Factors and Effects of Harmonic Resonance in Medium-Voltage Distribution Networks with High Photovoltaic Penetration

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides a modeling approach for harmonic resonance in PV-rich networks, useful for further studies on grid stability and power quality.

🏢実務担当者:Offers a method for preliminary resonance risk assessment, applicable for distribution network planners and engineers dealing with high PV penetration.

インバータベースの再生可能エネルギー源の普及拡大と、現代の配電ネットワークにおけるケーブル区間のシェア増加は、電力系統の周波数依存特性を大きく変化させ、高調波共振現象のリスクを高める。この問題は、架空線とケーブルフィーダが混在する多分岐の中圧配電ネットワークにおいて特に重要であり、誘導性パラメータと容量性パラメータの比率の変化が、共振状態、高調波ひずみの増加、保護システムの誤動作、機器の過負荷、電力品質の低下を引き起こす可能性がある。本論文では、集中定数の誘導性および容量性パラメータに基づく等価モデルを用いて、20 kV配電ネットワークにおける高調波共振の解析を提示する。提案モデルは、架空線およびケーブル線の影響、変圧器のインダクタンス、太陽光発電インバータ、および供給変電所の短絡容量を考慮する。架空線とケーブル区間が混在し、太陽光発電が統合された中圧配電ネットワークの実例も提示する。周波数領域解析は、ケーブル線路長の変化、設置済み太陽光発電容量の増加、供給系統の短絡容量の低減を含む異なる運用条件下で実施される。得られた結果は、等価ネットワーク容量の増加と供給系統の弱体化が、共振周波数を低次高調波へシフトさせ、高調波電圧および電流の増幅の可能性を高めることを実証する。最も不利な運用条件は、高い太陽光発電出力、配電変圧器の昼間の低負荷、および供給変電所における限定的な短絡容量が同時に存在する場合に発生することが確認された。提案アプローチは、現代の配電ネットワークの計画および運用中における高調波共振リスクの予備評価のための工学的手法として使用できる。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

The increasing penetration of inverter-based renewable energy sources and the growing share of cable sections in modern power distribution networks significantly modify the frequency-dependent characteristics of power systems and increase the risk of harmonic resonance phenomena. This issue is particularly relevant for highly branched medium-voltage distribution networks with combined overhead and cable feeders, where the changing ratio between inductive and capacitive parameters may lead to resonance conditions, increased harmonic distortion, maloperation of protection systems, equipment overloading, and deterioration of power quality. This paper presents an analysis of harmonic resonance in 20 kV distribution networks using an equivalent model based on lumped inductive and capacitive parameters. The proposed model takes into account the influence of overhead and cable lines, transformer inductance, photovoltaic inverters, and the short-circuit power of the supplying substation. A real-case example of a medium-voltage distribution network with combined overhead and cable sections and integrated photovoltaic generation is also presented. Frequency-domain analysis is performed under different operating conditions, including variations in cable line length, increasing installed photovoltaic capacity, and reduction of the short-circuit power of the supplying system. The obtained results demonstrate that increasing the equivalent network capacitance and weakening the supplying system shift the resonance frequency toward lower-order harmonics and increase the likelihood of harmonic voltage and current amplification. It is established that the most unfavorable operating conditions occur under the combined presence of high photovoltaic generation, low daytime loading of distribution transformers, and limited short-circuit power at the supplying substation. The proposed approach can be used as an engineering method for preliminary assessment of harmonic resonance risk during the planning and operation of modern power distribution networks.

• Research Square https://doi.org/10.20944/preprints202605.1783.v1first seen 2026-06-04 04:27:06 · last seen 2026-06-09 04:31:58