研究背景

多機(jī)接入弱電網(wǎng)的同一公共耦合點(diǎn)時(shí)，由于電網(wǎng)阻抗的存在，多機(jī)與電網(wǎng)之間存在阻抗耦合并會(huì)形成阻抗網(wǎng)絡(luò)，在諧波源激勵(lì)下可能會(huì)引起阻抗網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的諧波電流被放大，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

傳統(tǒng)的引入帶阻濾波器的網(wǎng)側(cè)電感電流反饋控制方法能在一定程度上抑制多機(jī)并聯(lián)的高頻振蕩，但會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性降低，甚至不穩(wěn)定。為此，提出了一種多機(jī)并聯(lián)的改進(jìn)型帶阻濾波器高頻振蕩抑制方法，如圖1所示。所提的抑制方法在網(wǎng)側(cè)電感電流反饋中引入改進(jìn)型帶阻濾波器GmN，其表達(dá)式為

式(1)

圖1 所提方法的雙閉環(huán)控制框圖

圖2為系統(tǒng)的奈奎斯特曲線(xiàn)。在有帶阻濾波器的情況下，系統(tǒng)的相位裕度PM1=25.64°。在有改進(jìn)型帶阻濾波器（α=1.6）的情況下，系統(tǒng)的相位裕度增大到PM2=36.63°。在有改進(jìn)型帶阻濾波器（α=2.0）的情況下，系統(tǒng)的相位裕度增大到PM3=39.54°。因此，在有改進(jìn)型帶阻濾波器情況下，系統(tǒng)的相位裕度在30°～60°之間，滿(mǎn)足系統(tǒng)在弱電網(wǎng)下有足夠的穩(wěn)定和較好的動(dòng)態(tài)性的條件。

圖2 系統(tǒng)的奈奎斯特曲線(xiàn)

為了驗(yàn)證理論分析的有效性，搭建了兩臺(tái)三相逆變器并聯(lián)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如圖3所示。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由DC-DC變換器、三相逆變器和LCL濾波器組成。

圖3 多機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

在有帶阻濾波器和有改進(jìn)型帶阻濾波器（α=1.6、α=2.0）三種情況下，兩臺(tái)逆變器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，PCC電壓uPCC和并網(wǎng)電流ig的穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)波形如圖4～圖6所示。在有帶阻濾波器的情況下，PCC電壓uPCC和并網(wǎng)電流ig的畸變率較高，系統(tǒng)阻尼效果不佳，出現(xiàn)諧波放大現(xiàn)象。在有改進(jìn)型帶阻濾波器的情況下，當(dāng)α=1.6和α=2.0時(shí)，PCC電壓uPCC和并網(wǎng)電流ig的畸變率降低，由于阻抗網(wǎng)絡(luò)內(nèi)引入足夠大的阻尼，系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行。

圖4 有帶阻濾波器情況下PCC點(diǎn)電壓uPCC和并網(wǎng)電流ig的實(shí)驗(yàn)波形

圖5 有改進(jìn)型帶阻濾波器情況下PCC點(diǎn)電壓uPCC和并網(wǎng)電流ig的實(shí)驗(yàn)波形（α=1.6）

圖6 有改進(jìn)型帶阻濾波器情況下PCC點(diǎn)電壓uPCC和并網(wǎng)電流ig的實(shí)驗(yàn)波形（α=2.0）

結(jié)論

本文針對(duì)多機(jī)與電網(wǎng)之間的交互問(wèn)題，提出了一種多機(jī)并聯(lián)的改進(jìn)型帶阻濾波器高頻振蕩抑制方法，通過(guò)將改進(jìn)型帶阻濾波器引入網(wǎng)側(cè)電感電流反饋控制，定向地改變并網(wǎng)逆變器接入弱電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)阻抗，從而有效地抑制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可能存在的高頻振蕩，并得到如下結(jié)論：

1）所提的抑制方法能有效地改變并網(wǎng)逆變器的阻抗性質(zhì)，不僅抑制了多機(jī)并聯(lián)的諧波電流流入電網(wǎng)，避免阻抗網(wǎng)絡(luò)的高頻振蕩現(xiàn)象發(fā)生，而且提高了系統(tǒng)的相位裕度，保證系統(tǒng)在弱電網(wǎng)下具有足夠的穩(wěn)定和較好的動(dòng)態(tài)性能。

2）根據(jù)所需的陷波深度和動(dòng)態(tài)性能，可以選取合適的改進(jìn)型帶阻濾波器的控制參數(shù)，為改進(jìn)型帶阻濾波器的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)原則。

引用本文

楊苓, 陳燕東, 羅安, 懷坤山. 多機(jī)并聯(lián)接入弱電網(wǎng)的改進(jìn)型帶阻濾波器高頻振蕩的抑制[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2019, 34(10): 2079-2091.Yang Ling, Chen Yandong, Luo An, Huai Kunshan. Suppression Method of High-Frequency Oscillation by Improved Notch Filter for Multi-Parallel Inverters Connected to Weak Grid. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(10): 2079-2091.

團(tuán)隊(duì)介紹

湖南大學(xué)電能變換與控制創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)依托國(guó)家電能變換與控制工程技術(shù)研究中心，主要從事企業(yè)配電網(wǎng)電能質(zhì)量治理、大功率冶金特種電源、新能源發(fā)電及交直流微電網(wǎng)控制等方向的研究工作，研制出多種電能變換與節(jié)能裝備，并成功實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。團(tuán)隊(duì)有教授4人，副教授2人，講師2人，博士生和碩士生70余人。

團(tuán)隊(duì)合影

陳燕東

湖南大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，國(guó)家電能變換與控制工程技術(shù)研究中心副主任，中組部萬(wàn)人計(jì)劃“青年拔尖人才”入選者，一直從事大功率電能變換與控制領(lǐng)域的教學(xué)與科研工作。針對(duì)國(guó)家與國(guó)防重大需求，他圍繞我國(guó)大功率電能變換與控制領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)難題，突破了高密度電磁能量快速變換、高過(guò)載電能同步變換等共性技術(shù)，作為核心人員研制出大功率電磁攪拌系統(tǒng)、海島特種電源等核心裝備，并在國(guó)內(nèi)外企業(yè)推廣應(yīng)用，顯著提升了我國(guó)特殊鋼的品質(zhì)，保障了國(guó)防裝備的穩(wěn)定可靠供電。

羅安

中國(guó)工程院院士，湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，國(guó)家電能變換與控制工程技術(shù)研究中心主任。主要從事大功率冶金特種電源系統(tǒng)，配電網(wǎng)電能質(zhì)量控制，企業(yè)綜合電氣節(jié)能，新能源分布式發(fā)電，微電網(wǎng)控制等方向的研究工作。研制出大功率電磁攪拌電源系統(tǒng)、低壓大電流50kA電源系統(tǒng)、大容量電弧爐控制系統(tǒng)、電磁加熱系統(tǒng)、有源電力濾波器、靜止無(wú)功發(fā)生器、混合型有源電力濾波裝置、靜止無(wú)功補(bǔ)償器等高效電能變換與電能質(zhì)量控制系列裝備，以及基于多層數(shù)據(jù)庫(kù)體系和智能化參數(shù)展現(xiàn)及數(shù)據(jù)交換的企業(yè)電氣節(jié)能智能化監(jiān)控系統(tǒng)，并已廣泛應(yīng)用于電力、冶金等行業(yè)的復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)中，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。電能變換與節(jié)能裝備的成功投運(yùn)不僅實(shí)現(xiàn)了企業(yè)節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、還提高了工業(yè)產(chǎn)品品質(zhì)，促進(jìn)了冶金、化工、電力等行業(yè)的科技進(jìn)步。