微网系统的谐波谐振机理和抑制方法研究

In microgrid, both higher-order and lower-order harmonic resonance can existed due to the power converter’s domination and the time-varying value of the transmission line. The first part of this project is the research on the harmonic interaction and boundary of harmonic resonance in microgrid considering the dynamic interaction in the multi inverters, various loads and the network. After that, this project will focus on the suppression of harmonics resonance. For the lower-order harmonic resonance, inverters with self-adaptive output harmonic impedance are researched to increase the damping of the system, match the different harmonic current distribution strategy. Moreover, a cooperative harmonic impedance control of grid-connected inverter and microgrid inverter are studied by adjusting value of their impedance in different harmonic frequency according to the dynamic boundary of harmonic impedance. For the higher-order harmonic resonance, a cooperative chaotic pulse width modulation (PWM) is added to the inverter’s PWM strategy in order to destroy the stimulation of harmonic resource. The boundaries, factors and constraints on the cooperative strategy of multi inverter’s chaotic PWM will be analyzed to obtain the accurate probability density function as well.

微网系统中分布参数随微源和负载的变化，具有时变性；微源主体为电力电子装置，开关调制、非线性负载等多种原因产生的各次谐波具有宽带特征，与电力系统完全不同；因此，在满足特定的边界条件下，微网内各谐波频段均有发生谐波谐振的可能。本项目将研究微网系统的谐波交互机理，分析高、低频谐振的诱因、分布变化规律以及对应的谐振动态边界条件。针对低次谐波谐振，以增加系统的阻尼为目标，分别提出一种具有自适应谐波阻抗算法以及一种变频段变特性的谐波阻抗协调控制方法。针对高次谐波谐振，以破坏谐振激励条件为目标，提出多逆变器混沌PWM调制算法，研究多机混沌PWM调制的触发条件、调制策略、协调控制方法，获得适用于多机扰动的概率密度函数，来消除高频谐波源的持续激励。

多逆变器组成的微网系统中，逆变器的输出阻抗、变压器、滤波器以及线路等构成了高阶谐振网络，容易出现源-网-荷的多频段谐波交互作用，导致谐振失稳。因此，本项目重点研究了微网谐波交互作用机理及谐振抑制策略，该项目的研究成果有助于防范微网出现谐振失稳，保证微网安全稳定运行。.本项目首先研究了微网的谐波谐振机理。微网中既含有电压控制的微网逆变器，也含有电流控制的并网逆变器，但两种逆变器的等效阻抗模型不统一，不便于微网系统的谐振机理分析；故提出了并网逆变器的戴维南等效模型，统一了微网各类逆变器的建模方法；并依据阻抗模型分析了线路、微源、负荷等因素对源-网-荷谐波交互作用的影响机理。.基于上述理论分析结果，本项目提出了若干谐振抑制策略。①针对多逆变器组网的孤岛微网，提出了微网逆变器的双环路虚拟阻抗，综合解决了谐波功率分配能力、微网电压水平以及谐振抑制的问题。外虚拟阻抗采用了基于滑动平均滤波器的双坐标分频谐波阻抗，具有更好的改善谐波功率的分配和电能质量，内虚拟阻抗则采用了基于电容电流PID控制的有源阻尼方法，消除谐波谐振，提高微网的稳定性。②针对并网微网，重点分析了逆变器和电网的交互作用，提出了可改善多频段稳定性的逆变器阻抗相角校正方法，采用超前-滞后网络，提升并网逆变器的阻抗相角，并以高频噪声干扰能力、电流环路增益和稳定裕度为约束条件，给出了一套虚拟串联阻抗的设计方法；该方法改善了并网逆变器的弱网稳定性。③针对电网电压前馈控制的并网逆变器，提出了一种具有网络自适应特性的串、并联复合阻抗校正方案，并以最小提升相角为约束条件给出了一种自适应调整的系数设计方法，该方法消除了逆-网交互，增强了并网逆变器稳定性；并增大了输出阻抗的幅值，提高了并网逆变器的抗扰性能。.为了验证上述谐振机理和抑制算法，搭建了基于RTLAB的微电网谐振实验平台及实物平台，验证了上述结论的正确性和可行性。