二、传统谐波抑制方法的局限性

（一）固定参数控制的适应能力欠缺

传统的谐波抑制方法大多运用基于固定参数的无源滤波方案或者有源补偿方案。无源滤波器借助设计具备特定参数的电感元件以及电容元件，对特定频次的谐波展开抑制工作，很难适应电网运行状态出现的变化情况，在谐波的频次或者幅值产生波动时，其滤波效果会明显降低。有源电力滤波器虽然能够动态地对谐波进行补偿，传统控制算法的参数固定不变，在电网阻抗发生变化、负荷出现波动等复杂的工况条件下，容易出现补偿延迟或者过补偿的现象，难以维持稳定的抑制效果。

（二）谐波检测和补偿未能实现同步

谐波抑制的精确程度依靠谐波检测和补偿的实时协同配合实现，在传统的方法中，检测环节和控制环节彼此独立分开的，检测所产生的延迟会使得补偿信号与实际存在谐波不能保持同步状态。在交直流混合连接的电网中，换流器所具有的谐波特性会随着其运行的工作状况而产生动态的变化，固定不变的检测周期以及补偿策略无法及时地对谐波的变化情况进行跟踪，在多个换流器以并联方式进行运行的场景下，谐波之间会相互产生耦合以及干扰现象，进一步降低抑制效果的稳定程度以及可靠程度，很难满足复杂电网对于谐波治理方面的需求。

三、换流器谐波抑制方自适应控制策略设计

（一）依托实时感知功能的谐波检测模块

自适应控制策略的关键之处在于搭建具备实时感知能力的谐波检测模块，借助高精度的传感器，对换流器交流侧以及直流侧的电压、电流信号予以采集，运用自适应滤波算法将基波与谐波分量分离开来。此模块能够动态地对检测窗口和滤波系数进行调整，对换流器在不同运行状况下所呈现出的谐波特征，精确地识别出谐波的频次、幅值以及相位等方面的信息。引入电网状态监测单元，及时获取电网阻抗、负荷变化等相关参数，为后续控制参数的调整提供支撑，进而保证谐波检测既准确又及时。

（二）具备参数自整定特性的动态补偿机制

依托检测模块所输出的有关谐波的具体信息，设计具备参数自整定功能的动态补偿机制。控制策略运用分层式架构，上层会依照电网的实际状态以及谐波表现出的特性明确补偿的具体目标，下层则凭借自适应控制算法对补偿参数进行实时性的调整。一旦检测到谐波的幅值或者频次出现变动情况，便借助模糊控制或者神经网络算法，自动对补偿器比例系数、积分时间等参数加以优化，从而保证补偿信号能够与谐波信号实现精确无误的对消。在多换流器并联的情形下，引入协同式的控制逻辑，达成各个换流器补偿策略的动态性协调，防止补偿方面的相互干涉现象，进而增强整体的抑制成效。

（三）具备增强鲁棒性特点控制优化举措

为增强控制策略于复杂工作状况下的稳健性，施行多方面的优化举措。在硬件范畴，挑选具备快速响应能力的功率器件以及采样设备，以此降低信号传输和处理所产生的延迟。在软件范畴，构思具备抗干扰功能的算法，对电网中噪声信号开展滤波操作，防止因虚假的谐波信息而引发控制的错误动作。构建控制参数的在线修正体系，不断对比实际的抑制成效和目标数值，动态地对控制参数加以细微调整，让策略能够适应电网长时间运行的变动情况。

（四）多场景适配的协调控制策略

面向交直流混联电网内多换流器协同运作的繁杂场景，研发可适配多场景的协调控制策略。此策略借助搭建电网拓扑感知模型，对换流器的接入数量、运行模式以及互联关系进行实时辨认，进而构建动态优先级机制，一旦电网出现负荷急剧变化、新能源功率起伏等运行状况时，能够自动对各换流器的谐波抑制权重予以调整，优先确保关键负荷侧的电能处于良好质量水平。与此同时，将模型预测控制的理念引入进来，依据历史的运行数据以及实时的检测信息，对谐波变化的走向进行预先判断，进而提前对补偿策略作出调整，当换流器处于启停过渡的阶段时，启用平滑切换的逻辑，从而防止因补偿中断而导致的谐波冲击情况出现。借助多维度的协调机制，达成单换流器精确抑制与多换流器整体优化之间的有机融合，保证在电网各式各样的运行情景下能够维持稳定的谐波治理成效。

四、结论

在交直流混联电网中，针对换流器谐波抑制所采用的自适应控制策略，借助实时进行感知的谐波检测手段、开展参数自整定的动态补偿方式以及具备鲁棒性的优化举措，切实解决传统方法在适应性方面表现不足、检测与补偿无法同步等一系列难题。此策略能够精确追踪电网运行状态所发生的改变，动态性地对控制参数加以调整，极大程度地增强谐波抑制的成效，减轻谐波给电网设备以及系统稳定性造成的不良影响。未来要进一步提升算法在计算方面的效率，强化其于极端工作状况下的适应能力，为交直流混联电网达成高质量的发展态势，给予更为可靠的技术支撑。

参考文献

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