海上新能源发电经长距离传输并网系统谐波抑制策略研究

作     者：刘伟超 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：沈虹;高大智

授予年度：2022年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 

主      题：电流谐振 背景谐波电压 海底电缆 陆地输电线缆 并网逆变器 

摘      要：在海上新能源发电系统中,电能需通过海底电缆将输送至陆地,再经过陆地输电线缆并入电网。由于长传输线缆的分布电容较大而不能忽略,从而导致逆变器与长传输线缆之间产生阻抗交互,使逆变器输出电流出现宽频域高频次的多谐振现象。同时电网侧存在的背景谐波电压会沿长传输线缆上振荡放大,将进一步加剧系统的不稳定。本文以逆变器经海底、陆地两种输电线缆长距离并网系统为研究对象,对逆变器输出电流多谐振和背景谐波电压沿线振荡放大这两种现象的产生机理和抑制方法展开研究,提出考虑长传输线缆的并网系统中谐波谐振综合抑制策略。本文首先对并网逆变器和两种传输线缆进行建模,推导其等效阻抗表达式,并绘制其伯德图,当长传输线缆等效阻抗与逆变器输出阻抗幅值相等,相位相差180时,输出电流会产生多谐振现象。同时,以传输线理论的分布参数模型和集总参数模型为基础,推导出背景谐波电压传播方程,并探究其沿线振荡放大规律。参考波的传播特性,当传输线缆对特定频次谐波表现为无限长特性时,可认为该频次谐波只存在入射波没有反射波,从而达到抑制电流谐振的目的。于是本文在基波并网的基础上,提取逆变器输出侧谐波电压和谐波电流并与相应的虚拟谐波无限长系数相乘作为谐波给定信号。针对不同频率的谐波,则采用谐波调节器电流环叠加的方式,实现逆变器并网的同时也对并网点谐波谐振进行抑制。由于该并网系统包含两种传输线缆,两者之间并不能实现阻抗匹配,所以两种传输线缆上的背景谐波电压不能同时被抑制,于是在海底电缆与陆地输电线缆连接处安装R-APF使得两传输线缆实现阻抗匹配,从而进一步抑制海底电缆和陆地输电线缆上背景谐波电压振荡放大的现象。并在MATLAB/Simulink环境中搭建模型进行仿真验证。最后,搭建9kmτ型输电线缆模型,使用FRA5097进行频谱分析,并完成其空载试验以验证模型的正确性。利用Speedgoat实时目标机模拟11km海底电缆并作为控制器对逆变器进行控制,选取基于Si C的高频功率变换器Eval-M5-E1B1245N-Si C作为逆变器平台,最终验证了所提考虑长传输线缆的并网系统中谐波谐振综合抑制策略的正确性和有效性。