[发明专利]一种宽频带动态谐波能量存储与利用方法

权利要求书

1.一种宽频带动态谐波能量存储与利用方法，其特征在于，当供电系统向用户端输电时，每一相上安装谐波分析仪用于检测电压的谐波，并用快速傅里叶变换示波器显示电压谐波信号，采用快速傅里叶变换计算谐波间谐波与高次谐波，并通过分析谐波信号来控制谐波能量存储系统的开断；谐波能量存储系统的29个电容分别存储频率为f₀/9、f₀/7、f₀/5、f₀/3、3f₀、5f₀、7f₀、9f₀、11f₀、13f₀、15f₀、17f₀、19f₀、21f₀、23f₀、25f₀、27f₀、29f₀、31f₀、33f₀、35f₀、37f₀、39f₀、41f₀、43f₀、45f₀、47f₀、49f₀和51f₀的谐波能量；当为三次谐波时，则打开三次谐波控制的开关，三次谐波的电压通过交流/直流整流器将谐波电压的能量转换为直流电压，直流电压向谐波能量存储系统充电，将谐波能量存储在谐波能量存储系统中；谐波能量存储系统收集到的谐波能量通过电力逆变器逆变为220V 50Hz的工频三相电压并输送至电网，实现谐波能量的收集与利用；电网中高次谐波电压u₁(t)表示为：

其中，N为电压信号最高谐波次数；A_n为基波或谐波幅值；n为谐波次数，n＝1时为基波；为基波或谐波的初相位；ω₀为基波角频率，且T₀为信号基波周期；

间谐波信号的每个相邻周期的信号可能不同，且谐波信号是变化的，当变化满足M个基波周期变化重复一次，对谐波周期信号的M个基波周期进行傅里叶变换，间谐波电压u₂(t)表达式为：

其中，c_m为频率为的正弦间谐波信号的幅值；f₀为基波信号的频率,且f₀＝50Hz；间谐波信号的初相位；M为周期信号的次数；m为间谐波信号的谐波次数；a_m为实轴分量的振幅，b_m为虚轴分量的振幅；j为虚数单位；对间谐波进行分析：当b_m≥0时，有

当b_m＜0时，有

其中，c₀为直流分量；T_w为傅里叶时间窗的宽度；T_w＝MT₁；T₁为间谐波的周期；

谐波分析方法采用快速傅里叶变换分析方法，傅里叶变换的计算为：

其中，F(ω)为f(t)的傅里叶变换；f(t)为可积函数；e为自然常数；e^-jωt为复指数序列；

根据傅里叶级数的原理，周期函数展开为常数与一组具有共同周期的正弦函数和余弦函数之和，f(t)的傅里叶级数展开为：

其中，ω＝2π/T；T为周期信号的周期；为周期函数信号的直流分量；

其中，a_k，b_k为傅里叶级数；k为自然数；在间断点处，傅里叶级数表示为：

对于不同频率的谐波电压，谐波能量存储系统采用不同的整流电路，通过整流电路将交流的谐波电压能量转换为直流电压能量，并对谐波能量存储系统充电，实现谐波能量的存储功能；

将多频率的谐波电压转换为直流电压对谐波能量存储系统充电，采用三相桥式全控整流电路来实现交流转直流的功能；对整流输出电压在一个周期内脉动六次，且每次脉动的波形相同；以线电压的过零点为时间坐标的零点，得到整流输出电压U_d为：

其中，U_d为整流输出电压；ω为谐波电压的频率；α为整流电路的触发角；

由于三相桥式全控整流电路为电阻负载，所以整流得到的输出电流平均值为：

I_d＝U_d/R

其中，I_d为整流输出电流；R为整流电路的电阻阻值；

对于谐波能量存储系统中的能量进行再利用，采用正弦波电力逆变器来实现谐波能量存储系统中的直流电压逆变为220V 50Hz的交流电压，并通过线路将交流电送入电网中，实现了能量的再利用；由于谐波能量存储系统存储的为直流电压，形成电压源；采用电压型逆变电路对谐波能量存储的直流电压进行逆变，电压型逆变后产生的交流电压为220V 50Hz的正弦交流电压，对三相桥式逆变电路的输出电压进行定量分析；谐波能量存储系统的输出线电压u_UV为：

其中，u_UV为输出线电压；λ＝6η±1，η为自然数；

充电后的谐波能量存储系统通过三相桥式电力逆变器来将谐波能量存储系统中的直流电压逆变为220V 50Hz的正弦交流电压，并将正弦交流电压输送至电网中，实现谐波能量的利用。