寬頻域多類型諧波理論分析及治理方法研究.pdf

1、電能作為使用最為廣泛的二次能源，在支撐整個(gè)國民生產(chǎn)和國家建設(shè)中具有舉足輕重的地位。電力諧波作為衡量電能質(zhì)量優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)，從上個(gè)世紀(jì)中葉開始就引起整個(gè)行業(yè)的著重關(guān)注。幾十年來，國內(nèi)外學(xué)者一直在深入開展諧波治理的研究工作，近年來在低壓諧波治理理論研究和治理裝置研發(fā)方面取得了較為豐碩的成果，實(shí)現(xiàn)了治理裝置的市場化。然而，隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)、智能電網(wǎng)的全面建設(shè)、分布式能源大量并網(wǎng)、PWM(Pulse WidthModulat

2、ion)技術(shù)普遍使用和高壓長距離跨區(qū)域輸電工程全面發(fā)展，電網(wǎng)諧波特性也隨之發(fā)生新的變化，逐漸呈現(xiàn)為諧波頻域增寬、中高頻諧波含量增加、多類型諧波交互影響等新特征。
　　針對(duì)電網(wǎng)中寬頻域多類型諧波大量共存的現(xiàn)狀，本文以國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目為依托，從寬頻域諧波產(chǎn)生機(jī)理、寬頻域諧波劣化機(jī)理、寬頻域諧波治理等方面展開了深入研究，并針對(duì)性提出了行之有效的寬頻域多類型諧波治理方法與技術(shù)。本文的研究重點(diǎn)及創(chuàng)新之處如下:
　　本文首先以典型寬

3、頻域諧波源兩級(jí)式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，在建立其理想狀態(tài)下諧波輸出模型的基礎(chǔ)上，深入分析了其寬頻域諧波特征;綜合考慮了二極管管壓降、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)管壓降、死區(qū)效應(yīng)、控制策略影響、輸出濾波器參數(shù)和直流側(cè)紋波電壓特點(diǎn)等非理想因素，建立了非理想狀態(tài)下兩級(jí)式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的寬頻域諧波模型，進(jìn)而獲得了兩級(jí)式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的諧波輸出特性。分析結(jié)果表明兩級(jí)式光伏系統(tǒng)的大規(guī)模并網(wǎng)運(yùn)行，將導(dǎo)致電

4、網(wǎng)諧波呈現(xiàn)出寬頻域多類型諧波交互耦合的新特征。
　　在考慮電力系統(tǒng)輸電線路典型元件雜散參數(shù)的基礎(chǔ)上，本文深入研究了寬頻域多類型諧波在電網(wǎng)傳輸過程中的劣化現(xiàn)象。文章首先推導(dǎo)了高壓長距離輸電線路的諧波域精確模型，在此基礎(chǔ)上分析得出高壓長距離輸電線路由于對(duì)地電容的作用，將會(huì)引起寬頻域電流型諧波和寬頻域電壓型諧波發(fā)生諧波放大等劣化現(xiàn)象。本文還細(xì)化了傳統(tǒng)電力變壓器諧波域模型，深入分析了寬頻域多類型諧波在考慮變壓器模型時(shí)的劣化特點(diǎn)。電網(wǎng)實(shí)測數(shù)

5、據(jù)有力證明了寬頻域諧波劣化理論分析的正確性。
　　常規(guī)并聯(lián)型諧波治理裝置是電力系統(tǒng)中用于治理電流型諧波的主要方式，但很難補(bǔ)償諧波電壓，而且在補(bǔ)償電壓型諧波源所產(chǎn)生的諧波電流時(shí)，受限于裝置容量，不能達(dá)到完全補(bǔ)償?shù)哪康?。常?guī)串聯(lián)型有源濾波裝置對(duì)諧波電壓有優(yōu)秀的治理能力，卻難以補(bǔ)償諧波電流，并且在補(bǔ)償電流型諧波源所產(chǎn)生的諧波電壓時(shí)，需要輸出非常大的電壓才能保證治理效果。針對(duì)未來智能電網(wǎng)隨機(jī)性強(qiáng)、多類型交互耦合的寬頻域諧波特點(diǎn)，本文提出了

6、一種對(duì)寬頻域多類型諧波綜合治理的新型串聯(lián)混合型有源濾波裝置SHAPF，對(duì)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行了分析。SHAPF有源部分串聯(lián)接入電網(wǎng)，一方面補(bǔ)償諧波電壓，同時(shí)形成很大的諧波阻抗，阻止高頻次諧波電流向高壓電網(wǎng)滲透，使其主要流向諧波阻抗較小的無源支路，達(dá)到補(bǔ)償諧波電流的目的。仿真分析驗(yàn)證了其對(duì)不同類型寬頻域諧波治理的有效性。
　　在分析SHAPF等效電路模型和兩種類型諧波治理模型的基礎(chǔ)上，針對(duì)SHAPF控制算法的跟蹤速度和控制精度，提出

7、了一種基于雙滯環(huán)廣義積分迭代的復(fù)合控制算法，這種借鑒積分分離思想的復(fù)合型控制策略既能避免雙滯環(huán)控制“死區(qū)”效應(yīng)帶來的穩(wěn)態(tài)誤差，又能克服廣義積分控制進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)間長的缺陷，充分結(jié)合了兩種控制的優(yōu)勢。對(duì)采用復(fù)合控制算法的SHAPF開展穩(wěn)定性分析可知，該系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性。文章還分別對(duì)雙滯環(huán)控制方法，廣義積分迭代控制方法和復(fù)合型控制方法進(jìn)行了仿真分析，對(duì)比研究結(jié)果充分驗(yàn)證了復(fù)合型控制算法在跟蹤速度和控制精度方面的綜合優(yōu)勢。
　　最后本文

8、開展了SHAPF的參數(shù)設(shè)計(jì)及工程實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的研制。給出了整套裝置的總體設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了SHAPF各個(gè)組成部分的優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)所提參數(shù)設(shè)計(jì)方法，研制了一套SHAPF工程實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。樣機(jī)的運(yùn)行效果表明，該套裝置能夠很好的抑制電網(wǎng)寬頻域多類型諧波，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
　　文中的仿真、實(shí)測和實(shí)驗(yàn)結(jié)論證明了本文所提寬頻域諧波劣化分析方法和結(jié)論的正確性以及SHAPF裝置主電路設(shè)計(jì)、控制策略、軟硬件保護(hù)的有效性，研究成果能夠?qū)υ擃愋脱b置的研發(fā)