研究背景
随着“双碳”目标和新型电力系统的发展，大量电力电子设备接入电力系统，引发严重的谐波问题。这些设备种类丰富、特性各异，成为谐波主要来源，对电能质量造成威胁。国家政策也强调加强电能质量管理，维护电力系统安全稳定运行。
谐波特性分析
研究针对不同类型的电力电子设备，构建了谐波耦合模型，分析了谐波特性：
- 电压型不控整流设备：建立了单相和三相不控整流频域谐波耦合模型，提出了典型工况下导通角和关断角计算方法，并分析了工作状态（连续、断续、临界）对谐波电流畸变率的影响。
- 电流型整流设备：利用调制理论获取交直流电压电流转换关系，建立考虑多频耦合影响的谐波耦合矩阵模型，分析了触发角、负载阻抗等因素对谐波的影响。
- 多脉动整流设备：考虑供电电压不平衡等非理想因素，建立多脉动整流装置谐波耦合矩阵模型，分析了非特征谐波的产生原因和特性。
- 全控型变换器：分析了理想供电条件下全控型电力电子变换器产生低频非特征谐波和高频特征谐波的原因，并研究了开关特性、死区效应等因素对谐波的影响。
数据驱动建模
针对电力系统结构、参数难以获取的谐波扰动源特性分析问题，研究提出了数据驱动的多元源荷动态谐波特性建模方法：
- 动态自适应谐波耦合模型：通过谐波导纳矩阵模型求解，研究了供电电压与耦合矩阵元素之间的关系，并提出了利用调整矩阵自适应调整供电电压对耦合矩阵模型参数的影响，提升了模型的通用性。
- 集合性居民负荷自下而上谐波模型：将常见家用电器分类建模，考虑温控负荷与照明负荷，提出了适用于集合性居民负荷的自上而下建模思路，并提出了统一主元谐波耦合矩阵模型，提高了建模效率。
谐波状态评估
研究提出了基于谐波耦合模型的非迭代式谐波潮流计算方法和谐波概率潮流计算方法：
- 非迭代谐波潮流计算：实现了电力系统谐波状态的快速准确评估，提升了谐波潮流计算效率，克服了多谐波源系统谐波潮流迭代收敛困难的问题。
- 谐波概率潮流计算：基于系统电压、电流及功率的时变不确定运行状态特征，提出了考虑多元源荷概率运行的电力系统概率谐波潮流计算方法，实现了动态源荷随机接入下的概率谐波状态分析。
研究结论
- 电力电子设备的谐波特性与其运行状态、拓扑结构密切相关。
- 数据驱动建模方法可以有效分析谐波特性，提高建模效率。
- 非迭代式谐波潮流计算和概率谐波潮流计算方法可以有效评估电力系统谐波状态，为电能质量管理提供技术支持。
