基于虚拟谐波阻抗的配电网谐波主动防御系统研究

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随着双碳目标的提出和新型电力系统的建设,配电网双高特征明显,具体表现为电源侧新能源占比高,源网荷储多个环节呈现高比例电力电子化。新型电力系统下的谐波将出现新的特点:(1)谐波污染持续增大,而且其频段进一步向高频发展;(2)谐波污染源的分布分散化、扩散化;(3)谐波污染时间随机化。传统谐波治理设备无源电力滤波器(Passive Power Filter,PPF)无法同时治理多频段的谐波,且容易发生过载和谐振;有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)能对全频段谐波进行治理,但仅限于本地负荷。针对上述PPF、APF的局限性,本文提出了基于虚拟谐波阻抗的配电网谐波主动防御系统(Harmonic Active Defense System,HADS)以适应新型电力系统谐波治理的需求。本文的创新和工作内容主要包括以下几个方面:1)首先构建了基于谐波虚拟电阻的HADS,其特点在于,不是针对特定负荷检测谐波电流进行补偿,而是控制设备表现为谐波电阻,基于电阻分压原理降低接入点谐波电压幅值,能够进行区域性谐波抑制。同时,谐波电阻的存在能够激励电网中的谐波源用户主动治理谐波,还具备阻尼谐振的作用。2)在电流控制方法上,引入快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)提取电压电流谐波实部虚部,在频域上进行电流控制,实现了对各次谐波独立、无静差的控制效果。3)针对不同应用场景的需求,提出了吸收谐波功率最大化调节策略和并网电压总谐波畸变率(Total Harmonic Distortion,THD)最小化调节策略。4)针对实践中虚拟谐波电阻型HADS对变压器高压母线谐波治理效果不明显的问题,进一步提出了虚拟谐波阻容型HADS,能够控制HADS的虚拟电阻穿越变压器漏抗,有效降低高压母线的谐波电压。5)研制了HADS实验样机,在实验室实现了上述各项功能。6)研制了工程样机,进行示范工程应用,取得了良好的谐波治理效果。
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