配电系统非线性电容激发的谐波谐振机理研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51077138
项目类别：
面上项目
资助金额：
38.0万
负责人：
雍静
依托单位：
重庆大学
学科分类：
E0706.电力电子学
结题年份：
2013
批准年份：
2010
项目状态：
已结题
起止时间：
2011-01-01 至2013-12-31

项目参与者：
左为恒；吴元洪；曾礼强；娄方桥；桂小智；牛亮亮；陈亮；
关键词：
谐振模式电能质量非线性电容特性非线性谐振

项目摘要

配电系统非线性谐振一直都是备受关注的问题，目前针对铁磁谐振的研究较多。铁磁谐振是带铁心电感的饱和效应与线性电容间激发的非线性谐振。本项目提出另一种值得重视的非线性谐振，即系统中非线性电容元件与线性电感构成的非线性电容谐波谐振，并针对该谐振现象展开研究，揭示非线性电容元件的动态特性，通过线性化方法建立其描述模型，引入非线性系统研究方法和理论，研究谐振模式、激发谐振的电路参数域及各电路参数对谐振强度的敏感性，研究非线性电容谐波谐振对配电系统电能质量的影响及消谐减振原理。项目研究拟基于前期研究成果，采取理论分析、仿真研究和实验相结合的方法展开。本项目提出并研究配电系统中一种新的非线性谐振现象，并初步建立配电系统非线性电容谐振研究的知识体系，具有重要的理论意义；同时，本项目涉及的也是一个具有前瞻性的配电系统电能质量问题，研究成果对有效预防日趋严重的配电系统非线性电容谐振具有较高的应用价值。

结项摘要

项目主要工作和成果有：①含不可控整流电路非线性负载的容性特性研究。通过分析和研究含不可控整流电路非线性负载的等值电路，获得其等值频域导纳表达式，对其研究表明：含不可控整流电路负载的谐波特性由负载参数及电压谐波分量共同决定；该类负载在基波电压下的基波感、容特性由负载参数决定，理论上该电路可能呈现出感性或容性特征，但在实际的负载参数范围内，则总是呈现容性特征；在含单次谐波电压下，该类非线性负载等值电抗的感、容特性由负载参数和电压参数共同决定。其主要原因是，不同的谐波幅值，尤其是相位会直接导致电压波形的波峰畸变，进而改变整流电路二极管的导通角和截止角。整流电路导通和截止角的改变即可改变该类非线性负载等值电抗的感、容特性。当负载谐波等值电纳呈现容性特性时，若在某次谐波处，与系统等值电纳（感性）相等，可能达成谐振。②非线性容性负载的谐波谐振模式和谐波谐振条件研究。若系统与负载的等值电抗在某次谐波频率时大小相等且符号相反，则可认为串联谐振，表现为该次谐波电压和电流相位相同。研究表明，这种情况是存在的，只是该条件达成时，负载的等值电阻变得比正常情况下大，从而谐波电流与正常情况相比，并无特别的放大。原因一是负荷非线性特性决定了其在不同运行条件下负载呈现的非线性等值阻抗会发生变化，一旦谐振条件达成，负载端电压波形发生变化，导致负载等值阻抗发生变化；二是从机理上分析，该类单相负载的不可控桥式整流电路导通时间占一个整周期的时间很短，系统电感和负载电容之间的能量交换发生时间很有限，因此即便谐振条件达成，负载的谐波电流也不会变得很大。③含不可控整流电路非线性负载的数学模型研究。建立了精确的电路谐波模型，模型研究表明：电压波峰部分的畸变程度（电压峰值衰减系数）与谐波电流呈显著的相关性及粗略线性关系。研究了简化的Norton谐波源模型的成立条件和模型参数不稳定的原因，提出了构造模型的测量参数选择方法和模型的适用范围。④利用单相非线性负载的谐波特征进行的故障识别研究。基于对单相非线性负载谐波特征的掌握，研究提出了低压系统串联电弧故障识别方法和基于负荷谐波特性的低压中性线断线故障检测方法。