电能作为使用最为广泛的二次能源,在支撑整个国民生产和国家建设中具有举足轻重的地位。电力谐波作为衡量电能质量优劣的一个重要指标,从上个世纪中叶开始就引起整个行业的着重关注。几十年来,国内外学者一直在深入开展谐波治理的研究工作,近年来在低压谐波治理理论研究和治理装置研发方面取得了较为丰硕的成果,实现了治理装置的市场化。然而,随着全球能源互联网建设的稳步推进、智能电网的全面建设、分布式能源大量并网、PWM(Pulse Width Modulation)技术普遍使用和高压长距离跨区域输电工程全面发展,电网谐波特性也随之发生新的变化,逐渐呈现为谐波频域增宽、中高频谐波含量增加、多类型谐波交互影响等新特征。针对电网中宽频域多类型谐波大量共存的现状,本文以国家自然科学基金项目为依托,从宽频域谐波产生机理、宽频域谐波劣化机理、宽频域谐波治理等方面展开了深入研究,并针对性提出了行之有效的宽频域多类型谐波治理方法与技术。本文的研究重点及创新之处如下:本文首先以典型宽频域谐波源两级式光伏并网系统为研究对象,在建立其理想状态下谐波输出模型的基础上,深入分析了其宽频域谐波特征;综合考虑了二极管管压降、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)管压降、死区效应、控制策略影响、输出滤波器参数和直流侧纹波电压特点等非理想因素,建立了非理想状态下两级式光伏并网系统的宽频域谐波模型,进而获得了两级式光伏并网系统的谐波输出特性。分析结果表明两级式光伏系统的大规模并网运行,将导致电网谐波呈现出宽频域多类型谐波交互耦合的新特征。在考虑电力系统输电线路典型元件杂散参数的基础上,本文深入研究了宽频域多类型谐波在电网传输过程中的劣化现象。文章首先推导了高压长距离输电线路的谐波域精确模型,在此基础上分析得出高压长距离输电线路由于对地电容的作用,将会引起宽频域电流型谐波和宽频域电压型谐波发生谐波放大等劣化现象。本文还细化了传统电力变压器谐波域模型,深入分析了宽频域多类型谐波在考虑变压器模型时的劣化特点。电网实测数据有力证明了宽频域谐波劣化理论分析的正确性。常规并联型谐波治理装置是电力系统中用于治理电流型谐波的主要方式,但很难补偿谐波电压,而且在补偿电压型谐波源所产生的谐波电流时,受限于装置容量,不能达到完全补偿的目的。常规串联型有源滤波装置对谐波电压有优秀的治理能力,却难以补偿谐波电流,并且在补偿电流型谐波源所产生的谐波电压时,需要输出非常大的电压才能保证治理效果。针对未来智能电网随机性强、多类型交互耦合的宽频域谐波特点,本文提出了一种对宽频域多类型谐波综合治理的新型串联混合型有源滤波装置SHAPF,对其拓扑结构和原理进行了分析。SHAPF有源部分串联接入电网,一方面补偿谐波电压,同时形成很大的谐波阻抗,阻止高频次谐波电流向高压电网渗透,使其主要流向谐波阻抗较小的无源支路,达到补偿谐波电流的目的。仿真分析验证了其对不同类型宽频域谐波治理的有效性。在分析SHAPF等效电路模型和两种类型谐波治理模型的基础上,针对SHAPF控制算法的跟踪速度和控制精度,提出了一种基于双滞环广义积分迭代的复合控制算法,这种借鉴积分分离思想的复合型控制策略既能避免双滞环控制“死区”效应带来的稳态误差,又能克服广义积分控制进入稳态时间长的缺陷,充分结合了两种控制的优势。对采用复合控制算法的SHAPF开展稳定性分析可知,该系统具有较好的稳定性。文章还分别对双滞环控制方法,广义积分迭代控制方法和复合型控制方法进行了仿真分析,对比研究结果充分验证了复合型控制算法在跟踪速度和控制精度方面的综合优势。最后本文开展了SHAPF的参数设计及工程实验样机的研制。给出了整套装置的总体设计方案,详细介绍了SHAPF各个组成部分的优化设计,根据所提参数设计方法,研制了一套SHAPF工程实验样机。样机的运行效果表明,该套装置能够很好的抑制电网宽频域多类型谐波,完全达到了设计要求。文中的仿真、实测和实验结论证明了本文所提宽频域谐波劣化分析方法和结论的正确性以及SHAPF装置主电路设计、控制策略、软硬件保护的有效性,研究成果能够对该类型装置的研发和生产提供重要参考。