主动配电网谐振生成机理与模态分析方法研究

With the development of active distribution network, harmonic resonance is bound to become more complex. How to evaluate the occurrence mechanism and damage degree of harmonic resonance in active distribution network scientifically and reasonably is an urgent need to solve. This project regards the characteristics of harmonic resonance in active distribution network as research object and studies evolutionary process, dynamic characteristic and formation mechanism. Specific content as follows, to begin with, the formation mechanism and inherent characteristics of the active distribution network series and parallel resonant will be studied, and the electrical parameters, inverter operating characteristic and active distribution network topology which includes microgrid and distributed generation exert influences on resonant characteristics. In addition, this project will establish the mathematical modeling of active distribution network and analyse the characteristics of harmonic resonant to determine the resonant frequency, oscillation amplitude, occurrence position and hazard scope, and then reveal the influence of nonlinear factors on the resonance characteristics in the model. Last of all, it will analyse the resonance characteristic operating modal based on operating data, reveal the real harmonic resonance characteristics in the working status and then correct the mathematical model of active distribution network. This project aims to reveal the formation mechanism of harmonic resonance in active distribution network with microgrid and distributed generation, and lays a theoretical foundation for the optimization design of active distribution network and the prevention of harmonic resonance.

随着主动配电网的建设，谐波谐振势必呈现更为复杂的特性，如何科学合理的评估谐波谐振在主动配电网中的发生机理与危害程度是迫切需要解决的问题。本项目以主动配电网谐波谐振特性为研究对象，对其演化过程、动态特征和形成机理进行基础科学研究。具体内容包括：主动配电网串并联谐振发生机理与固有特征，电气参数、逆变器工作特性以及包含微网和分布式电源的主动配电网拓扑结构对谐振特性的影响规律；主动配电网数学建模与谐波谐振特性理论模态分析，确定谐振频率、振荡幅度、发生位置和危害范围，揭示模型中的非线性因素对谐振特性的影响规律；基于运行数据的谐振特性工作模态分析，揭示工作状态下真实的谐波谐振特性，修正主动配电网数学模型。本项目旨在揭示含多微网和分布式电源条件下主动配电网谐波谐振形成机理，为主动配电网的优化设计和谐波谐振防治奠定理论基础。

随着分布式能源发电技术、微型电网的的逐渐发展，大量并网变流器接入到主动配电网中，同时，电力电子技术的快速发展使得越来越多的非线性负载接入到配电网中。由于变流器和非线性负载的阻抗特性随频率变化而变化，外特性非常复杂，在频率改变过程中，系统的特性难以确定，使主动配电网的谐振现象更加复杂，并使主动配电网系统谐振的分析变得困难。.本课题以主动配电网系统为研究对象，建立了树形拓扑系统区域阻抗模型，并对系统的谐振特性进行了分析。首先，将主动配电网分为四个部分，分别是以变压器为主的电网阻抗模型、输电线路模型、负载模型和并网变流器模型。针对逆变器部分建模，本文选择在αβ静止坐标系下，采用网侧电流、电容电流双闭环反馈，在准比例谐振控制策略(QPR)下，建立了三相并网逆变器的输出阻抗模型，在此基础上，搭建了树形拓扑主动配电网的三节点和四节点阻抗模型。.针对三节点和四节点主动配电网模型，本课题使用以回路阻抗矩阵为核心的模态法分析系统的串联谐振问题，针对系统的并联谐振分析，则采用以节点导纳矩阵为核心的模态法进行分析。通过对回路阻抗矩阵和节点导纳矩阵做特征值分解，分别得到串联谐振、并联谐振的各次模态导纳与模态阻抗的频率分布，通过模态导纳和模态阻抗取得极大值与否判断系统谐振的频率，并根据谐振频率所在的模态值，判断出系统易激励和易观测谐振的位置，并对四节点模型结论进行了仿真验证，并得到了串联和并联谐振的关系。.在以矩阵分析为核心的模态法分析得到系统的谐振频率后，基于灵敏度分析理论，对四节点主动配电网系统模型分别进行并联和串联谐振灵敏度分析，求得串联谐振和并联谐振发生时系统各元件的灵敏度值，并通过仿真验证了灵敏度法分析元件参与情况的正确性，确定了系统的谐振中心。.最后，组建了含两台逆变器的三节点主动配电网实验平台，对模态法分析主动配电网系统谐振特性的正确性进行了实验验证。