电网非理想条件下并网变换器的控制技术研究

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分布式发电系统中,电网阻抗一般不可忽略,电网电压中一般会存在不平衡或谐波畸变的非理想状态,这种情况下传统的同步坐标系锁相环(SRF-PLL)和矢量控制方式会导致三相并网变换器中产生恶劣的功率波动和谐波电流,同时还将导致直流母线电压产生波动,进一步污染电网和破坏电网的运行稳定性。本文针对弱电网中电网阻抗不可忽略的问题,三相并网变换器采用了基于频率自适应虚拟磁链估测的电网同步方法。该电网同步方法可在电网阻抗已知的情况下直接估测电网虚拟PCC点的虚拟磁链,且克服了传统虚拟磁链估测无频率自适应的缺点,在电网电压不平衡及畸变状态时,能快速准确地实现电网同步。本文对三相并网变换器在电网不平衡情况下的数学模型进行了详细的分析,基于虚拟磁链的瞬时功率理论,提出了基于虚拟磁链的不平衡控制策略。电网同步在静止坐标系下采用基于频率自适应的虚拟磁链估测实现。估测的正负序虚拟磁链分量作为如下不平衡控制目标参考电流指令计算的基础:1)网侧电流对称;2)抑制有功功率2次瞬时波动;3)抑制无功功率2次瞬时波动。由于采用PI调节器无法实现对正弦交流信号的无静差跟踪,为此,本文在两相静止坐标系中,采用两个PR调节器实现对正负序电流的无静差跟踪,这样不仅大大简化了三相并网变换器的控制,而且还增强了系统的鲁棒性。另外,由于PR调节器的谐振频率由锁频环(FLL)跟踪的电网频率实时调节,因此,整个控制系统具有频率自适应的性能。本文对基于频率自适应虚拟磁链的电网同步方法和并网变换器的不平衡控制策略进行了全面的动静态仿真,并搭建实验平台,进行了系统实验。得到的仿真结果和实验结果与理论分析吻合,仿真和实验证明了本文提出的控制策略的正确性。
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