多重逆变器与电网谐波交互作用的建模分析和抑制研究

本项目旨在以分布式发电系统和电网之间潜在的谐波交互作用为研究重点，探索电力电子逆变器的谐波交互模型，实现对潜在电网谐波交互问题的预测分析；提出面向电力电子并网逆变器的解决方案及研究方法，改善并网逆变器对谐波交互作用的抑制能力。为实现多分布式发电单元在未来电网的可靠、稳定工作提供技术支持，为降低电网谐波成份，改善电网稳定性和促进新能源的并网应用等方面提供研究基础。 通过研究，本项目提出了基于逆变器输出阻抗模型或外特性的建模分析方法对并网逆变器与电网侧谐波交互作用进行预测研究与控制改善，难点是并网侧与电网侧的参数多变化、非线性化以及时变化带来了分析的不确定性。采用了系统外特性的模型分析方法为该难点的研究提供了一种新的理论基础，取得的主要成果有: 1. 在引入逆变器侧的非线性因素条件下，提出并完成了分布式发电系统并网逆变器的输出阻抗模型研究方法。所研究的并网逆变器输出阻抗模型能够用来指导系统设计和参数优化，分析逆变器—电网交互式系统稳定性，谐波振荡与放大，以及进行产品性能评估，具有重要的理论和实际意义。 2.利用研究提出的输出阻抗模型，成功对多个并网逆变器与电网组成的分布式阻抗网络进行了建模及电力谐波交互问题的预测分析。通过前面的逆变器精确建模，在分析阻抗网络谐振机理的基础上，详细推导基于并网电流和电容电流双闭环控制的精确输出阻抗模型。利用所建立模型可以对多个逆变器与电网之间的谐波交互进行预测分析。 3．从系统外特性的角度分析不同系统结构、参数及电网波动对并网逆变器性能的影响，研究基于输出阻抗设计的逆变器系统对电网谐波交互作用的抑制，进而提出基于系统输出阻抗限定的逆变器优化设计原则，利于改善逆变器在电网谐波条件下的谐波输出抑制能力。 4. 从逆变器的外特性优化设计角度出发，研究了逆变器开环外特性（主要关注滤波器结构）和闭环外特性（输出阻抗特性）的优化设计方法。完成了并网输出滤波器的拓扑推演及其无源阻尼方法的分析，希望提高逆变器自身对并网谐振的免疫能力；提出了输出阻抗无穷大（非理想）型的逆变器控制方法，利于提升并网逆变器单元与电网谐波交互的抑制能力。 2100433B

本项目将进行基于多重并网逆变器和电网谐波交互作用问题的建模分析和抑制方法的研究。引入并网逆变器的非线性因素，提出有效的逆变器输出阻抗模型以及在电网谐波交互作用下的建模方法。对多重并网逆变器工作下的电网中潜在的谐波振荡问题进行理论分析，并总结出用于预测在电网谐波畸变允许范围内可接入的最大并网单元模块数的系统方法。研究基于并网逆变器的解决方案，提出基于输出阻抗的控制参数设计指导方法和对电网谐波振荡进行有源抑制的控制策略。只有保证多重分布式发电单元的可靠的、稳定的工作，才能实现新能源电力并网利用在电网进行较大范围的渗透或构建完全基于分布式发电系统的新型子电网。因此，基于多重并网逆变器在电网中的谐波交互问题的研究对于促进新能源并网逆变器在电网中的应用和发展有着重要的意义。

将电力系统与信息系统深度融合是实现智能电网的关键。本项目将基于信息物理融合系统(CPS)的理论与技术, 提出引入电力CPS作为智能电网的核心架构。首先为电力信息系统的核心部分建立数学模型, 并结合电力系统与电力信息系统模型发展电力CPS统一建模理论。在此基础上，研究电力CPS的稳态和动态分析方法, 以及电力信息系统的信息采集、信息传输、信息处理能力等分析方法；研究电力CPS的可靠性和安全性分析方法；研究电力CPS联网控制方法, 分析电力信息系统性能对联网控制的影响, 发展多种控制方法相结合的联网控制策略。最终目标是建立电力CPS核心理论框架, 发展完整的电力CPS建模、分析和运行控制方法体系。研究成果将为电力系统与信息系统相互融合提供重要理论与技术支持；有助于深入理解电力系统和电力信息系统的相互影响，以及两者作为一个统一系统的整体行为特征；对智能电网的最终实现具有重要理论意义和应用价值。

本书是路易斯安那州立大学化学工程系资深教授F. Carl Knopf撰写，详细介绍了包括石油化工在内的过程工业有关过程能量集成原理、建模、计算软件、工程设计等方面进行了详细阐述。本书是国内少见的系统介绍包括石油化工在内的过程工业模拟仿真的著作。本书的翻译、出版，将会有效满足国内石化行业及相关从事流程模拟研究的工程技术人员对于国外高水平学术著作的阅读和参考需求。