清华大学：2024年电力电子设备谐波分析评估关键技术报告.docx
川谐波管理：限值分配、计算与测量技术交流沙龙会议
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
一研究背景
1901 二谐波特性分析
1901
ONG
ONGUNN
三数据驱动建模
目
目录
CONTENT
四谐波状态评估
五总结
2
研究背景
中华人民共和国国家发展和改革委员会令
第8号
《电能质量管理办法(暂行)》巴经2023年12月26日第7次
委务会议审议通过，现予公布，自2024年4月1日起施行。
主任
2023年12月27日
新型电力系统建设数字化智能化发展推进电能质量管理
新型电力系统建设
数字化智能化发展
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。
3
C研究背景
随着“双碳”目标持续推进及新型电力系统快速发展，海量电力电子设备接入电力系统的发、输、配、用各环节
发电》输电配电用电交直流互联光伏场站
发电》输电配电用电
交直流互联
光伏场站负荷
光伏、负荷电动汽车
新型电力系统的电力电子化程度不断提升
研究背景
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
荷荷源
荷
荷
输电网风力发电
开关功率(kW)
开关功率(kW)
GTO/IGCT
晶闸管
晶闸管
10
102
二极
二极管
101
10
家用电器轨道交通电动汽车
家用电器
网
网
光伏
变频器
变频器
音频设备MOSFET
音频设备
多类型电力电子器件源网荷储各环节
多类型电力电子器件
规模化电力电子设备应用在电力系统引发了严重的谐波问题
C研究背景
谐波建模方法对比
i基本形式：基本形式：考虑基频电压及同频谐波影响，体现同频谐波电压和电流的耦合效应T
i
基本形式：
基本形式：
考虑基频电压及同频谐波影响，体现同频谐波电压和电流的耦合效应
T
Zh
isC
Ih=gh(U?)Ih=gh(U?,Uh)
Ih=gh(U?)
模型基本形式：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
模型基本形式：
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
6
一研究背景
1901ONGUNN二
1901
ONGUNN
三数据驱动建模
目
目录
CONTENT
四谐波状态评估
五总结
7
C谐波特性分析
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
单相/三相不控整流(电压型)
单相/三相半控整流(电流型)
电气化铁路
电动汽车*全控型电力电子变流器
电动汽车
电力设备
电力电子设备规模化应用
电子设备新能源发电面向多类型电力电子设备
电子设备
明确谐波源多频特性
供电电源大规模工业设备
医疗设备
8
山东大SHANDONOUNIVERSITY谐波特性分析
山东大
SHANDONOUNIVERSITY
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
t
t
Udc
t
ud.(t)=uac(t)·S(t)
时域
联立求解耦合谐波导纳I=YU
联立求解耦合谐波导纳
I=YU
idc
t
ia(t)=i(t)·S;(t)
频域
交流→直流
ud(t)=u(t)·S(t)
阻抗关系
交流侧电流
iac(t)=ie(t)·S;(t)
直流→交流9
谐波特性分析
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
R
单相不控整流电路
I