清华大学：2024年电力电子设备谐波分析评估关键技术报告.pptx

电力电子设备谐波分析评估关键技术

孙媛媛

山东大学

2024.10.10·北京;;

国家发展改革委发布的《电能质量管理办法(暂行)》自2024年4月1日起施行，

《办法》中强调，因发电、电网或用户原因引起电能质量问题时，责任主体应当按“谁干扰，谁治理”的原则及时处理，并接受监督管理。

随着新型电力系统加快构建，大量新能源电源和新型负荷接入，电力系统面临电压和频率调节支撑能力弱、源荷功率波动性大、电能质量指标越限等一系列新的挑战。需加强电能质量管理，维护电力系统的安全稳定运行，支撑新型电力系统构建。;

交直流互联

光伏场站负荷

光伏、负荷电动汽车;

高比例、大规模接入下，电力电子设备种类丰富、分散广布、特性各异，已成

为新型电力系统中的典型谐波源;

基本形式：考虑交叉频率相互影响，建立各次谐波

电压与谐波电流间的耦合关系

模型特点：①揭示多频耦合交互作用

②适用于非线性设备特性分析;;

研究概况

针对电力系统中谐波源类型繁多、特性各异的多元电力电子设备建模问题

构建考虑多频谐波的异构设备谐波特性分析模型;

1.电力电子设备谐波耦合建模思路

整流装置的电流波形和电压波形，可由电流和电压开关函数与正弦(或余弦)函数

的调制波形来描述，这种调制波形经过三角函数变换后即可得到其谐波特性;

2.异构电力电子设备谐波模型——电压型不控整流类负荷

构建了单相不控整流频域谐波耦合模型，提出了典型工况下单相不控整流导通

角及关断角计算方法，建立了三相不控整流连续和断续状态的综合谐波模型;

2.异构电力电子设备谐波模型——电压型不控整流类负荷

当电路参数以及供电电压变化时，三相电压型不控整流装置的工作状态也会改变，提出了一种能够快速、有效判断电压型不控整流装置工作状态的方法;

2.异构电力电子设备谐波模型——电流型整流类负荷

针对单相/三相桥式整流电路，利用调制理论获取交直流电压、电流转换关系，建立考虑多频耦合影响的谐波耦合矩阵模型;

模型特点：

口矩阵元素不随整流装置端口谐波电压的变化而变化，是独立于整流装置端口谐

波电压状况的恒定矩阵

口整流设备端口各阶谐波电流和谐波电压相互耦合

13;

口开关特性非理想

口线路参数不平衡

口供电电压不平衡

口变压器参数差异

i

Aac本

δ=2π/M第1个整流桥

Lac本

第2个整流桥

c

三相移相

本

第N个整流桥

多脉动整流器基本结构;相位(rad)幅值(A);;

2.异构电力电子设备谐波模型——全控型变换器

针对全控型电力电子变换器分析谐波产生影响因素，其与供电条件、拓扑结构、

控制环节以及其他非理想因素有关;

2.异构电力电子设备谐波模型——全控型变换器

变换器跨频次谐波耦合与电压、电流及锁相环均有关，但耦合程度相对较弱

不平衡电压影响下，交流侧将产生3次谐波电流分量;

C谐波特性分析

3.电力电子设备谐波模型对比

单相/三相电压型整流设备

居民负荷

机械、冶金等交-直-交变频器;;

研究概况

针对电力系统结构、参数难以获取的谐波扰动源特性分析问题

研究数据驱动的多元源荷动态谐波特性建模方法

-10kV;

基准电压(UB)对角元素：元素：

实际电压(UA)电压幅值比U=U/Um;电压相角差：PAB)=9max-φmax

基准电压与实际电压;

建模流程

实测数据获取与预处理

基准谐波耦合导纳矩阵参数计算

建立调整矩阵来调整供电电压对谐波耦合矩阵模型参数的影响

利用分层K-均值聚类法识别多状态设备的工作状态;

谐波分布概率动态特征明显

0.12

0.08

0.04

0

0612

基波电流(A)

不同输出功率下谐波电流变化趋势;

灯

热水器

抽油烟机

洗衣机

电视

电脑

冰箱

061218

时间/h;

考虑以上家用电器行为学模型影响因素，基于多类型典型负荷的多状态模型，

提出适用于集合性居民负荷的自上而下建模思路;

2.集合性居民负荷自下而上谐波模型

针对居民负荷的谐波耦合特性，忽略幅值较低的元素，提取影响谐波耦合的主

导因素，提出了统一主元谐波耦合矩阵模型;;

2.集合