分布式电站宽频域谐振机理分析及阻抗协调构造方法研究

The impedance coupling of the complex networks inside distributed power plants (DPPs) could produce multi-level, multi-profile, and wide-frequency-domain resonance bands, which will excite as well as magnify characteristic harmonic currents. This proposal, focusing on this foreseeably significant power-quality problem, will conduct theoretical investigations from the following three aspects: 1) Establishing the wide-frequency-domain impedance model of the DPPs in which the critical electrical facilities and equipment are taken into consideration. 2) Exploring the profile, type, migration, and deterioration features of these resonance bands, also, revealing the essential causes of these resonance phenomena in terms of the time- and frequency-domain impedance stability. 3) Breaking through the control dilemma of these harmonic resonance in such a way to coordinately reshape the impedance of the DPPs, which could achieve multi-level resonance damping effect, enhancing the impedance stability, also improving the quality of the grid-connected current. These potentially innovative achievements could not only expand the implementation of the impedance stability theory, but also provide guidelines, to some extent, for the grid-connected stability analysis as well as the power quality control of the DPPs.

分布式电站复杂网络阻抗耦合使得其内部存在多层级、多形态、宽频域谐振带，极易激发并放大特征谐波电流。针对这一可预见重大电能质量问题，本项目从以下三个方面开展理论研究工作：1）建立包含关键电力电气设施及设备在内的分布式电站宽频域阻抗模型；2）分析电站宽频域谐振带的形态、类型、偏移、劣化特征，并从时域及频域阻抗稳定性角度揭示宽频域谐振现象产生的本质原因；3）突破这一类电站宽频域谐波谐振治理困境，寻求可普遍推广的电站层级阻抗协调构造方法，实现多层级宽频域谐振阻尼效果，提高电站阻抗稳定性以及并网电流质量。这些潜在的创新性成果将丰富阻抗稳定性理论体系内涵，为这一类电站的并网稳定性分析、电能质量控制提供一定的参考方法。

分布式电站复杂网络阻抗耦合存在多层级、多形态、宽频域谐振带，极易激发并放大特征谐波电流。针对这一重大电能质量问题，本项目开展了以下研究工作：1）建立了包含发电单元、电力变压器、输电线在内的分布式电站宽频域阻抗模型；2）分析了宽频域谐振带的形态、类型、偏移及劣化特征，揭示了谐波谐振传播劣化现象背后隐藏的系统稳定性规律；3）提出了宽频域谐波谐振阻尼方案，包括设计了协调阻尼装置拓扑结构、分析了安装位置的选取原则、设计了鲁棒电流控制方法。本项目的重要发现、结论总结如下：.1）分布式电站存在以集电馈线为单元，由阻抗耦合引起的宽频域谐振带，包括：由发电单元逆变滤波环节主导的滤波谐振带、由输电线分布式电容主导的弧形谐振带、由滤波谐振带和弧形谐振带叠加产生的叠加谐振带。.2）提出了“基于欧拉公式的宽频谐波谐振稳定性评估法”；利用该方法，从零极点运动模式角度，阐述了宽频谐波谐振传播劣化现象，揭示了弧形谐振现象产生的本质原因：当系统频率变化时，特征根若至上而下穿越复平面的负实轴，靠近原点的非主导极点与零点无法严格对消，非主导极点篡夺系统瞬态响应的主导权，使得阻尼正弦瞬态分量初始峰值过高，衰减时间过长。.3）提出了协调阻尼方案，以突破新能源电站宽频谐波谐振治理困境；其中，无源阻尼器为并联至电站汇流母线的基频并联谐振LC网络；以电站主变低压侧端口为视角，该无源阻尼器主导了电站谐波输出阻抗；有源阻尼器等效为串联在电站汇流母线上、靠近主变低压侧的谐波虚拟阻抗，以实现电站与配电网之间的谐波阻抗隔离。有源阻尼器串联在无源阻尼器的中性点，极大降低了前者的电压承载压力，非常适合在中高压场景中应用，具备了普遍推广性。.以上创新性成果可丰富阻抗稳定性理论体系内涵，为新能源电站的并网稳定性分析、电能质量控制提供一定的参考方法。