Stability Analysis for Distributed Harmonic Mitigation System Composed of Voltage Detection Based Active Power Filters

Lingyan BU; Qingquan JIA; Shuya TIAN; Chunjiang ZHANG; Jifeng LIANG; Jing ZHAO

doi:10.7500/AEPS20200109002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Stability Analysis for Distributed Harmonic Mitigation System Composed of Voltage Detection Based Active Power Filters

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Stability Analysis for Distributed Harmonic Mitigation System Composed of Voltage Detection Based Active Power Filters
- Automation of Electric Power Systems Vol. 44, Issue 21, Pages: 99-106(2020)
- 作者机构：
  
  1.电力电子节能与传动控制河北省重点实验室（燕山大学电气工程学院），河北省秦皇岛市 066004
  2.国网沈阳供电公司，辽宁省沈阳市 110811
  3.国网河北省电力有限公司电力科学研究院，河北省石家庄市 050021
  4.河北交通职业技术学院电气与信息工程系，河北省石家庄市 050035
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China;Hebei Provincial Natural Science Foundation of China
- DOI：10.7500/AEPS20200109002
  CLC：
- Received：09 January 2020，
  
  Revised：2020-07-21，
  
  Published Online：07 September 2020，
  
  Published：10 November 2020
- 稿件说明：
移动端阅览
卜令岩,贾清泉,田书娅等.电压检测型APF构成的分布式谐波治理系统稳定性分析[J].电力系统自动化,2020,44(21):99-106.

BU Lingyan,JIA Qingquan,TIAN Shuya,et al.Stability Analysis for Distributed Harmonic Mitigation System Composed of Voltage Detection Based Active Power Filters[J].Automation of Electric Power Systems,2020,44(21):99-106.
卜令岩,贾清泉,田书娅等.电压检测型APF构成的分布式谐波治理系统稳定性分析[J].电力系统自动化,2020,44(21):99-106. DOI： 10.7500/AEPS20200109002.

BU Lingyan,JIA Qingquan,TIAN Shuya,et al.Stability Analysis for Distributed Harmonic Mitigation System Composed of Voltage Detection Based Active Power Filters[J].Automation of Electric Power Systems,2020,44(21):99-106. DOI： 10.7500/AEPS20200109002.

摘要

电力电子化配电网谐波源呈现高密度分散化态势，传统用户侧点对点治理模式不能适应。电压检测型有源电力滤波器(VDAPF)通过检测节点的谐波电压并按电导特性产生谐波治理电流，更适合分散谐波的电网侧分布式治理。文中研究了VDAPF构成的电力电子化配电网分布式谐波治理系统的稳定性问题，以及VDAPF控制参数对分布式谐波治理系统稳定性的影响。给出了分布式谐波治理系统的实现方案，并推导出该系统的线性化状态空间模型。结合灵敏度方法确定了影响系统特征值的主导控制参数，建立了主导控制参数变化的系统根轨迹，并得出影响系统稳定性的主导控制参数的取值范围。结合MATLAB仿真给出了不同控制参数下分布式谐波治理系统稳定、不稳定情况的仿真结果，验证了分布式谐波治理系统稳定问题的存在性和稳定性分析的合理性。

Abstract

The harmonic sources in power-electronized distribution networks present a trend of high density and decentralization. The commonly used point-to-point mitigation mode on the customer side is unsuitable. The voltage detection based active power filter (VDAPF) detects the harmonic voltage of the buses and generates the harmonic mitigation current according to conductivity characteristics

which is more suitable for grid-side distributed mitigation of decentralized harmonics. This paper studies the stability of the distributed harmonic mitigation system composed of VDAPFs for power-electronized distribution network

and the influence of control parameters of VDAPF on the stability of distributed harmonic mitigation systems. The implementation scheme of the distributed harmonic mitigation system is proposed. A linear state-space model of the system is established. Combined with the sensitivity method

the dominant control parameters affecting the eigenvalues of the system are determined. The root locus of the system with changed dominant control parameters is established

and the variation ranges of the dominant control parameters affecting the system stability are obtained with different control parameters. Based on the MATLAB simulation

the simulation results of the distributed harmonic mitigation system with different control parameters in stable and unstable cases are given

which verify the existence of the stability problem of the distributed harmonic mitigation system and the rationality of stability analysis.

关键词

Keywords

references

SUMNER M ， ABDULLAH A ， THOMAS D ， et al . Real time parameter estimation for power quality control and intelligent protection of grid-connected power electronic converters ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2014 ， 5 （ 4 ）： 1602 - 1607 .

WAND X ， ABUSORRAH A ， BLAABJERG F . Harmonic stability in power electronic-based power systems： concept， modeling， and analysis ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 3 ）： 2858 - 2870 .

EBRAHIMZADEH E ， BLAABJERG F ， WANG X ， et al . Optimum design of power converter current controllers in large-scale power electronics based power systems ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2019 ， 55 （ 3 ）： 2792 - 2799 .

孙毅卫，郑天文，陈西平，等 . 多逆变器并联谐振机理分析及虚拟电阻控制［J］. 可再生能源， 2017 ， 35 （ 4 ）： 585 - 592 .

SUN Yiwei ， ZHENG Tianwen ， CHEN Xiping ， et al . Analysis on resonances of multiple parallel inverters and its control strategy based on virtual resistance ［J］. Renewable Energy Resources ， 2017 ， 35 （ 4 ）： 585 - 592 .

孙媛媛，李树荣，石访，等 . 含分布式谐波源的配电网多谐波源责任划分［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 18 ）： 5389 - 5398 .

SUN Yuanyuan ， LI Shurong ， SHI Fang ， et al . Multiple harmonic source contribution determination in the active distribution network with distributed harmonic sources ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 18 ）： 5389 - 5398 .

杨新华，谢兴峰，马建立，等 . 并联有源滤波器的一种高可靠性控制策略［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 5 ）： 128 - 133 .

YANG Xinhua ， XIE Xingfeng ， MA Jianli ， et al . A high-reliability control strategy for shunt active filter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 5 ）： 128 - 133 .

郑远辉，杨苹，王月武，等 . 基于重复控制的有源电力滤波器6 k ±1次谐波补偿［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 16 ）： 125 - 131 .

ZHENG Yuanhui ， YANG Ping ， WANG Yuewu ， et al . Repetitive control based compensation for 6 k ±1 harmonics of active power filter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 16 ）： 125 - 131 .

CHANG W K ， GRADY W M . Minimizing harmonic voltage distortion with multiple current-constrained active power line conditioners ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 1997 ， 12 （ 2 ）： 837 - 843 .

帅智康，罗安，祝文姬，等 . 并联型有源电力滤波器容量和最优安装位置的选择方法［J］. 中国电机工程学报， 2009 ， 29 （ 13 ）： 92 - 98 .

SHUAI Zhikang ， LUO An ， ZHU Wenji ， et al . Study on the size and optimal location of shunt active power filter ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2009 ， 29 （ 13 ）： 92 - 98 .

AKAGI H ， FUJITA H ， WADA K . A shunt active filter based on voltage detection for harmonic termination of a radial power distribution line ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 1999 ， 35 （ 3 ）： 638 - 645 .

WADA K ， FUJITA H ， AKAGI H . Considerations of a shunt active filter based on voltage detection for installation on a long distribution feeder ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2002 ， 38 （ 4 ）： 1123 - 1130 .

CHEN X ， DAI K ， XU C ， et al . Harmonic compensation and resonance damping for SAPF with selective closed-loop regulation of terminal voltage ［J］. IET Power Electronics ， 2017 ， 10 （ 6 ）： 619 - 629 .

HE Jinwei ， LI Yunwei ， MUNIR M S . A flexible harmonic control approach through voltage-controlled DG-grid interfacing converters ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2012 ， 59 （ 1 ）： 444 - 455 .

吕自波，李楚杉，邓焰，等 . 一种适用于新型直接交交型有源滤波器的逐次分序谐波检测算法［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 6 ）： 1473 - 1481 .

LÜ Zibo ， LI Chushan ， DENG Yan ， et al . A harmonic detection method by separated sequence and order suitable for novel direct AC-AC based active power filters ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 6 ）： 1473 - 1481 .

LEE T L ， CHENG P T ， AKAGI H ， et al . A dynamic tuning method for distributed active filter systems ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2008 ， 44 （ 2 ）： 612 - 623 .

VANDOORN T ， MEERSMAN B ， KOONING J D ， et al . Controllable harmonic current sharing in islanded microgrids： DG units with programmable resistive behavior toward harmonics ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2012 ， 27 （ 2 ）： 831 - 841 .

MUNIR H ， ZOU J ， XIE C ， et al . Cooperation of voltage controlled active power filter with grid-connected DGs in microgrid ［J］. Sustainability ， 2018 ， 11 （ 1 ）： 1 - 15 .

MUNIR H M ， ZOU J ， XIE C ， et al . Direct harmonic voltage control strategy of shunt active power filters suitable for microgrid applications ［J］. Journal of Power Electronics ， 2019 ， 19 （ 1 ）： 265 - 277 .

MOUSAVI S Y M ， JALILIAN A ， SAVAGHEBI M ， et al . Autonomous control of current- and voltage-controlled DG interface inverters for reactive power sharing and harmonics compensation in islanded microgrids ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2018 ， 33 （ 11 ）： 9375 - 9386 .

TIAN Shuya ， JIA Qingquan ， XUE Shiwei ， et al . Collaborative optimization allocation of VDAPFs and SVGs for simultaneous mitigation of voltage harmonic and deviation in distribution networks ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2020 ， 120 ： 106034 .

石磊磊，贾清泉，林丽娟，等 . 电力电子化配电网谐波分布式全局优化治理策略［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 9 ）： 2914 - 2924 .

SHI Leilei ， JIA Qingquan ， LIN Lijuan ， et al . Distributed global optimal harmonic mitigation strategy for power electronics high penetrated distribution networks ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 9 ）： 2914 - 2924 .

张建华，苏玲，刘若溪，等 . 逆变型分布式电源微网并网小信号稳定性分析［J］. 电力系统自动化， 2011 ， 35 （ 6 ）： 76 - 80 .

ZHANG Jianhua ， SU Ling ， LIU Ruoxi ， et al . Small-signal stability analysis of grid-connected microgrid with inverter-interfaced distributed resources ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2011 ， 35 （ 6 ）： 76 - 80 .

邹小明，杜雄，王国宁，等 . 三相并网逆变器频率耦合机理分析及稳定性判定［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 18 ）： 57 - 63 .

ZOU Xiaoming ， DU Xiong ， WANG Guoning ， et al . Frequency coupling mechanism analysis and stability judgement for three-phase grid-connected inverter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 18 ）： 57 - 63 .

马兴，徐瑞林，陈民铀，等 . 弱电网下并网逆变器自适应 H ∞ 控制方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 13 ）： 189 - 195 .

MA Xing ， XU Ruilin ， CHEN Minyou ， et al . Adaptive H ∞ control method for grid-connected inverters in weak grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 13 ）： 189 - 195 .

钱强，魏琦，谢少军，等 . 单相并网逆变器多频阻抗模型及其在谐振环流分析中的应用［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 15 ）： 159 - 165 .

QIAN Qiang ， WEI Qi ， XIE Shaojun ， et al . Multi-frequency impedance model of single-phase grid-connected inverter and its application in analysis of resonant circulating current ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 15 ）： 159 - 165 .

吴永斌，王素娥，熊连松，等 . 光储一体化并网发电系统的惯量阻尼机理分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 6 ）： 129 - 137 .

WU Yongbin ， WANG Su’e ， XIONG Liansong ， et al . Analysis on inertia and damping mechanism of grid-connected power generation system integrated with photovoltaic and energy storage systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 6 ）： 129 - 137 .

WANG Yanbo ， WANG Xiongfei ， BLAABJERG F ， et al . Harmonic instability assessment using state-space modeling and participation analysis in inverter-fed power systems ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2017 ， 64 （ 1 ）： 806 - 816 .

WANG Yanbo ， WANG Xiongfei ， BLAABJERG F ， et al . Harmonic stability analysis of inverter-fed power systems using component connection method ［C］// IEEE 8th International Power Electronics and Motion Control Conference （IPEMC-ECCE Asia）， May 22-26 ， 2016 ， Hefei ， China .

杨洁，刘开培，余俞，等 . 交流电网互联的双端柔性直流输电系统小信号建模［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 9 ）： 2177 - 2184 .

YANG Jie ， LIU Kaipei ， YU Yu ， et al . Small signal modeling for VSC-HVDC used in AC grid interconnection ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 9 ）： 2177 - 2184 .

张明锐，黎娜，杜志超，等 . 基于小信号模型的微网控制参数选择与稳定性分析［J］. 中国电机工程学报， 2012 ， 32 （ 25 ）： 9 - 19 .

ZHANG Mingrui ， LI Na ， DU Zhichao ， et al . Control parameter selection and stability analysis of microgrid based on small-signal model ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2012 ， 32 （ 25 ）： 9 - 19 .

薛花，范月，王育飞 . 基于李雅普诺夫函数的并联型混合有源电力滤波器非线性控制方法［J］. 电工技术学报， 2016 ， 31 （ 21 ）： 133 - 141 .

XUE Hua ， FAN Yue ， WANG Yufei . Nonlinear control strategy based on Lyapunov function for shunt hybrid active power filter ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2016 ， 31 （ 21 ）： 133 - 141 .

DANG Pengpai ， ELLINGER T ， PETZOLDT J . Dynamic interaction analysis of APF systems ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2014 ， 61 （ 9 ）： 4467 - 4473 .

陈继开，马修伟，李江，等 . 并联双APF交互影响分析［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 3 ）： 956 - 961 .

CHEN Jikai ， MA Xiuwei ， LI Jiang ， et al . Analysis on interaction of two-parallel APF ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 3 ）： 956 - 961 .

邵振国，黄伟达 . 考虑出力不确定性的分布式电源谐波传播计算［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （增刊2 ）： 674 - 683 .

SHAO Zhenguo ， HUANG Weida . A calculation method of harmonic propagation considering the uncertainty of distributed generation ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ Supplement 2 ）： 674 - 683 .

王守相，刘响，张颖 . 多DG不确定性建模及其对配电网谐波潮流的影响［J］. 电力自动化设备， 2018 ， 38 （ 10 ）： 1 - 6 .

WANG Shouxiang ， LIU Xiang ， ZHANG Ying . Uncertainty modeling of multiple DGs and their influence on harmonic power flow in distribution network ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2018 ， 38 （ 10 ）： 1 - 6 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Stability Control Strategy for Grid-connected Converter Based on Decoupling of Phase-locked Loop and Current Loop

Related Author

LIN Lijuan

Lijuan LIN

Tiecheng LI

Ziwei CHENG

HE Ping

WANG Mingyang

WEN Fushuan

LI Qiuyan

Related Institution

Key Laboratory of Power Electronics for Energy Conservation and Motor Drive of Hebei Province (School of Electrical Engineering, Yanshan University)

College of Electrical and Information Engineering, Zhengzhou University of Light Industry

Hainan Institute of Zhejiang University

Economic and Technological Research Institute of State Grid Henan Electric Power Company

School of Electrical Engineering, Southeast University

⁰