基于諧波耦合導(dǎo)納矩陣模型的VSC諧波特性分析及諧波潮流計(jì)算.pdf

1、近年來(lái)，隨著非線(xiàn)性電力電子裝置在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)中的諧波污染問(wèn)題日益突出。三相電壓型不控整流裝置是電網(wǎng)中的重要諧波源，它廣泛應(yīng)用于交-直-交變頻器、直流驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域。該類(lèi)諧波源所產(chǎn)生的諧波注入到電力系統(tǒng)中會(huì)造成諸多危害，如使電力設(shè)備產(chǎn)生附加損耗，造成繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，產(chǎn)生諧振過(guò)電壓等，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
　　目前關(guān)于三相電壓型不控整流裝置的諧波源模型中，諧波耦合導(dǎo)納矩陣模型是準(zhǔn)確度非常高的

2、模型。該模型計(jì)及了諧波源供電端的各次諧波電壓和所產(chǎn)生的諧波電流之間的耦合關(guān)系，可考慮諧波源與系統(tǒng)之間的諧波相互影響。但目前的研究中，尚缺乏基于該模型進(jìn)一步對(duì)非線(xiàn)性電力電子裝置的諧波產(chǎn)生特性的深入分析以及諧波在系統(tǒng)中的擴(kuò)散研究等。通過(guò)精確的數(shù)學(xué)模型研究諧波源的諧波產(chǎn)生特性和系統(tǒng)的諧波潮流，對(duì)制定諧波抑制策略，減少諧波污染具有重要意義。
　　本文基于諧波耦合導(dǎo)納矩陣模型，對(duì)三相電壓型不控整流裝置(Voltage SourceConve

3、rter, VSC)的諧波產(chǎn)生特性及含三相VSC系統(tǒng)的諧波潮流情況進(jìn)行了深入研究。分析了諧波耦合導(dǎo)納矩陣模型具有的諧波解耦特性和矩陣導(dǎo)納元素的物理意義，研究了三相不控VSC在電流斷續(xù)和電流連續(xù)兩種不同工作模式下的諧波產(chǎn)生特性。進(jìn)一步提出了基于VSC諧波耦合導(dǎo)納矩陣模型的系統(tǒng)諧波潮流迭代算法和諧波耦合導(dǎo)納矩陣簡(jiǎn)化模型，并對(duì)所提方法的準(zhǔn)確性和簡(jiǎn)化模型的精度進(jìn)行了驗(yàn)證。論文的主要研究?jī)?nèi)容可分為如下三方面:
　　(1)分析了非線(xiàn)性電力電子

4、裝置類(lèi)諧波源的諧波耦合導(dǎo)納矩陣模型的建模過(guò)程、模型原理、表達(dá)形式以及導(dǎo)納矩陣元素的物理意義;在此基礎(chǔ)上，對(duì)三相電壓型不控整流裝置諧波耦合導(dǎo)納矩陣的元素幅值進(jìn)行了標(biāo)幺化，分析得出了電流連續(xù)和電流斷續(xù)兩種工作模式下各次諧波電壓對(duì)諧波電流的耦合關(guān)系以及相對(duì)貢獻(xiàn)大小，得出了三相不控VSC在連續(xù)和斷續(xù)兩種運(yùn)行模式下的諧波產(chǎn)生特性。諧波電壓對(duì)諧波電流的影響隨諧波次數(shù)的變化而不同。VSC的諧波特性在兩種工作模式下的相同點(diǎn)為:各次諧波電壓對(duì)諧波電流的貢

5、獻(xiàn)隨諧波次數(shù)的增大而減小;同次諧波電壓和諧波電流之間的自耦合作用大于非同次諧波間的互耦合作用;不同點(diǎn)為:電流連續(xù)模式下各次諧波電壓與諧波電流的自耦合作用較強(qiáng)，且高次諧波電壓對(duì)諧波電流的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)小于基頻電壓。
　　(2)提出了基于三相不控VSC諧波耦合矩陣模型的系統(tǒng)諧波潮流迭代算法。該算法根據(jù)諧波耦合導(dǎo)納矩陣模型的解耦特性，將基波潮流和諧波潮流分開(kāi)計(jì)算。通過(guò)聯(lián)立系統(tǒng)的導(dǎo)納方程和諧波源的耦合矩陣模型方程計(jì)算系統(tǒng)的諧波潮流，并在計(jì)算過(guò)程中

6、根據(jù)諧波源輸入端電壓的變化對(duì)三相電壓型不控整流裝置電流的導(dǎo)通角和截止角等參數(shù)的影響，迭代修正了諧波耦合導(dǎo)納矩陣模型的各矩陣元素，直至諧波潮流結(jié)果收斂。將所提出的方法分別應(yīng)用于含單個(gè)和多個(gè)三相不控VSC諧波源的系統(tǒng)，通過(guò)時(shí)域仿真與編程計(jì)算對(duì)比多個(gè)算例的系統(tǒng)諧波潮流結(jié)果，定量分析了兩種方法所得出結(jié)果的差異，驗(yàn)證了所提算法的準(zhǔn)確性。
　　(3)提出了三相不控VSC的“忽略共軛矩陣”的簡(jiǎn)化模型和忽略諧波互耦合影響的諾頓等值電路簡(jiǎn)化模型。導(dǎo)

7、納矩陣中各元素的相對(duì)幅值大小體現(xiàn)了各次諧波電壓對(duì)三相電壓型不控整流裝置所產(chǎn)生的諧波電流的貢獻(xiàn)。兩種簡(jiǎn)化模型在諧波耦合導(dǎo)納矩陣完整模型的基礎(chǔ)上，保留了對(duì)諧波電流貢獻(xiàn)較大的“主要元素”，忽略了對(duì)諧波電流貢獻(xiàn)較小的“非主要元素”。簡(jiǎn)化模型包含了諧波電壓與諧波電流的主要耦合關(guān)系?；诤?jiǎn)化模型，對(duì)含三相不控VSC的系統(tǒng)的諧波潮流進(jìn)行了計(jì)算，對(duì)比了三相電壓型不控整流裝置兩種簡(jiǎn)化模型與完整模型在不同背景諧波電壓供電情況下的誤差以及系統(tǒng)諧波潮流誤差，證