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基于模态分析法的电力系统谐波谐振问题研究及其灵敏度分析

仰彩霞  
【摘要】:本文首先介绍了谐波谐振的发生、危害、国内外研究现状及其抑制方法,主要对其分析研究方法做了进一步的理论和实验研究。 谐波谐振在电力系统中主要表现为过电压、过电流。谐振发生时会使系统的电压、电流波形发生畸变,有时甚至造成电力元器件的损坏,影响系统的正常运行。本文通过研究,发现这种谐波谐振现象与网络节点导纳矩阵或者回路阻抗矩阵的奇异性有关。本文的研究主要集中在并联谐波谐振、串联谐波谐振、微网的谐波谐振及谐波谐振的灵敏度分析几个方面。 在并联谐波谐振分析方面,本文首先建立了并联谐波谐振数学模型,分别采用频率扫描分析法和模态分析法来解并联谐波谐振问题,对两种方法的性能进行了分析和比较,算例测试表明模态分析法在解并联谐波谐振问题方面可以得到更多关于谐振机理的信息。IEEE 14节点和30节点标准测试系统的研究结果揭示了模态分析法的有效性,其通过特征分析技术来解网络的节点导纳矩阵,得到对角特征值矩阵和左右特征向量矩阵,由对角特征值矩阵性质得到谐振频率,再由左右特征向量矩阵得到谐振发生时容易观测到和容易激励起谐振该次谐波谐振的具体位置,其对电力系统网络规划和设计具有较好的参考意义。 在含有独立恒压源支路的并联谐波谐振分析方面,本文提出将改进节点法与模态分析法相结合,即改进节点模态分析法来分析含有独立恒压源支路的电网谐波谐振问题,三机九节点系统的测试结果表明改进节点模态分析法在含有独立恒压源支路的电网谐波谐振问题分析方面效果显著。 在串联谐波谐振分析方面,首先分析串联谐波谐振的性质特点,在模态分析理论基础上,推导出适合分析串联谐波谐振的方法——回路阻抗模态分析法。对测试系统串联谐波谐振数学模型,采用本文提出分回路阻抗模态分析法进行分析,并与传统的频谱分析方法及最近提出的虚拟支路法进行比较,得到相应的串联谐波谐振分析结论。 在谐波谐振的灵敏度分析方面,本文根据并联谐波谐振的模态灵敏度分析理论,推导出串联谐波谐振灵敏度分析的方法,通过计算分析,得到各元件参数在并联和串联谐振情况下的灵敏度,从而确定谐振发生时贡献最大的参与元件。算例分析证明了此理论的正确性,一个实际工业系统的例子也表明了本文所提方法的有效性。这不仅有利于谐波谐振的治理,也为元件参数设计提供依据。 最后,在微网的谐波谐振方面,根据微网自身的特点,本文将模态分析法应用微网谐波的谐振评估中,不仅可以快速分析出微网的谐波谐振频率,还能给出微网谐波谐振的关键影响区域,根据评估结果提出改善和避免微网谐波谐振发生的有效措施,仿真实验结果证明了本文所提出的方法可行。


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