项目名称:电力电子装备高占比电力系统宽频谐波与谐振防治关键技术及应用
- 四川大学
- 四川省成都市一环路南一段24号
- 610044
- 王杨
- 18611538817
姓名 |
王 杨 |
电话 |
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电子邮件 |
gjzscq@126.com |
区号 |
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邮编 |
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通信地址 |
四川省成都市一环路南一段24号四川大学望江校区 |
专利类型 |
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专利状态 |
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申请号 |
授权日期 |
授权专利号 |
202010870424.9 |
2021-11-02 |
ZL202010870424.9 |
202010830604.4 |
2022-03-29 |
ZL202010830604.4 |
202010750367.0 |
2022-04-29 |
ZL202010750367.0 |
202010886090.4 |
2022-02-08 |
ZL202010886090.4 |
201910234404.X |
2020-11-24 |
ZL201910234404.X |
009941697B1 |
2018-04-10 |
US009941697B1 |
201910795655.5 |
2021-07-23 |
ZL201910795655.5 |
202210799068.5 |
2022-09-16 |
ZL202210799068.5 |
202010880963.0 |
2021-11-23 |
ZL202010880963.0 |
201910812938.6 |
2021-07-16 |
ZL201910812938.6 |
电力电子装备广泛应用于电力系统发输配用各个环节,具有弱阻尼、非线性的特点,易引发宽频谐振,导致系统失稳。自2018年以来,国内多个重大工程,如张北直流、瓦日铁路、浙江海上风电等,频繁出现谐波严重超标现象,造成重大损失。
长期以来,谐波防治主要面向大型工业用户,难以应对源网荷侧大规模电力电子装备接入带来的高维建模、广域溯源、阻尼不足等问题。如何构建电力电子装备高占比电力系统谐波与谐振防治体系,保障电网安全高效运行,成为能源电力领域的重大科学命题与迫切需求。
在国家自然基金、国网科技项目的支持下,项目组产学研用科技攻关,攻克了宽频谐波和谐振治理策略、核心技术、关键装置、技术标准等难题,取得了一系列创新性成果:
1、创新了电力电子装备高占比电力系统宽频谐波建模与谐振评估技术。提出了基于多谐波线性化的多入多出阻抗建模技术和基于多频电路等效理论的模型降维技术,实现了标准化、模块化的建模过程,谐波潮流计算时间较商业电磁暂态仿真缩短80%;提出了基于网络聚合与模态分析的谐振源定位技术,研发了宽频谐振风险评估系统,实现了宽频谐振的实时、快速预警。
2、提出了“感知—修复—定位”一体化扰动溯源技术。提出了基于极大似然估计的密集型谐波检测技术,实现了0.1 Hz-5000 Hz的高精度检测,牵头制定了GB/T 19862-2016等系列电能质量监测标准;提出了基于谱图理论的缺失谐波数据修复技术,解决了海量电能质量数据传输过程中出现的丢包问题;提出了一种基于虚拟参考节点的谐波状态估计技术,实现了非同步量测下的谐波扰动溯源,溯源准确率高达95%。
3、发明了宽频谐波与谐振协同抑制的新型无源/有源治理技术。提出了无源/有源滤波器的新型拓扑与控制策略,研制了系列装置,攻克了宽频谐波与谐振协同治理的难题;提出了有源、无源协同的分布式治理技术,牵头制定了GB/T 35726-2017等系列电能质量治理标准,为分布式扰动源接入场景下谐波的最优治理提供决策支撑。
针对以上问题,项目分别从建模、溯源、治理三个层级开展研究,首先建立电力电子装备高占比电力系统的聚合降维模型,开展多装备与电网间交互耦合作用分析;其次开展宽频谐波精准检测与溯源研究,提升扰动源的感知与定位能力;最后研究高可靠、低损耗的新型有源/无源治理装置,实现宽频谐波与谐振的协同抑制。
创新点1:创新了电力电子装备高占比电力系统宽频谐波建模与谐振评估技术,解决了多尺度强耦合系统谐波分析的难题。(旁证材料:授权专利4项、软著2项,制定标准4项,出版著作1部,发表SCI/EI论文等16篇:见论文、标准、著作附件创新点1部分)
(1)提出了基于多谐波线性化的多入多出阻抗建模技术,揭示了异构电力电子装备间的谐波交互机理。
(2)提出了基于多频电路等效理论的模型降维技术,创建了高维、多时间尺度、强耦合系统的单入单出模型。
(3)提出了基于网络聚合与模态分析的谐振源定位技术,实现了宽频谐振的实时主动预警。
创新点2:提出了“感知—修复—定位”一体化扰动溯源技术,攻克了电能质量数据精度不足、传输丢失、非实时同步带来的应用难题。
(1)提出了基于极大似然估计的宽频谐波检测技术,实现了0.1 Hz-5000 Hz频段高精度检测。
(2)提出了基于谱图理论的缺失谐波数据修复技术,保证了电能质量数据的完整性与可用性。
(3)提出了基于虚拟参考节点的谐波状态估计技术,实现了非同步量测下的谐波扰动精准溯源。
创新点3:发明了新型无源/有源治理装置拓扑结构与控制策略,解决了宽频谐波与谐振的协同治理难题。
(1)发明了新型无源阻尼滤波器拓扑与参数设计方法,研发了可开断型、共享型等系列治理装置,实现了低成本、高可靠的宽频谐波与谐振协同治理。
(2)提出了基于混合虚拟阻抗控制的有源治理技术,研发了集宽频滤波与阻抗重塑于一体的治理装置,实现了宽频谐波与谐振的灵活治理。
(3)提出了有源-无源协同的分布式治理技术,为大规模分布式扰动源接入场景下的谐波治理提供最优决策支撑。以该技术为核心的优质供电决策系统有效解决了浙北换流站、新疆哈密风电系统的谐波问题,避免了治理装置的无序安装与投资浪费。
社会效益:
(1)该项目促进新能源消纳,助力“双碳”目标:项目的研究平抑了新能源并网导致的谐波污染等问题,提高了清洁能源利用率,降低了因谐波超标造成的新能源脱网,推动了新型电力系统建设与“双碳”目标实现。
(2)该项目推动电能质量领域科技进步和产业发展: 项目提出的监测、治理技术等已经形成了系列产品,打破了国外技术垄断,占领了国内80%以上市场,还远销海外,促进了我国电能质量领域科技进步和产业发展。
(3)该项目提高了电力用户对电网企业的满意度:项目研究成果通过检测设备、治理装置的应用,为电力公司提供了高效的电能质量检测手段与治理方案,降低了谐波事故的发生,提高了电力用户对电网公司的满意度。
间接经济效益:
(1)该项目提升电网电能质量监测与溯源能力,避免人力、设备浪费:本项目实现了谐波扰动源精准定位,为宽频谐波与谐振治理提供理论依据,节省人工溯源成本,避免了治理装置的投资浪费。
(2)该项目研发的治理装置具有高鲁棒性,最大化降低电网未来发生安全事故的可能性:研发的谐波治理装置,可同时抑制谐波与谐振,且在电网参数波动时,其治理效果仍具有高鲁棒性,减少了电网拓扑、运行工况变化后的安全隐患,避免了经济损失。