1.本技术涉及整流器谐波特性分析技术领域，尤其涉及一种三相不控整流器谐波特性的建模方法及系统。
背景技术：2.由于三相不控整流电路无需控制、电路可靠、开关管动作迅速，且整流效果能够满足大多数工作场合的需求，因此三相不控整流电路得到了大量的应用。而三相不控整流电路的工作电流不连续，成为电路中主要的非线性负载之一，成为了电能质量治理过程中的研究重点。其中，非线性负载的动态特性是决定稳定性的重要一环，有必要建立较为精确的模型，描述非线性负载的小信号传递关系，并从大信号角度解释三相不控整流器的谐波产生机理。
3.目前，行业内对于三相不控整流设备的谐波特性了解较浅，所建立的模型只是将三相不控整流设备等效成谐波电流发射的源头，而这种建模方法主要有两方面劣势：一是无法精确计算谐波电流的大小，二是无法刻画谐波电流之间的相互作用关系，进而无法从根本上解释电网电压如何进行一系列的耦合作用来产生谐波电流的机理。因此，亟需一种方法能够对三相不控整流器的谐波特性进行更准确的建模。
技术实现要素：4.本技术的目的在于提供一种三相不控整流器谐波特性的建模方法及系统，以解决现有的三相不控整流器谐波特性建模方法中存在的精确度低、无法刻画谐波电流之间的相互作用关系的问题。
5.为实现上述目的，本技术提供一种三相不控整流器谐波特性的建模方法，包括：
6.基于三相不控整流器的拓扑结构，获取三相不控整流器的参数，包括直流侧滤波电感，滤波电容和直流侧负载电阻；
7.利用三相不控整流器的参数，确定三相不控整流器的直流端口响应；
8.根据直流端口响应建立小信号模型，确定三相不控整流器端口阻抗和多次谐波之间的耦合关系；
9.基于所述耦合关系分析交流侧的大信号关系，以确定三相不控整流器的谐波产生机理。
10.进一步地，所述利用三相不控整流器的参数，确定三相不控整流器的直流端口响应，包括：
11.利用三相不控整流器的参数，确定三相不控整流器直流侧负载的端口特性：
[0012][0013]
式中，ld，cd分别为直流侧滤波电感和滤波电容，rd为直流侧负载电阻，sa、sb、sc分别为a、b、c三相的开关函数；
[0014]
利用拉氏变换，将所述端口特性转化为时域的表达式，得到直流端口响应：
[0015]
yd(t)＝l-1
{yd(s)}；
[0016]
式中，yd(t)为直流端口响应，表示直流端口负载的端口导纳特性。
[0017]
进一步地，所述根据直流端口响应建立小信号模型，确定三相不控整流器端口阻抗和多次谐波之间的耦合关系，包括：
[0018]
利用三相不控整流器的开关函数，建立交流端口的电压和电流、直流端口的电压和电流之间的函数关系，作为第一方程：
[0019][0020]
式中，vd为直流端口电压，va，vb，vc分别为交流端口三相电压，s
αβ
＝s
α
+js
β
为开关函数矢量，为s
αβ
的共轭，v
αβ
＝v
α
+jv
β
为交流端口电压矢量，为v
αβ
的共轭；vd为直流端口电压，id为直流端口电流，yd(t)为直流端口负载的端口导纳特性，运算符号*表示求卷积；i
l
为交流侧电流；
[0021]
对第一方程进行求解，得到三相不控整流器交流端口电压和电流之间的关系，作为第二方程：
[0022][0023]
进一步地，在得到所述第二方程之后，还包括对第二方程进行简化：
[0024][0025]
式中，i
lp
和i
ln
分别为i
l
的本征频率响应的耦合频率响应，视为两个独立的状态量，v
gp
和v
gn
分别为电网侧即交流端口电压的本征频率分量和耦合频率分量，上标*表示共轭，y
l
(t)为交流端口导纳，ω1为交流侧角频率，s1为s
αβ
的基波分量幅相，且满足
[0026]
进一步地，所述基于所述耦合关系分析交流侧的大信号关系，以确定三相不控整流器的谐波产生机理，包括：
[0027]
确定三相不控整流器的谐波电流：
[0028][0029]
其中，vk表示交流端口k次谐波电压，为本征频率分量，表示2-k次谐波电压，为耦合频率分量，ik为等效的k次谐波电流源；
[0030]
根据三相不控整流器的谐波电流，分析三相不控整流器的谐波产生机理。
[0031]
本技术还提供一种三相不控整流器谐波特性的建模系统，包括：
[0032]
参数获取单元，用于基于三相不控整流器的拓扑结构，获取三相不控整流器的参
数，包括直流侧滤波电感，滤波电容和直流侧负载电阻；
[0033]
端口响应计算单元，用于利用三相不控整流器的参数，确定三相不控整流器的直流端口响应；
[0034]
耦合关系分析单元，用于根据直流端口响应建立小信号模型，确定三相不控整流器端口阻抗和多次谐波之间的耦合关系；
[0035]
谐波机理分析单元，用于基于所述耦合关系分析交流侧的大信号关系，以确定三相不控整流器的谐波产生机理。
[0036]
进一步地，所述端口响应计算单元，还用于：
[0037]
利用三相不控整流器的参数，确定三相不控整流器直流侧负载的端口特性：
[0038][0039]
式中，ld，cd分别为直流侧滤波电感和滤波电容，rd为直流侧负载电阻，sa、sb、sc分别为a、b、c三相的开关函数；
[0040]
利用拉氏变换，将所述端口特性转化为时域的表达式，得到直流端口响应：
[0041]
yd(t)＝l-1
{yd(s)}；
[0042]
式中，yd(t)为直流端口响应，表示直流端口负载的端口导纳特性。
[0043]
进一步地，所述耦合关系分析单元，还用于：
[0044]
利用三相不控整流器的开关函数，建立交流端口的电压和电流、直流端口的电压和电流之间的函数关系，作为第一方程：
[0045][0046]
式中，vd为直流端口电压，va，vb，vc分别为交流端口三相电压，s
αβ
＝s
α
+js
β
为开关函数矢量，为s
αβ
的共轭，v
αβ
＝v
α
+jv
β
为交流端口电压矢量，为v
αβ
的共轭；vd为直流端口电压，id为直流端口电流，yd(t)为直流端口负载的端口导纳特性，运算符号*表示求卷积；i
l
为交流侧电流；
[0047]
对第一方程进行求解，得到三相不控整流器交流端口电压和电流之间的关系，作为第二方程：
[0048][0049]
进一步地，所述耦合关系分析单元，还用于：
[0050][0051]
式中，i
lp
和i
ln
分别为i
l
的本征频率响应的耦合频率响应，视为两个独立的状态量，vgp
和v
gn
分别为电网侧即交流端口电压的本征频率分量和耦合频率分量，上标*表示共轭，y
l
(t)为交流端口导纳，ω1为交流侧角频率，s1为s
αβ
的基波分量幅相，且满足
[0052]
进一步地，所述谐波机理分析单元，还用于：
[0053]
确定三相不控整流器的谐波电流：
[0054][0055]
其中，vk表示交流端口k次谐波电压，为本征频率分量，表示2-k次谐波电压，为耦合频率分量，ik为等效的k次谐波电流源；
[0056]
根据三相不控整流器的谐波电流，分析三相不控整流器的谐波产生机理。
[0057]
相对于现有技术，本技术的有益效果在于：
[0058]
本技术提供了一种三相不控整流器谐波特性的建模方法，通过构建三相开关函数，基于小信号建模建立起交流、直流端口电压和电流的关系，进而推导出交流端口阻抗和整流器多次谐波之间的耦合作用关系，在此基础上分析大信号关系，揭示三相不控整流器的谐波产生机理。最后，通过理论计算值和软件仿真的结果值进行对比说明本模型的准确性和有效性。在传统的理论模型中，随着apf对系统谐波电流的补偿作用，由于在整流器中谐波电流等效为谐波电流源，并不会预测到整流器交流端口k次谐波电流的变化关系。该方法相比于传统的理论模型，具有更高的准确性，精确地描绘了三相不控整流器的谐波电流产生机理、多次谐波之间的作用机理，是三相不控整流设备研究的关键进步，对于电网中普遍存在的电能质量问题的刻画、治理有着指导意义，有利于在电网系统中进行稳定性分析、有利于进行电能质量治理设备的控制设计。
附图说明
[0059]
为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0060]
图1是本技术某一实施例提供的三相不控整流器谐波特性的建模方法的流程示意图；
[0061]
图2是本技术某一实施例提供的三相不控整流器的拓扑结构示意图；
[0062]
图3是本技术某一实施例提供的三相开关函数的原理示意图；
[0063]
图4是本技术某一实施例提供的三相不控整流器交流端口电压和电流的信号流图；
[0064]
图5是本技术某一实施例提供的三相不控整流器交流端口的k次谐波和2-k次谐波的大信号关系；
[0065]
图6是本技术某一实施例提供的并联apf后三相不控整流器交流端口的k次谐波和2-k次谐波的大信号关系；
[0066]
图7是本技术某一实施例提供的仿真模型的结构示意图；
[0067]
图8是本技术某一实施例提供的三相不控整流器交流端口k次谐波的增长倍数理论计算值与仿真值的对比结果示意图；
[0068]
图9是本技术某一实施例提供的三相不控整流器谐波特性的建模系统的结构示意图。
具体实施方式
[0069]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0070]
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
[0071]
应当理解，在本技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本技术。如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0072]
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0073]
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0074]
请参阅图1，本技术某一实施例提供一种三相不控整流器谐波特性的建模方法。如图1所示，该三相不控整流器谐波特性的建模方法包括步骤s10至步骤s40。各步骤具体如下：
[0075]
s10、基于三相不控整流器的拓扑结构，获取三相不控整流器的参数，包括直流侧滤波电感，滤波电容和直流侧负载电阻。
[0076]
本步骤中，基于如图2所示三相不控整流器的电路拓扑结构，记录直流侧滤波电感ld，滤波电容cd和直流侧负载电阻rd。由图2可知，该三相不控整流器采用的是三相二极管不控整流器。
[0077]
s20、利用三相不控整流器的参数，确定三相不控整流器的直流端口响应。
[0078]
具体地，步骤s20又包括以下内容：
[0079]
假设s1～s6分别为二极管1～6的开关函数，在二极管导通时函数值为1，在二极管截止时函数值为0。假设sa、sb、sc为a、b、c各相的开关函数，定义为每个桥臂上下两个二极管开关函数之差，该函数的图像如图3所示，其表达式如下：
[0080][0081]
将三相开关函数通过3/2变换转换到αβ坐标系，得到开关函数矢量：s
αβ
＝s
α
+js
β
，若不考虑换相过程与电流断续，s
α
+js
β
就是等作用时间的6个矢量，这6个矢量分别作用个电角度。
[0082]
具体转换过程为：
[0083][0084]
由于三相不控整流设备直流侧负载的端口特性为：
[0085][0086]
式中，ld，cd分别为直流侧滤波电感和滤波电容，rd为直流侧负载电阻。
[0087]
利用拉氏变换，将其转化为时域的表达式，以表示直流侧的单位冲击响应，也即直流端口响应：
[0088]
yd(t)＝l-1
{yd(s)}
ꢀꢀ
(4)
[0089]
s30、根据直流端口响应建立小信号模型，确定三相不控整流器端口阻抗和多次谐波之间的耦合关系。
[0090]
在一个具体地实施例中，步骤s30又包括以下子步骤：
[0091]
3.1)利用三相不控整流器的开关函数，建立交流端口的电压和电流、直流端口的电压和电流之间的函数关系，作为第一方程：
[0092][0093]
其中，第一个等式中，vd为直流端口电压，va，vb，vc分别为交流端口三相电压，s
αβ
＝s
α
+js
β
为开关函数矢量，为s
αβ
的共轭，v
αβ
＝v
α
+jv
β
为交流端口电压矢量，为v
αβ
的共轭；第二个等式中，vd为直流端口电压，id为直流端口电流，yd(t)为直流端口负载的端口导纳特性，运算符号*表示求卷积；第三个等式中，i
l
为交流侧电流。
[0094]
需要说明的是，该方程中三个等式分别表示了交流端口电压和直流端口电压的关系、直流端口电压和直流端口电流的关系、直流端口电流和交流端口电流的关系，由此可以推导出交流电压和交流电流的关系。
[0095]
3.2)对第一方程进行求解，得到三相不控整流器交流端口电压和电流之间的关系，作为第二方程：
[0096][0097]
由于开关函数s
αβ
中的主要信号含量为基波，利用此关系将上述表达式简化，并将矢量表达中的α和β分量拆解开，得到以下方程：
[0098][0099]
其中，i
lp
和i
ln
分别为i
l
的本征频率响应的耦合频率响应，视为两个独立的状态量，vgp
和v
gn
分别为电网侧即交流端口电压的本征频率分量和耦合频率分量，上标*表示共轭，y
l
(t)为交流端口导纳，ω1为交流侧角频率，s1为s
αβ
的基波分量幅相，是一个复数，但由于开关函数sa、sb、sc的基波分量分别与三相交流电压同相，因此s1的虚部为零，即s1是实数，有
[0100]
在一个具体地实施例中，为了更直观的进行分析，将方程(7)用信号流图表示为图4所示关系。从图4中表现出的二极管不控整流器直流侧信号传递关系可以看出，非线性负载导纳对本征频率分量以及反射耦合频率分量都表现出相同的作用特性，这说明二极管整流器是强耦合系统。该步骤中的理论推导，说明在二极管整流器的交流端口，k次谐波电压的扰动会引起等幅值的k次和2-k次谐波电流的响应，这使得两个频率的谐波系统相互连接。在变流器、电网和整流负载所组成的系统中，两个频率的信号相互耦合，这对于系统信号模型的建立，系统特征方程的列写和系统电能质量问题的分析，具有指导意义。
[0101]
s40、基于所述耦合关系分析交流侧的大信号关系，以确定三相不控整流器的谐波产生机理。
[0102]
本步骤中，由于要揭示三相不控整流器交流侧端口谐波电流的产生机理，首先需要分析交流侧大信号关系，并在仿真验证过程中借助apf对于谐波电流的滤除作用做进一步研究，利用apf加入系统前后系统的谐波电流变化情况，实现对于三相整流器谐波产生模型的精确验证。
[0103]
首先，进行大信号关系建模：通过分析整流器交流侧大信号关系，说明三相不控整流器的谐波产生机理。
[0104][0105]
其中，vk为交流端口k次谐波电压，即本征频率分量，为2-k次谐波电压，即耦合频率分量，ik为等效的k次谐波电流源。
[0106]
在大信号分析过程中，将k次谐波产生机理的源头等效成k次的谐波电流源，进而三相整流器所产生的k次谐波电流可以用上式(8)描绘出来。将k次谐波产生机理的源头等效成k次的谐波电流源的原因由本方法中小信号模型所刻画，即变流器的k次谐波的电流源头影响因素主要为基波电压。基波电压通过小信号模型所刻画的谐波作用关系，能够激发k次谐波电流，所激发的含量也主要受谐波作用关系所刻画。在等效过程中，由于电网电压的主要含量为基波电压，相对恒定，且其他次数谐波与k次谐波之间的耦合关系很弱，因此可以将k次谐波产生机理的源头等效成k次的谐波电流源。
[0107]
三相不控整流器接入电网时，由于电网阻抗对于谐波电流的反射作用，三相不控整流器所产生的k次谐波和2-k次谐波的大信号关系如图5所示，其中，ik为谐波电流源，ig和v
gp
分别为网侧即交流电流和交流电压，角标p和n分别表示本征频率分量和耦合频率分量，下划线的物理量表示将2-k次谐波(即耦合频率分量)的频率折算到k次，如zg为交流侧端口阻抗，y
l
为交流侧端口导纳。
[0108]
当apf并联接入系统后，apf用于精确补偿k次谐波电流，相当于削弱了k次谐波耦合环路中负载侧电流i
lp
到网侧电流i
gp
的传递比例，系统中的信号传递关系由图5变为图6，其中m为apf的谐波电流补偿系数。
[0109]
在一个具体实施例中，为了验证该建模方法的准确性，还利用plecs搭建仿真模型，其结构如图7所示。在本技术所提出的信号耦合环路中，通过apf对于k次谐波电流的吸收，检测二极管整流器交流侧的k谐波电流变化关系和2-k次耦合谐波电流变化关系，进而验证建模方法的正确性。
[0110]
当并联apf在补偿13次谐波，且谐波电流补偿系数设定为0.8时，利用本技术提出的三相不控整流器的谐波模型理论，计算系统状态变化时三相不控整流交流端口k次谐波的增长倍数，并在仿真系统中检测k次谐波的增长倍数，得到的理论计算值与仿真结果值的对比如图8所示。
[0111]
在图8中，灰色曲线为apf加入整流器并网系统前后，不同频率谐波电流的理论变化倍数，图中黑点为仿真测定的指定滤除谐波电流变化倍数，该结果能够很好地体现本技术所提模型的准确性。该结果是传统的整流器等效谐波电流源理论所不能预测的。在传统的理论模型中，随着apf对系统谐波电流的补偿作用，由于在整流器中谐波电流等效为谐波电流源，并不会预测到整流器交流端口k次谐波电流的变化关系。这是本技术所提模型相比于传统模型的精进之处，更准确的系统模型，有利于在电网系统中进行稳定性分析、有利于进行电能质量治理设备的控制设计。
[0112]
综上所述，本技术提供的三相不控整流器谐波特性的建模方法，相比于传统的理论模型，具有更高的准确性，精确地描绘了三相不控整流器的谐波电流产生机理、多次谐波之间的作用机理，是三相不控整流设备研究的关键进步，对于电网中普遍存在的电能质量问题的刻画、治理有着指导意义，有利于在电网系统中进行稳定性分析、有利于进行电能质量治理设备的控制设计。
[0113]
请参阅图9，本技术某一实施例还提供一种三相不控整流器谐波特性的建模系统，包括：
[0114]
参数获取单元01，用于基于三相不控整流器的拓扑结构，获取三相不控整流器的参数，包括直流侧滤波电感，滤波电容和直流侧负载电阻；
[0115]
端口响应计算单元02，用于利用三相不控整流器的参数，确定三相不控整流器的直流端口响应；
[0116]
耦合关系分析单元03，用于根据直流端口响应建立小信号模型，确定三相不控整流器端口阻抗和多次谐波之间的耦合关系；
[0117]
谐波机理分析单元04，用于基于所述耦合关系分析交流侧的大信号关系，以确定三相不控整流器的谐波产生机理。
[0118]
在某一实施例中，端口响应计算单元02，还用于：
[0119]
利用三相不控整流器的参数，确定三相不控整流器直流侧负载的端口特性：
[0120][0121]
式中，ld，cd分别为直流侧滤波电感和滤波电容，rd为直流侧负载电阻，
[0122]
sa、sb、sc分别为a、b、c三相的开关函数；
[0123]
利用拉氏变换，将所述端口特性转化为时域的表达式，得到直流端口响应：
[0124]
yd(t)＝l-1
{yd(s)}
ꢀꢀ
(10)
[0125]
式中，yd(t)为直流端口响应，表示直流端口负载的端口导纳特性。
[0126]
在某一实施例中，耦合关系分析单元03，还用于：
[0127]
利用三相不控整流器的开关函数，建立交流端口的电压和电流、直流端口的电压和电流之间的函数关系，作为第一方程：
[0128][0129]
式中，vd为直流端口电压，va，vb，vc分别为交流端口三相电压，s
αβ
＝s
α
+js
β
为开关函数矢量，为s
αβ
的共轭，v
αβ
＝v
α
+jv
β
为交流端口电压矢量，为v
αβ
的共轭；vd为直流端口电压，id为直流端口电流，yd(t)为直流端口负载的端口导纳特性，运算符号*表示求卷积；i
l
为交流侧电流；
[0130]
对第一方程进行求解，得到三相不控整流器交流端口电压和电流之间的关系，作为第二方程：
[0131][0132]
在某一实施例中，耦合关系分析单元03，还用于：
[0133][0134]
式中，i
lp
和i
ln
分别为i
l
的本征频率响应的耦合频率响应，视为两个独立的状态量，v
gp
和v
gn
分别为电网侧即交流端口电压的本征频率分量和耦合频率分量，上标*表示共轭，y
l
(t)为交流端口导纳，ω1为交流侧角频率，s1为s
αβ
的基波分量幅相，且满足
[0135]
在某一实施例中，谐波机理分析单元04，还用于：
[0136]
确定三相不控整流器的谐波电流：
[0137][0138]
其中，vk表示交流端口k次谐波电压，为本征频率分量，表示2-k次谐波电压，为耦合频率分量，ik为等效的k次谐波电流源；
[0139]
根据三相不控整流器的谐波电流，分析三相不控整流器的谐波产生机理。
[0140]
可以理解的是，本实施例提供的系统用于执行如上述任意一项实施例所述的三相不控整流器谐波特性的建模方法，并实现与其相同的效果，在此不再进一步赘述。
[0141]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分仅仅为一种逻辑功能划分，在实际应用中对其实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或页面组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性、机械或其它的形式。
[0142]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0143]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，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单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
[0144]
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本技术各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0145]
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。
技术特征：1.一种三相不控整流器谐波特性的建模方法，其特征在于，包括：基于三相不控整流器的拓扑结构，获取三相不控整流器的参数，包括直流侧滤波电感，滤波电容和直流侧负载电阻；利用三相不控整流器的参数，确定三相不控整流器的直流端口响应；根据直流端口响应建立小信号模型，确定三相不控整流器端口阻抗和多次谐波之间的耦合关系；基于所述耦合关系分析交流侧的大信号关系，以确定三相不控整流器的谐波产生机理。2.根据权利要求1所述的三相不控整流器谐波特性的建模方法，其特征在于，所述利用三相不控整流器的参数，确定三相不控整流器的直流端口响应，包括：利用三相不控整流器的参数，确定三相不控整流器直流侧负载的端口特性：式中，l
d
，c
d
分别为直流侧滤波电感和滤波电容，r
d
为直流侧负载电阻，s
a
、s
b
、s
c
分别为a、b、c三相的开关函数；利用拉氏变换，将所述端口特性转化为时域的表达式，得到直流端口响应：y
d
(t)＝l-1
{y
d
(s)}；式中，y
d
(t)为直流端口响应，表示直流端口负载的端口导纳特性。3.根据权利要求2所述的三相不控整流器谐波特性的建模方法，其特征在于，所述根据直流端口响应建立小信号模型，确定三相不控整流器端口阻抗和多次谐波之间的耦合关系，包括：利用三相不控整流器的开关函数，建立交流端口的电压和电流、直流端口的电压和电流之间的函数关系，作为第一方程：式中，v
d
为直流端口电压，v
a
，v
b
，v
c
分别为交流端口三相电压，s
αβ
＝s
α
+js
β
为开关函数矢量，为s
αβ
的共轭，v
αβ
＝v
α
+jv
β
为交流端口电压矢量，为v
αβ
的共轭；v
d
为直流端口电压，i
d
为直流端口电流，y
d
(t)为直流端口负载的端口导纳特性，运算符号*表示求卷积；i
l
为交流侧电流；对第一方程进行求解，得到三相不控整流器交流端口电压和电流之间的关系，作为第二方程：4.根据权利要求3所述的三相不控整流器谐波特性的建模方法，其特征在于，在得到所
述第二方程之后，还包括对第二方程进行简化：式中，i
lp
和i
ln
分别为i
l
的本征频率响应的耦合频率响应，视为两个独立的状态量，v
gp
和v
gn
分别为电网侧即交流端口电压的本征频率分量和耦合频率分量，上标*表示共轭，y
l
(t)为交流端口导纳，ω1为交流侧角频率，s1为s
αβ
的基波分量幅相，且满足5.根据权利要求3所述的三相不控整流器谐波特性的建模方法，其特征在于，所述基于所述耦合关系分析交流侧的大信号关系，以确定三相不控整流器的谐波产生机理，包括：确定三相不控整流器的谐波电流：其中，v
k
表示交流端口k次谐波电压，为本征频率分量，表示2-k次谐波电压，为耦合频率分量，i
k
为等效的k次谐波电流源；根据三相不控整流器的谐波电流，分析三相不控整流器的谐波产生机理。6.一种三相不控整流器谐波特性的建模系统，其特征在于，包括：参数获取单元，用于基于三相不控整流器的拓扑结构，获取三相不控整流器的参数，包括直流侧滤波电感，滤波电容和直流侧负载电阻；端口响应计算单元，用于利用三相不控整流器的参数，确定三相不控整流器的直流端口响应；耦合关系分析单元，用于根据直流端口响应建立小信号模型，确定三相不控整流器端口阻抗和多次谐波之间的耦合关系；谐波机理分析单元，用于基于所述耦合关系分析交流侧的大信号关系，以确定三相不控整流器的谐波产生机理。7.根据权利要求6所述的三相不控整流器谐波特性的建模系统，其特征在于，所述端口响应计算单元，还用于：利用三相不控整流器的参数，确定三相不控整流器直流侧负载的端口特性：式中，l
d
，c
d
分别为直流侧滤波电感和滤波电容，r
d
为直流侧负载电阻，s
a
、s
b
、s
c
分别为a、b、c三相的开关函数；利用拉氏变换，将所述端口特性转化为时域的表达式，得到直流端口响应：y
d
(t)＝l-1
{y
d
(s)}；式中，y
d
(t)为直流端口响应，表示直流端口负载的端口导纳特性。8.根据权利要求7所述的三相不控整流器谐波特性的建模系统，其特征在于，所述耦合关系分析单元，还用于：利用三相不控整流器的开关函数，建立交流端口的电压和电流、直流端口的电压和电流之间的函数关系，作为第一方程：
式中，v
d
为直流端口电压，v
a
，v
b
，v
c
分别为交流端口三相电压，s
αβ
＝s
α
+js
β
为开关函数矢量，为s
αβ
的共轭，v
αβ
＝v
α
+jv
β
为交流端口电压矢量，为v
αβ
的共轭；v
d
为直流端口电压，i
d
为直流端口电流，y
d
(t)为直流端口负载的端口导纳特性，运算符号*表示求卷积；i
l
为交流侧电流；对第一方程进行求解，得到三相不控整流器交流端口电压和电流之间的关系，作为第二方程：9.根据权利要求8所述的三相不控整流器谐波特性的建模系统，其特征在于，所述耦合关系分析单元，还用于：式中，i
lp
和i
ln
分别为i
l
的本征频率响应的耦合频率响应，视为两个独立的状态量，v
gp
和v
gn
分别为电网侧即交流端口电压的本征频率分量和耦合频率分量，上标*表示共轭，y
l
(t)为交流端口导纳，ω1为交流侧角频率，s1为s
αβ
的基波分量幅相，且满足10.根据权利要求8所述的三相不控整流器谐波特性的建模系统，其特征在于，所述谐波机理分析单元，还用于：确定三相不控整流器的谐波电流：其中，v
k
表示交流端口k次谐波电压，为本征频率分量，表示2-k次谐波电压，为耦合频率分量，i
k
为等效的k次谐波电流源；根据三相不控整流器的谐波电流，分析三相不控整流器的谐波产生机理。
技术总结本申请公开了一种三相不控整流器谐波特性的建模方法及系统，该方法包括：基于三相不控整流器的拓扑结构，获取三相不控整流器的参数，包括直流侧滤波电感，滤波电容和直流侧负载电阻；利用三相不控整流器的参数，确定三相不控整流器的直流端口响应；根据直流端口响应建立小信号模型，确定三相不控整流器端口阻抗和多次谐波之间的耦合关系；基于所述耦合关系分析交流侧的大信号关系，以确定三相不控整流器的谐波产生机理。本申请相比于传统的理论模型，具有更高的准确性，能够精确描绘三相不控整流器的谐波电流产生机理以及多次谐波之间的作用机理，对于电网中普遍存在的电能质量问题的刻画、治理有着指导意义。治理有着指导意义。治理有着指导意义。
技术研发人员：金莉 马明
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司电力科学研究院
技术研发日：2022.07.26
技术公布日：2022/11/1
