超高次谐波测量方法研究进展

随着“双高”特征日益显著,电网中2 kHz~150 kHz频率范围的超高次谐波发射不断增多,由其引发的新型电能质量问题和故障等也越来越多。文章梳理和归纳了已有的超高次谐波测量方法,包括IEC国际标准推荐的3种候选方法,以及近年来多国专家学者研究提出的超高次谐波测量方法,包括子采样、压缩感知和小波包分解等非参数化方法,以及旋转不变子空间和矩阵束等参数化方法;并着重阐述了这些测量方法的原理、技术实现特点、性能指标、优势和不足,以及若干测量方法不断向着高分辨率、高准确性进步的发展历程,并指出了超高次谐波测量方法未来研究的新任务和新方向。

超高次谐波太赫兹大回旋振荡管研究

大回旋电子注具有良好的模式选择特性,能有效抑制太赫兹回旋振荡管模式竞争,使得太赫兹回旋振荡管能稳定工作于高次谐波高阶模状态,大大降低工作磁场要求的同时增大了高频互作用电路尺寸,提高了功率容量,为实现大功率、高频率太赫兹波辐射提供了可能。论文基于超高次谐波大回旋振荡管注-波互作用理论研究,借助于三维粒子仿真软件,探讨了超高次谐波太赫兹大回旋振荡管注-波互作用物理过程、模式竞争等问题,优化设计了464 GHz九次谐波太赫兹回旋振荡管,在电子注电压为250 kV,电流为4.5 A时,实现峰值输出功率为7.5 kW,为应用生物医学提供关键技术支持。

基于EEWT的电力系统超高次谐波检测

随着电力系统逐渐电力电子化,导致大量超高次谐波注入电网,引发了新的电能质量问题。为了解决这一问题,首要任务是对其进行精准的测量。此处提出了一种基于改进经验小波变换(EEWT)的超高次谐波检测方法。根据超高次谐波信号的频域特点,对经验小波变换中原有的频带边界划分方法进行了改进,并通过计算过零率和相关系数对信号中的噪声进行有效滤除。再利用经验小波变换技术,实现各超高次谐波信号的分离,从而对幅值和频率的参数进行检测。通过仿真与实验对实际高频光伏逆变器所产生的超高次谐波进行检测。结果表明了理论分析的准确性以及参数检测结果的精度,从而最终验证了所提方法在实际应用中的可行性以及有效性。

基于边缘计算的风电群非故意发射超高次谐波抑制策略

针对风电群并网点非故意发射超高次谐波问题,提出了一种风电群并网点非故意发射超高次谐波的抑制机理和基于边缘计算的载波相位优化控制策略。建立了风电网侧变换器的超高次谐波发射模型,分析了考虑汇集线路Bergeron分布参数模型的超高次谐波传播特性。综合考虑风机有功、载波相位等参数对超高次谐波相位的影响,分析了载波相位与风机向并网点注入的超高次谐波相位的量化关系,构建了并网风电系统非故意发射的超高次谐波相位调节模型,提出了通过控制超高次谐波相位对超高次谐波抑制方法。利用边缘计算模式在数据计算及决策方面的低延迟优势,将风电群载波相位优化控制算法部署在风机侧,提出了一种基于边缘计算的风电群非故意发射超高次谐波抑制控制策略。仿真结果表明,所提出的超高次谐波抑制机理和控制策略可以显著抑制风电群并网点的特定次超高次谐波。

并网逆变器超高次谐波产生与传播机理分析

超高次谐波是新能源发电技术中不可忽略的新型电能质量问题,并网逆变器作为典型超高次谐波源受到广泛关注。为揭示超高次谐波产生与传播机理特性,文中首先对正弦脉冲宽度调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)下的逆变器超高次谐波产生机理进行分析,发现逆变器产生的超高次谐波主要分布在开关频率整数倍附近,且可以等效为电压源,同时对造成该电压源变化的影响因素进行理论分析。然后,建立包含逆变器、滤波器以及网侧阻抗的超高次电路模型,并推导超高次谐波发射电流的数学表达式,在此基础上通过控制变量法探究多逆变器并联时容量和台数对超高次谐波传播特性的影响。最后,在Simulink中进行仿真实验。结果表明,并网逆变器超高次谐波主要受直流侧电压与调制比影响,多逆变器并联运行时超高次谐波的发射强度与容量成正比,验证了文中对并网逆变器超高次谐波理论分析的正确性。

基于随机载波脉冲宽度调制的变换器群超高次谐波抑制机理

基于随机载波正弦脉冲宽度调制技术的原理,建立在随机载波正弦脉冲宽度调制下电压源变换器输出超高次谐波模型,研究载波频率随机性与超高次谐波幅值和相位随机性之间的关系。超高次谐波频谱分布更宽,且幅值近似服从正态分布特征,载波随机性导致超高次谐波相位随机性,并基本呈现均匀分布特征。利用此特征,研究载波未同步的变换器群发射超高次谐波的超高次谐波叠加相消原理,提出基于随机载波正弦脉冲宽度调制的变换器群超高次谐波抑制机理,以达到广泛频段内超高次谐波抑制的目的。仿真和实验结果表明,特定次超高次谐波幅值及相位特征符合理论分析,该超高次谐波抑制机理可行有效。

基于滤波器组和小波包变换的超高次谐波检测方法

随着分布式可再生能源占比的逐渐增加及电动汽车充电桩等设备的广泛应用,低压配电网中超高次谐波问题日益严重。由于超高次谐波具有高频率、宽频域的特点,进行超高次谐波检测时要处理的数据量大、检测速度慢,同时超高次谐波还具有时变性,传统以傅里叶变换为原理的检测方法难以对非平稳信号进行检测。针对上述问题,应用模拟滤波器组对信号进行下采样,降低采样频率,减少检测过程中要处理的数据量;应用小波包算法检测时变的超高次谐波分量。仿真计算结果表明,所提方法能够准确测量信号中的超高次谐波分量,计算速度较快,并可以对非平稳信号进行检测。

超高次谐波问题及其研究现状与趋势

超高次谐波是电力系统电力电子化过程中产生的电能质量问题。从超高次谐波的产生机理、传播机制、交互影响、危害、发射水平、测量与标准化等角度进行剖析。分析了电动汽车充电装置、光伏逆变器、照明装置等常见超高次谐波源及其发射特点;从谐振放大和设备异常两层面分析了超高次谐波对系统、设备和电力载波通信的影响;将超高次谐波划分为原生发射和次生发射,提出几种估计超高次谐波贡献度的思路;并对现有超高次谐波测量、分析方法和标准等进行了比较,指出未来的研究方向。

超高次谐波的共振增强

本文计算了一维模型单电子分子离子在强激光作用下的高次谐波发射功率谱 ,光强从 9.83× 10 13W /cm2 到 1.1× 10 14 W /cm2 。研究发现 ,在这个光强范围 ,谐波谱的超高次部分 (相应的单光子能量大于Ip+3.2Up,Ip 是原子电离势 ,Up 是有质动力能 )的发射功率出现了增强现象。研究认为 。

三相变压器超高次谐波传递特性

光伏逆变器、电动汽车充电装置、照明设备等超高次谐波源经过变压器接入电网,给电网的安全运行带来了威胁;而目前对变压器超高次谐波传递规律的探索和研究还较少,超高次谐波经过变压器的传递特性和关键影响因素等问题亟待深入研究。考虑三相变压器分布电容参数、电感参数与变压器所带负载属性,建立了变压器高频模型并推导其超高次谐波传递特性函数;通过实测的数据与仿真结果对比,验证了模型的正确性,并得出分布电容、电感与负载属性对变压器超高次谐波传递的影响规律,能为分析并解决电网的超高次谐波问题提供理论参考。

LED驱动电路超高次谐波发射机理研究

脉冲宽度调制PWM(pulse width modulation)变频器、开关电源等电力电子设备的规模化接入电网,将向电网注入大量超高次谐波,由此产生的电磁干扰问题势必越发严重。对LED驱动电路超高次谐波发射机理进行了深入研究,首先通过对电流控制模式LED驱动电路建模,求解出了MOSFET任意开关时刻,并建立了谐波源等效模型;然后分析电路在不同工作状态时,超高次谐波源对网侧谐波含量的影响,求解出了对应的开关函数以及网侧超高次谐波电流含量表达式;最后通过仿真验证了各参数对网侧超高次谐波的影响。

高比例光伏与配电网超高次谐波交互影响研究

高比例光伏并网显著增加了配电网超高次谐波含量,高比例光伏与配电网之间的交互影响相较于单台光伏并网更加复杂,电网安全运行稳定性降低。为揭示高比例光伏并网下的超高次谐波特性,文中对高比例光伏并网与配电网超高次谐波交互影响进行了分析。首先,针对高比例光伏接入配电网的超高次谐波传播特点进行理论研究,并综合电网背景谐波、光伏控制电路影响建立可准确反映分布式光伏超高次谐波电流的动态数学模型。在此基础上,搭建PSCAD仿真模型,重点分析多台光伏逆变器间以及电网背景与光伏逆变器间的超高次谐波交互影响。最后,通过福建泉州某集中接入的屋顶光伏超高次谐波实测数据验证了分析结果的正确性。

低压配电网超高次谐波传递特性仿真分析

随着配电系统电力电子化程度的加深和电力线通信的快速发展,配电网侧2~150 kHz的高次谐波含量不断增加,由此引发的电能质量事件及其潜在风险逐渐受到工业界的广泛关注。为研究超高次谐波在低压配电网中的传播规律,本文首先分析了低压配电网超高次谐波的典型成因,并建立了适用于描述高频特性低压配电网模型。最后,通过在Matlab/Simulink中建立的典型低压配电网测试系统,仿真研究了不同功率及线路长度对超高次谐波的影响,并着重分析了多逆变器之间、逆变器与整流型负载及变频型负载之间的相互作用及其对超高次谐波传递的影响。验证结果表明:所建立的模型充分考虑线路和变压器的高频特性,可为超高次谐波的传播特性、影响和治理提供参考。

基于部分采样及混合分段的超高次谐波检测方法

高频电力电子设备的广泛应用导致电网中的超高次谐波问题日趋严重,而现有的谐波检测方法在用于检测频率范围更宽的超高次谐波时存在检测速度慢、处理数据多等问题,针对超高次谐波的检测缺乏统一且有效的标准。在全面剖析电力电子变流设备产生的超高次谐波频次特征与开关频率的关联性的基础上,提出一种基于特征频率分段的混合检测方法。通过部分采样FFT运算得到谐波峰值来确定开关频率,根据开关频率及其倍数频率附近的峰值特性自动确定频谱聚合的分段策略。仿真分析表明该方法在保障超高次谐波准确检测的基础上有效提升了检测速度,试验结果验证了方法的可行性和有效性,可为统一超高次谐波检测标准提供新思路。

风力发电超高次谐波发射特性分析

电力电子装置广泛应用带来的超高次谐波问题近年来被广泛讨论,但风力发电超高次谐波发射特性的研究仍不够充分。本文选取较有代表性的双馈风机与直驱风机并网系统,分别建立其超高次谐波发射的数学模型,确定其超高次谐波频谱;采用谐波畸变率对风力发电超高次谐波主要频率分布范围及总体含量进行量化讨论;将单机系统拓展为多机风电场系统,对比研究了风电场不同风速多机组并联情况下的超高次谐波电流幅频特性。并通过PSCAD仿真验证相关结论的准确性。

基于AIC的超高次谐波数据欠采样系统设计

针对现有谐波测量设备获取超高次谐波时出现的海量数据问题,设计了超高次谐波数据欠采样系统。该系统由模拟信息转换器(AIC)和PC机共同组成,并具有压缩采样和信号恢复功能。测试结果表明,该系统在保证超高次谐波准确获取的基础上,能够大幅降低采样频率和采集数量。

非故意发射超高次谐波发生机理及影响因素分析

随着接入电网的半导体器件开关频率的提高,换流器注入电网的谐波向着高频化方向延伸。超高次谐波是配电网电力电子化必然带来的电能质量新问题之一。本文针对非故意发射超高次谐波,从PWM脉宽调制的原理出发,分析了非故意发射超高次谐波产生原因及频率分布特征,并给出了一种能够反映超高次谐波典型特征的优选聚合频带方法,进一步分析了不同因素对超高次谐波发射的影响,为超高次谐波的检测与识别、相关标准的制定以及治理方法提供理论依据。

一种超高次谐波测量方法研究

随着配电网电力电子化的蓬勃发展,电网中的谐波逐渐向高频延伸,超高次谐波(2~150 kHz)已成为不可忽略的新型电能质量问题。准确测量是研究超高次谐波的基石,但受传统谐波测量理论体系的限制,当前测量方法已不再适用。本文简要分析了电力电子变流器超高次谐波产生机理,并从基波频率的关联性角度对比了谐波和超高次谐波的差异性,在此基础上探讨GB/T 17 626.7所规定的谐波测量方法应用于超高次谐波的适用性,继而提出一种在等间隔同步采样方式下谐波和超高次谐波采用不同谐波分群方式的通用型测量方法,实现二者的兼容,并通过仿真和实测数据验证了该测量方法的合理性,为超高次谐波传播特性、兼容水平规划以及治理效果评价等内容的研究提供基础。

计及IGBT暂态特性的光伏发电负载侧超高次谐波实验研究

针对SPWM逆变器造成的超高次谐波污染问题,文章依据第一类贝塞尔函数,推导出在平均对称规则采样法下,IGBT在实际工作中的开关延迟特性与光伏SPWM逆变电路输出电压谐波含量函数关系,提出一种基于K均值聚类与语谱图算法的超高次谐波含量检测及显示方法。最后,通过IGBT开关特性离线测试系统,明确开关延迟时间与结温关系,并搭建单相闭环光伏发电实验平台,研究了在考虑IGBT暂态特性的情况下,光伏发电负载侧超高次谐波分布规律。理论分析与实验结果表明,随着IGBT开关延迟时间的增大,负载电压中超高次谐波总含量升高,谐波成分更为复杂。

单相APFC型充电机超高次谐波产生机理分析

随着配电网电力电子化,2~150 kHz的超高次谐波含量快速增加,引发了新的电能质量问题。电动汽车充电机作为典型超高次谐波源受到广泛关注。本文首先通过对连续电流模式下平均电流控制的单相APFC型电动汽车充电机的建模研究,求解了充电机网侧超高次谐波电流的表达式,计算了主要频率点超高次谐波发射幅值,分析了超高次谐波电流发射水平的影响因素,并通过仿真与实际测试验证了理论分析的超高次谐波电流发射特性。上述研究有助于掌握超高次谐波的产生机理和典型特征,对超高次谐波检测、治理有参考意义。