抑制网侧交流单相接地故障下混合型MMC子模块过电压的谐波耦合注入策略

模块化多电平换流器(multilevel modular converter,MMC)在发生网侧交流单相接地故障时,子模块电容电压波动的峰峰值会增加,如果不采取措施加以抑制,将会造成子模块过电压,危及器件的安全运行。该文提出一种优化的二倍频环流和三倍频电压的谐波耦合注入策略,来降低故障期间MMC子模块的电容电压波动。该文首先建立了稳态时进行耦合注入和单相接地故障下进行耦合注入的MMC桥臂功率波动数学模型;接着详细描述了所提谐波耦合注入策略的原理和优化过程,通过抑制三相桥臂的功率波动,可以达到降低电容电压波动的效果;最后在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建仿真模型对所提策略的有效性进行验证。仿真结果显示,通过该文所提的注入策略,可以很大程度地降低故障期间子模块的电容电压波动,能够有效地避免由于网侧单相接地(single-line-to-ground,SLG)故障造成子模块电容过电压的情况,从而降低了对子模块电容容值的需求。

考虑谐波耦合的多变流器并网系统建模及交直流谐波交互特性分析

新型电力系统中高比例可再生能源和高比例电力电子设备接入的特征带来异于传统电网下的谐波交互问题,多变流器拓扑的谐波耦合交互特性亟待研究。首先,基于谐波状态空间(harmonic state space,HSS)对多变流器并网系统(multiple grid-connected-converter system,MGCCS)建立考虑谐波耦合的谐波传递函数矩阵模型,综合考虑了系统各控制环节对状态变量的影响以及变流器的级联、并联。其次,基于所建HSS模型明确定义谐波耦合系数,并用于揭示多变流器拓扑的谐波耦合机理,分析级联、并联变流器谐波交互特性。然后,应用谐波耦合系数量化分析MGCCS中滤波电感、电流环、锁相环等关键参数对系统谐波交互的影响。最后,将HSS模型和Matlab/Simulink模型、RT-LAB模型的结果进行对比,验证了所建HSS模型的精确性,以及谐波耦合系数理论应用于系统交直流谐波交互分析的有效性。

送端多直流落点谐波耦合引发铁心饱和不稳定的研究

换流站的谐波通过交流网络相互作用使得送端多落点直流输电系统的谐波不稳定问题很复杂。在PSCAD/EMTDC中建立只含整流器的送端多直流系统模型的基础上,采用频率扫描和时域仿真相结合的方法,研究了送端多直流落点换流站谐波通过二次耦合阻抗相互作用引起换流变压器铁心饱和直流侧基频阻抗角差对系统的影响;并提出了二次耦合阻抗的阈值来评估送端多落点直流。结果表明:当耦合阻抗阻抗角一定时,阈值的幅值随交流侧二次频率阻抗幅值增大而增大,随直流侧基频阻抗幅值减小而增大,随变压器拐点降低而增大,随变压器磁化电流的降低而增大。

基于谐波耦合主导分量模型的居民负荷集合性谐波评估

随着我国居民用电比例的逐年升高,家用电器产生的谐波越来越不容忽视,对居民负荷用电谐波特性进行研究具有重要意义。首先,提出基于实测数据建立各电器负荷的谐波耦合主导分量模型,该模型可考虑不同供电电压条件下负荷的谐波产生特性以及多谐波源负荷之间的叠加与分散效应。然后,综合考虑影响我国居民用电的各因素,引入修正系数和影响因子,确定各电器的开通概率与持续时间,建立适合我国民用负荷特点的用电行为学模型。利用马尔科夫链蒙特卡洛法,结合各负荷的电气模型与行为学模型,采用自下而上分层建模的思路,提出居民负荷的集合性谐波评估方法,可预测居民单户、多户以及区域负荷用电的谐波情况。最后,通过仿真算例与实测数据对比验证了所提方法的准确度和适用性。

基于谐波状态空间建模的变换器交直流谐波耦合特性分析

基于谐波状态空间(HSS)理论对变换器进行建模,深入分析了变换器交直流谐波耦合特性。首先,通过数学推导,采用HSS理论对三相AC/DC变换器拓扑进行建模。HSS模型将交直流侧的各次谐波包括在内,反映了各频次谐波变量的作用关系。其次,通过该模型推导变换器的谐波传递函数,建立耦合阻抗图,分析交直流谐波耦合特性。该模型根据微电网中常用的电压源型三相AC/DC变换器建立,给出了变换器交直流谐波耦合阻抗的全局关系,可探究变换器两侧各个频次的谐波特性,并用于变换器并联、级联等结构的谐波分析。最后,在PLECS平台中搭建电压源型三相AC/DC变换器模型,与HSS模型计算结果进行对比,并通过实验验证了所提模型与谐波耦合特性分析的准确性。

基于谐波耦合机理的V/v接线牵引供电系统谐波阻抗辨识方法

随着交–直–交型电力机车的广泛运用,高次谐波引发的牵引供电系统谐振严重威胁电气化铁路安全运行,系统谐波阻抗是研究谐振机理及治理措施的关键参数,但提高谐波阻抗辨识精度具有较大挑战性。该文以V/v接线牵引变压器为算例,提出一种基于谐波耦合模型与谐波阻抗解耦的牵引供电系统谐波阻抗辨识方法。首先,推导不平衡牵引变压器两侧谐波的交互影响,建立牵引供电系统谐波耦合模型。然后,利用复独立分量分析法对谐波耦合模型进行解耦,分离出系统侧与负荷侧谐波阻抗,进而求得牵引变压器端口的总谐波阻抗。与几种传统算法的仿真对比表明,提出的方法在宽频域系统侧与负荷侧阻抗幅值相对大小波动性较强时、背景谐波较大时仍然适用;运用现场实测数据的辨识结果表明,所提方法能准确找到实际系统的谐振频率。

考虑交直流多谐波耦合的模块化多电平换流器矩阵建模

谐波耦合矩阵模型可为电力系统线路和元件的谐波稳定性研究提供有效支撑。但对于内部结构复杂的模块化多电平换流器(MMC),已有研究中的矩阵模型不能描述其交、直流侧谐波间耦合关系或只能对特定次数谐波的耦合关系进行讨论。故考虑MMC开关函数可描述换流器的特定次数谐波间耦合关系,但其本身为周期时变的特点,以及谐波状态空间理论(HSS)可以将周期时变模型定常化,同时描述各量全部次数谐波间耦合关系的优点,将两者结合以搭建了可同时描述MMC交、直流侧各电气量的全部次数谐波间关系的谐波耦合矩阵模型。将加入谐波扰动后的MMC谐波耦合矩阵模型的理论计算结果与PSCAD电磁仿真模型仿真结果对比,证明了该模型对MMC谐波耦合特性描述的准确性。

多谐波耦合下三相不平衡电网Boost变换优化控制

研究三相不平衡主动配电网的优化控制问题,可通过优化控制Boost变换器改善输出电压质量。依据小信号构造Boost变换器等效数学模型;在等效数学模型内添加动态补偿器,优化控制Boost变换器的输出电压与电流;通过粒子群算法优化动态补偿器的对称矩阵,提升优化控制效果。实验结果表明:该方法可快速有效优化控制Boost变换器的三相电压与三相电流;谐波次数不同时,应用该算法优化控制后,Boost变换器三相电压的电压谐波失真度均较低;出现负荷突增时,仍可快速优化控制输出电压,改善电压质量,降低电网有功损耗。

车网谐波耦合特性及车载抑制策略研究

为经济有效地解决车网谐波耦合导致的车网匹配的矛盾,首先分析了交流列车网侧电流谐波特性及其与牵引网电压谐波关系,得出了一些具有指导作用的基本结论和规律,然后在此基础上,提出了基于PR控制和状态观测的车载谐波抑制策略,并通过线路运行试验验证了该策略能有效抑制车网谐振,实现了列车网侧电流总谐波畸变率为0.5%、等效干扰电流为1 A的优异性能,保障了车网系统安全可靠地运行。

基于源荷谐波耦合模型的数据驱动概率谐波潮流计算

随着新能源及负荷中电力电子装置的广泛应用,电力系统谐波畸变程度不断增加。同时,新能源及负荷显著的不确定特征,进一步增加了谐波分析难度。为有效评估系统不确定谐波状态,充分挖掘源荷实际运行特征,提出一种数据驱动的概率谐波潮流(probabilistic harmonic power flow,PHPF)计算方法。首先,基于实测数据,建立考虑时变特性的源荷动态谐波耦合矩阵模型(dynamic harmonic coupling matrix model,DHCMM),揭示不同时段内谐波电压与谐波电流的相互耦合关系。然后,利用实测数据挖掘源荷时变不确定特征,采用改进点估计法提取统计特性,克服变量间相互影响引起的估计偏差。最后,提出针对源荷不确定性的PHPF计算方法,对系统中时变不确定谐波进行评估。实验结果表明,基于实测数据的谐波耦合矩阵模型能够有效分析谐波源时变特性,结合源荷时变不确定功率状态,所提PHPF计算方法能够对电力系统谐波进行准确评估。

考虑交直流谐波耦合的并网逆变器建模与分析

可再生能源的大规模开发利用使得逆变器在电网中的比例越来越高,逆变器与电网间谐波交互作用也愈加频繁和复杂。针对传统的建模方法无法体现逆变器与电网间谐波交互耦合的问题,文中基于谐波状态空间(HSS)理论对三相并网逆变器进行建模,该模型将交直流侧的多个频次谐波考虑在内,具有较高的精度。基于HSS模型推导出输入到输出的谐波传递函数矩阵,建立逆变器交直流谐波耦合导纳幅值图,探究交直流谐波耦合关系。然后,提出了一种适用于闭环控制系统的三相并网逆变器小信号HSS建模方法,通过计算特征值对系统稳定性进行评估以及对振荡频率进行预测。最后与MATLAB/Simulink仿真结果进行对比,验证了所建立HSS模型的准确性和系统稳定性分析的正确性。

基于谐波状态空间的高压直流输电系统SISO阻抗建模及稳定性分析

近年来,电网换相换流器型高压直流输电(line commutated converter based on high voltage direct current,LCC-HVDC)系统的稳定性问题得到广泛关注,多位专家学者建议采用谐波状态空间(harmonic state space,HSS)等线性周期时变建模方法对其分析。然而,HSS不可避免地提高了建模的复杂度与维数,在面对大规模交直流系统时具有局限性。同时,LCC-HVDC包含多类型谐波耦合,各部分耦合对稳定性的影响大小尚未得到充分论证。为此,文中以HSS为底层理论建立LCC-HVDC的耦合阻抗矩阵,揭示高压直流输电系统内部的谐波耦合机理。进一步,通过多频电路等效思想,提出三相系统多维阻抗的降维方法,将耦合阻抗矩阵无损降维成单入单出阻抗,以此分析不同次数的谐波耦合对阻抗特性与稳定性的影响。结果表明,考虑到13次谐波截断可以有效提升高压直流输电系统阻抗模型精度,但对稳定性分析结果的影响小于忽略工况变化、简化逆变侧带来的误差。

高速铁路车网耦合下的谐波潮流计算方法研究

为分析高速铁路牵引供电系统的谐波分布及其传输特性,在建立牵引网和CRH2型动车组谐波分析模型的基础上,提出了一种基波潮流与谐波潮流交替计算的谐波潮流计算方法。该计算方法充分考虑了高速铁路牵引网与动车组之间的电气耦合关系,即谐波电压与谐波电流之间的影响。通过分别对单列和两列动车组运行时牵引网的谐波潮流计算分析表明,该算法适用于高铁牵引供电系统单谐波源、多谐波源以及含有背景谐波时的谐波潮流计算,并且可以较为精确地反映牵引网谐波谐振现象,可为高速铁路牵引供电系统谐波谐振的分析和治理提供参考。

多谐波源的谐波电流耦合及解耦策略研究

针对多谐波耦合对电网带来的不利影响,首先建立了多谐波源的耦合导纳模型,然后结合模型进行谐波传导分析及耦合因子分析。其次,针对谐波源之间的耦合关系,提出基于SVD(奇异值分解)的解耦方法,实现耦合因子矩阵的解耦,使得谐波源之间的相互干扰减弱。最后,将提出的解耦策略应用在谐波传导及谐波责任区分方面,通过实例及IEEE 13节点系统进行MATLAB/Simulink仿真,结果表明:该解耦算法可用于指导谐波治理装置的优化配置以及得到更为精确的责任区分结果,从而验证了理论及算法的有效性与可行性。

非零均值乘法噪声背景下二维谐波自耦合分析

利用二维循环统计量方法对二维平稳乘性噪声与二维平稳加性噪声共存情况下的二维谐波的自耦合问题作了分析。定义了二维时间平均多矩谱和二维比例多周期图算法 ,运用该算法讨论了二维谐波频率对的k阶自耦合问题。以提取出 2次及 3次耦合信号中参与自耦合频率为例进行了仿真实验 ,结果表明

乘法噪声中非线性耦合谐波分析

针对信号的非平稳性质 ,引入傅里叶级数多谱和比例多周期图的概念 ,分别提出了零均值乘法噪声二次耦合及非零均值乘法噪声三次耦合谐波频率估计方法 ,仅使用单个数据记录即可得到耦合频率估计 ,并且可以抑制加性平稳噪声而无须假定其颜色和分布 .

任意均值复杂噪声下三次非线性耦合谐波分析

针对零均值乘性噪声和加性噪声共存,并且乘性噪声之间独立、乘性噪声和加性噪声之间也独立的噪声背景下谐波的三次非线性耦合问题,提出了一种特殊定义的四阶时间平均多矩谱方法。此方法能够有效地估计出观测信号中参与耦合的谐波频率,文中给出了详细的理论分析和证明。由于该方法也同样适合于非零均值噪声下的谐波耦合问题,因此不再需要对噪声的均值、颜色和分布作任何限制,从而对噪声的统计特性及分布的限制降到了最低,仿真结果表明了该方法的有效性。

基于遗传算法的复杂背景噪声中二维谐波的二次耦合分析

本文利用二维循环统计量方法对乘性噪声之间相关,乘性噪声和加性噪声之间也相关这种复杂噪声背景中二维谐波的二次非线性耦合问题做了分析。利用当且仅当二维谐波中存在二次非线性耦合谐波时,所定义的二维三阶时间平均矩谱仅在参与二次耦合谐波频率处取得极值的性质,提出了采用遗传算法来分析二维谐波的：二次非线性耦合问题的算法。仿真实验证明了算法的有效性。

零均值复杂噪声背景下二维谐波的三次非线性耦合分析

该文利用一种四阶时间平均矩谱,通过对原始数据取平方的办法,改变了原始信号中噪声的统计特性,首次对零均值独立噪声背景下的二维谐波的三次耦合问题给出了解决方法,文中给出了详细的理论分析和证明。由于该方法也适合于非零均值噪声下的谐波耦合问题,因此这种方法不再需要对噪声的均值、颜色和分布作任何限制。仿真结果表明了该方法的有效性。

复杂噪声背景下的谐波恢复及非线性耦合谐波分析

本文主要在乘性噪声之间相关、乘性和加性噪声之间也相关的复杂噪声背景下 ,研究谐波恢复及非线性耦合谐波分析 ,提出噪声互可混的概念 ,推广了有关非线性耦合谐波分析的结论 ,用特殊定义的六阶时间平均矩谱切片成功地解决了复杂噪声背景下的谐波恢复问题 .仿真实验证明了算法的有效性 .