研究背景

多機接入弱電網的同一公共耦合點時，由于電網阻抗的存在，多機與電網之間存在阻抗耦合并會形成阻抗網絡，在諧波源激勵下可能會引起阻抗網絡內部的諧波電流被放大，對系統的穩定運行構成威脅。

論文方法及創新點

傳統的引入帶阻濾波器的網側電感電流反饋控制方法能在一定程度上抑制多機并聯的高頻振蕩，但會導致穩定性降低，甚至不穩定。為此，提出了一種多機并聯的改進型帶阻濾波器高頻振蕩抑制方法，如圖1所示。所提的抑制方法在網側電感電流反饋中引入改進型帶阻濾波器GmN，其表達式為

式(1)

圖1 所提方法的雙閉環控制框圖

圖2為系統的奈奎斯特曲線。在有帶阻濾波器的情況下，系統的相位裕度PM1=25.64°。在有改進型帶阻濾波器（α=1.6）的情況下，系統的相位裕度增大到PM2=36.63°。在有改進型帶阻濾波器（α=2.0）的情況下，系統的相位裕度增大到PM3=39.54°。因此，在有改進型帶阻濾波器情況下，系統的相位裕度在30°～60°之間，滿足系統在弱電網下有足夠的穩定和較好的動態性的條件。

圖2 系統的奈奎斯特曲線

為了驗證理論分析的有效性，搭建了兩臺三相逆變器并聯的實驗平臺，如圖3所示。該實驗平臺由DC-DC變換器、三相逆變器和LCL濾波器組成。

圖3 多機并網系統的實驗平臺

在有帶阻濾波器和有改進型帶阻濾波器（α=1.6、α=2.0）三種情況下，兩臺逆變器并聯運行時，PCC電壓uPCC和并網電流ig的穩態實驗波形如圖4～圖6所示。在有帶阻濾波器的情況下，PCC電壓uPCC和并網電流ig的畸變率較高，系統阻尼效果不佳，出現諧波放大現象。在有改進型帶阻濾波器的情況下，當α=1.6和α=2.0時，PCC電壓uPCC和并網電流ig的畸變率降低，由于阻抗網絡內引入足夠大的阻尼，系統能穩定運行。

圖4 有帶阻濾波器情況下PCC點電壓uPCC和并網電流ig的實驗波形

圖5 有改進型帶阻濾波器情況下PCC點電壓uPCC和并網電流ig的實驗波形（α=1.6）

圖6 有改進型帶阻濾波器情況下PCC點電壓uPCC和并網電流ig的實驗波形（α=2.0）

結論

本文針對多機與電網之間的交互問題，提出了一種多機并聯的改進型帶阻濾波器高頻振蕩抑制方法，通過將改進型帶阻濾波器引入網側電感電流反饋控制，定向地改變并網逆變器接入弱電網的網絡阻抗，從而有效地抑制網絡內可能存在的高頻振蕩，并得到如下結論：

1）所提的抑制方法能有效地改變并網逆變器的阻抗性質，不僅抑制了多機并聯的諧波電流流入電網，避免阻抗網絡的高頻振蕩現象發生，而且提高了系統的相位裕度，保證系統在弱電網下具有足夠的穩定和較好的動態性能。

2）根據所需的陷波深度和動態性能，可以選取合適的改進型帶阻濾波器的控制參數，為改進型帶阻濾波器的設計提供指導原則。

引用本文

楊苓, 陳燕東, 羅安, 懷坤山. 多機并聯接入弱電網的改進型帶阻濾波器高頻振蕩的抑制[J]. 電工技術學報, 2019, 34(10): 2079-2091.Yang Ling, Chen Yandong, Luo An, Huai Kunshan. Suppression Method of High-Frequency Oscillation by Improved Notch Filter for Multi-Parallel Inverters Connected to Weak Grid. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(10): 2079-2091.

團隊介紹

湖南大學電能變換與控制創新團隊依托國家電能變換與控制工程技術研究中心，主要從事企業配電網電能質量治理、大功率冶金特種電源、新能源發電及交直流微電網控制等方向的研究工作，研制出多種電能變換與節能裝備，并成功實現了產業化。團隊有教授4人，副教授2人，講師2人，博士生和碩士生70余人。

團隊合影

陳燕東

湖南大學教授，博士生導師，國家電能變換與控制工程技術研究中心副主任，中組部萬人計劃“青年拔尖人才”入選者，一直從事大功率電能變換與控制領域的教學與科研工作。針對國家與國防重大需求，他圍繞我國大功率電能變換與控制領域的科學技術難題，突破了高密度電磁能量快速變換、高過載電能同步變換等共性技術，作為核心人員研制出大功率電磁攪拌系統、海島特種電源等核心裝備，并在國內外企業推廣應用，顯著提升了我國特殊鋼的品質，保障了國防裝備的穩定可靠供電。

羅安

中國工程院院士，湖南大學電氣與信息工程學院教授、博士生導師，國家電能變換與控制工程技術研究中心主任。主要從事大功率冶金特種電源系統，配電網電能質量控制，企業綜合電氣節能，新能源分布式發電，微電網控制等方向的研究工作。研制出大功率電磁攪拌電源系統、低壓大電流50kA電源系統、大容量電弧爐控制系統、電磁加熱系統、有源電力濾波器、靜止無功發生器、混合型有源電力濾波裝置、靜止無功補償器等高效電能變換與電能質量控制系列裝備，以及基于多層數據庫體系和智能化參數展現及數據交換的企業電氣節能智能化監控系統，并已廣泛應用于電力、冶金等行業的復雜工業系統中，取得了顯著的經濟效益和社會效益。電能變換與節能裝備的成功投運不僅實現了企業節能降耗、降低生產成本、還提高了工業產品品質，促進了冶金、化工、電力等行業的科技進步。