LCL型并网逆变器的阻抗建模与振荡机理及其抑制方法研究

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随着分布式发电技术的推广应用,分布式发电系统对其接入的电力系统的影响越来越显著。一方面,LCL型并网逆变器作为分布式发电系统和公用电网之间的关键接口,在实现高效电能传输的同时也引入了高频开关纹波;另一方面,由于分布式发电系统与电力系统之间存在阻抗动态交互现象,这可能导致系统中出现一系列的谐波及振荡问题,进而威胁整个电力系统的稳定运行。因此,需要设计优良的控制策略使并网逆变器具备快速应对系统谐波及振荡的能力,以提高分布式发电系统并网运行的可靠性。本文以三相LCL型并网逆变器为研究对象,主要的内容以及创新点如下:(1)通过谐波线性化建模方法得到了三相LCL型并网逆变器的正负序输出阻抗模型,并且详细分析了逆变器的正负序阻抗特性。从得到的阻抗解析表达式可知:逆变器输出阻抗不仅与其主电路的拓扑结构以及采用的控制策略有关,电流控制器带宽、锁相环带宽以及LCL滤波参数等系统参数都将对逆变器输出阻抗产生影响。通过MATLAB仿真平台验证了推导的三相LCL型并网逆变器正负序阻抗解析表达式的正确性;且深入分析研究了各系统参数与逆变器输出阻抗之间的关系。(2)从序阻抗视角分析了互联系统的阻抗稳定性判据并将阻抗稳定性判据推广到了三相LCL型并网逆变系统中;研究了不同电网阻抗情况下系统的Nyquist图和阻抗对比分析图,揭示了逆变器阻抗与电网阻抗的动态交互过程和系统的振荡机理;在序阻抗视角下分析了不同电流控制器参数和锁相环带宽以及LCL滤波电感对于系统稳定性的影响,为并网系统的参数选取提供了一种理论指导。通过仿真验证阻抗稳定性理论分析结论的正确性。(3)针对分布式发电并网系统中由逆变器阻抗与电网阻抗动态耦合而产生的谐波问题及振荡现象,提出了一种LCL逆变器阻尼谐振抑制与功率快速调节方法。该方法主要由同步参考系准比例积分控制以及鲁棒并网电流反馈有源阻尼控制构成;详细分析了该控制方法的工作原理,并且综合考虑系统的稳态及动态性能,提出了控制器的参数优化设计方法。对比传统的有源阻尼控制方法,本文所提控制方法能够更加有效的抑制系统振荡现象,同时提高系统的功率调节能力。通过MATLAB仿真平台以及搭建的三相LCL光伏并网实验平台验证了本文所提控制策略相较于传统有源阻尼控制策略的优越性。
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