基于digsilent的微网建模及其谐波与间谐波分析方法的研究

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1、第一章绪论的供电质量【71。美国对微网的定义是由其电力可靠性技术解决方案联盟(CERTS)和威斯康辛大学联合提出的，即由DG和负荷组成的，能为当地用户供应热能和电能的可控独立系统称为微网【81。燃料电池和微型燃气轮机是微电网主要的分布式电源，它们连同接于直流侧的储能设备一并由电力电子原件接入微电网。DG的“即插即用”控制策略是研究的核心内容。加拿大在分布式发电方面也积极的作了大量的研究工作【91，其研究的主要内容是如何把已经有的风力发电、中小型水力发电和柴油机组发电统一组合起来进行利用。我国虽然在大规模可再生能源发电研究

2、方面如太阳能发电和风力发电已经取得了一定成绩，但是小型分布式发电以及微网的研究尚处于起步阶段，需要国家相关政策和资金的大力扶持。调整能源结构，构建环境友好、资源节约、可持续发展的社会已经成为我国未来发展的方向和共识。在工程建设方面，北京、上海和广州在引进国外技术的基础上，已建立了多座热电联产系统，分别应用于机场、医院、商业中心等场合。此外，国家科技部还大力支持了许多‘'863’硕目。在理论研究方面，国内外许多学者对微网技术也进行了深入研究，并取得了一系列的研究成果，包括微网的保护与控制研究【lo】，微网的电能质量研究【1

3、1】，微网的经济性分析【l2】等。可以预见未来若干年内，微网不仅可以作为大电网的一种重要补充，还将在能源综合利用上占有十分重要的地位。因此，无论是解决城市供电，还是解决农村和边远地区的用电问题，都具有巨大的潜在市场和研究价值，一旦解决了主要的技术难点，微网必将获得迅猛的发展。总之，微网技术的应用前景是十分广阔和光明的。1．2微网中谐波及间谐波产生的原因在国际上，普遍认可的谐波定义是：‘谐波为一个周期电气量的正弦波分量，它的频率为整倍数的基波频率”。相对于谐波的定义，间谐波是指频率为基波频率的非整数倍的谐波。微网的电能质量

4、应该满足电网对电能质量的要求，而谐波与间谐波是评定电能质量的重要指标。微网中产生的谐波主要来自两个方面：一方面是微网内部分布式电源本身产生的谐波，另一方面是分布式发电系统中所包含的许多电力电子元件所产生的谐波。以风力发电机为例，其本身产生的谐波包括由励磁系统产生的谐波和由发电机自身结构而产生的固有谐波，固有谐波主要表现为气隙空间谐波磁势。目前，风力发电机主要采用正弦脉宽调制技术(SPWM)变流器来提供交流励磁。SPWM第一章绪论变流器输出电压中含有大量谐波，在定子侧，这些谐波成份在电机气隙磁场的作用下被放大，从而对电网产

5、生谐波危害。微网内存在大量的电力电子设备和非线性负荷，如风机、光伏电池、燃料电池、燃气轮机等分布式电源和储能元件都需要通过电力电子变流器才能与系统相连接。例如永磁直驱风力发电机组需要通过双PWM背靠背变流器将随着风速的变化电压和频率都在变化的电能，进行交直交变流得到恒压恒频的电能。而光伏电池发出的是直流电，也需要经过变流器变流才能接入电网。这些电力电子变流装置担负着负荷的投切和电量的传递等重要任务，但对其进行操作会引起电网电压、电流波形畸变，导致电网的谐波和间谐波污染。非线性负荷电流的幅值、相位和波形是变化的，而且含有大

6、量的谐波和间谐波成份。另外，DG机组的频繁起停，也会产生谐波失真电流，从而影响系统的电能质量【13】。当微网并网运行时，电力系统本身存在的含量不小的低次谐波可能会与分布式电源互相作用，产生新的谐波分量。如果电力系统是不平衡运行，即电网中存在负序分量，也会与分布式电源相互感应产生低次的谐波。间谐波产生的主要来源有：波动负荷、电弧类负荷、变频调速装置、感应电动机、整周波控制的晶闸管装置、电源信号电压等。随着微网的不断推广和应用，电网中所含的间谐波也不断增多，如风力发电机组的波动性，以及交直交、交交变频器在DG中的大量应用，都

7、为微网带来大量的间谐波【l41。1．3谐波及间谐波分析方法研究现状目前，现有谐波分析方法主要包括有：模拟滤波器法、傅里叶变换法、瞬时无功功率理论法、神经网络法、小波分析法等㈣。其中，傅里叶变换法是在电力系统谐波分析中应用最为广泛的一种方法。傅里叶变换的实质是将分析信号分解为多个频率的正弦分量之和的形式。傅里叶变换方法具有正交、完备等一系列的优点，它是一种经典的信号分析方法【l6J。在实际工程应用中，计算机只能计算有限长的、离散的时间序列，此时的傅里叶变换，即为离散傅里叶变换(DFrD。快速傅里叶变换(FFl)作为离散傅里

8、叶变换的快速算法，能够提高运算速度，减小计算量。加窗和插值是减小频谱泄漏和抑制栅栏效应的有效手段。加窗以余弦窗的应用最多，如Hanning窗，Hamming窗，Blackman窗等；插值则包括单峰谱线插值和双峰谱线插值【17】。国内外学者傅里叶变换谐波分析方面做了大量研究，如文献[18】提出了基于两项Hanning窗