作者特稿：多机并联接入弱电网的改进型带阻滤波器高频振荡的抑制
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联合主办
中国电工技术学会
北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室
联合承办
中国电工技术学会轨道交通电气设备技术专委会
国家高速列车技术创新中心
《电气技术》杂志社
会议日期/地点
2019年10月25-27日/山东青岛
本文提出了一种多机并联的改进型带阻滤波器高频振荡抑制方法，该方法不仅能有效地抑制多机并联的谐波电流流入电网，避免阻抗网络的高频振荡现象发生，而且能提高系统的相位裕度，保证系统在弱电网下具有足够的稳定和较好的动态性能。
► DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.181003 ◀
多机接入弱电网的同一公共耦合点时，由于电网阻抗的存在，多机与电网之间存在阻抗耦合并会形成阻抗网络，在谐波源激励下可能会引起阻抗网络内部的谐波电流被放大，对系统的稳定运行构成威胁。
传统的引入带阻滤波器的网侧电感电流反馈控制方法能在一定程度上抑制多机并联的高频振荡，但会导致稳定性降低，甚至不稳定。为此，提出了一种多机并联的改进型带阻滤波器高频振荡抑制方法，如图1所示。所提的抑制方法在网侧电感电流反馈中引入改进型带阻滤波器GmN，其表达式为
(1)
图1 所提的改进型带阻滤波器高频振荡抑制方法的双闭环控制框图
图2为系统的奈奎斯特曲线。在有带阻滤波器的情况下，系统的相位裕度PM1=25.64°。在有改进型带阻滤波器（α=1.6）的情况下，系统的相位裕度增大到PM2=36.63°。在有改进型带阻滤波器（α=2.0）的情况下，系统的相位裕度增大到PM3=39.54°。因此，在有改进型带阻滤波器情况下，系统的相位裕度在30°～60°之间，满足系统在弱电网下有足够的稳定和较好的动态性的条件。
图2 系统的奈奎斯特曲线
为了验证理论分析的有效性，搭建了两台三相逆变器并联的实验平台，如图3所示。该实验平台由DC-DC变换器、三相逆变器和LCL滤波器组成。
图3 多机并网系统的实验平台
在有带阻滤波器和有改进型带阻滤波器（α=1.6、α=2.0）三种情况下，两台逆变器并联运行时，PCC电压uPCC和并网电流ig的稳态实验波形如图4～图6所示。在有带阻滤波器的情况下，PCC电压uPCC和并网电流ig的畸变率较高，系统阻尼效果不佳，出现谐波放大现象。在有改进型带阻滤波器的情况下，当α=1.6和α=2.0时，PCC电压uPCC和并网电流ig的畸变率降低，由于阻抗网络内引入足够大的阻尼，系统能稳定运行。
图4 有带阻滤波器情况下PCC点电压uPCC和并网电流ig的实验波形
图5 有改进型带阻滤波器情况下PCC点电压uPCC和并网电流ig的实验波形（α=1.6）
图6 有改进型带阻滤波器情况下PCC点电压uPCC和并网电流ig的实验波形（α=2.0）
本文针对多机与电网之间的交互问题，提出了一种多机并联的改进型带阻滤波器高频振荡抑制方法，通过将改进型带阻滤波器引入网侧电感电流反馈控制，定向地改变并网逆变器接入弱电网的网络阻抗，从而有效地抑制网络内可能存在的高频振荡，并得到如下结论：
1）所提的抑制方法能有效地改变并网逆变器的阻抗性质，不仅抑制了多机并联的谐波电流流入电网，避免阻抗网络的高频振荡现象发生，而且提高了系统的相位裕度，保证系统在弱电网下具有足够的稳定和较好的动态性能。
2）根据所需的陷波深度和动态性能，可以选取合适的改进型带阻滤波器的控制参数，为改进型带阻滤波器的设计提供指导原则。
杨苓, 陈燕东, 罗安, 怀坤山. 多机并联接入弱电网的改进型带阻滤波器高频振荡的抑制[J]. 电工技术学报, 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.
团队介绍
湖南大学电能变换与控制创新团队依托国家电能变换与控制工程技术研究中心，主要从事企业配电网电能质量治理、大功率冶金特种电源、新能源发电及交直流微电网控制等方向的研究工作，研制出多种电能变换与节能装备，并成功实现了产业化。团队有教授4人，副教授2人，讲师2人，博士生和硕士生70余人。
陈燕东
湖南大学教授，博士生导师，国家电能变换与控制工程技术研究中心副主任，中组部万人计划“青年拔尖人才”入选者，一直从事大功率电能变换与控制领域的教学与科研工作。针对国家与国防重大需求，他围绕我国大功率电能变换与控制领域的科学技术难题，突破了高密度电磁能量快速变换、高过载电能同步变换等共性技术，作为核心人员研制出大功率电磁搅拌系统、海岛特种电源等核心装备，并在国内外企业推广应用，显著提升了我国特殊钢的品质，保障了国防装备的稳定可靠供电。
罗安
中国工程院院士，湖南大学电气与信息工程学院教授、博士生导师，国家电能变换与控制工程技术研究中心主任。主要从事大功率冶金特种电源系统，配电网电能质量控制，企业综合电气节能，新能源分布式发电，微电网控制等方向的研究工作。研制出大功率电磁搅拌电源系统、低压大电流50kA电源系统、大容量电弧炉控制系统、电磁加热系统、有源电力滤波器、静止无功发生器、混合型有源电力滤波装置、静止无功补偿器等高效电能变换与电能质量控制系列装备，以及基于多层数据库体系和智能化参数展现及数据交换的企业电气节能智能化监控系统，并已广泛应用于电力、冶金等行业的复杂工业系统中，取得了显著的经济效益和社会效益。电能变换与节能装备的成功投运不仅实现了企业节能降耗、降低生产成本、还提高了工业产品品质，促进了冶金、化工、电力等行业的科技进步。