含多电压源型换流器配网的谐波问题研究

With the more applications of power electronic devices based on voltage source converter (VSC) in modern distribution network, the production, propagation and interaction of harmonics caused by VSCs in the network become more complicated and put more significant effect on the power quality. The studies on the harmonics of distribution network with multiple VSCs are very important to construct the distribution network with high quality. Firstly, based on harmonic analysis model of VSC with the sequence dynamic phasors, the nonlinear interactions among voltage and current harmonics on ac and dc side are quantified and mechanism of the harmonic productions is discovered with the graph theory. Secondly, the equivalent circuits of VSC have developed on the positive, negative and zero sequences based on the quantified mechanism of the harmonic productions. Thirdly, the related harmonic analysis model of the distribution network with multiple VSCs is developed with the equivalent circuits of VSCs. The approaches to solve the network harmonic analysis model are researched to discover the harmonic propagations and interactions in the network. Finally, with the characteristics of distribution network with multiple VSCs, the effective strategies are given to mitigate the harmonics in the distribution network. The theories and methods studied in this application can promote the wide use of VSCs in distribution network.

随着基于电压源型换流器（VSC）的电力电子装备在现代配网中的应用日增，其产生的谐波及谐波在配网中的传播和相互耦合问题日趋复杂，对配网电能质量的影响越来越大，因此迫切需要深入研究含多VSC配网中的谐波问题，为构建优质配网提供重要理论支撑。本项目基于VSC序分量动态相量谐波分析模型，采用图论求解法精确量化VSC交直流侧电压电流各次谐波非线性相互作用关系，科学定量揭示VSC的谐波产生机理。基于VSC谐波产生机理，建立VSC的正、负和零序等值电路模型及研究序参数计算方法。利用VSC的等值电路模型建立含多VSC配网的谐波分析数学模型，探索其解析求解方法，揭示网络中谐波产生与传播耦合机理。在此基础上，充分利用含多VSC配网的特性，提出行之有效的谐波抑制策略，降低配网中的谐波含有率。从而建立含多VSC配网谐波问题研究的理论体系，推动VSC在配网中的应用。

随着基于电压源型换流器（VSC）的电力电子装备在现代配网中的应用日增，其产生的谐波及谐波在配网中的传播和相互耦合问题日趋复杂，对配网电能质量的影响越来越大，因此迫切需要深入研究含多VSC配网中的谐波问题，为构建优质配网提供重要理论支撑。本项目基于VSC序分量动态相量谐波分析模型，解析表达了三相不对称下VSC交直流侧谐波序分量之间的相互作用关系，并将谐波分析问题转化为状态空间方程求解问题，将稳态下VSC谐波分析问题转化为线性方程组求解问题，利用稀疏求解算法和道路树求解方法，得到前推回代求解过程中的道路树，科学定量揭示了VSC交直流侧各次谐波的非线性相互作用；交直流侧谐波相互作用相对独立性，针对相互作用的交直流侧谐波，采用戴维南等效方法，利用电流控制电压源形式构建VSC的稳态等值电路；利用VSC的高频等值电路，分析含多VSC换流器接入配电网的高频谐振特性，重点分析了换流器台数和滤波器配置对高频谐振特性的影响；针对三相不对称下产生的低次非特征谐波，提出了负序补偿抑制策略，通过负序分量对消，有效减少因基波负序分量引起的3次谐波，达到谐波抑制的效果；针对稳态情况下VSC高次特征谐波的计算结果，提出了LCL滤波器的确定性设计方法，以满足IEEE1547标准为约束，定量计算出LCL滤波器参数；针对含多VSC的配网高频谐振问题，提出了利用通过调整换流器的调制波抑制高频谐振的策略。通过项目研究，建立了含多VSC配网谐波问题研究的理论体系，推动VSC在配网中的应用。.项目培养硕士4名，在国际学术期刊、国际会议及国内核心期刊上发表论文7篇，被SCI收录1篇，EI收录期刊论文4篇，EI收录会议论文2篇，获国家实用新型专利1项，待发表SCI收录期刊论文1篇，EI收录期刊论文1篇。