【摘 要】
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为了有效应对全球性的化石能源危机和污染问题,大力发展和利用新能源成为国际共识和趋势。在我国“双碳”发展战略下,大力发展新能源发电系统被提到了新高度,微电网是多种新能源发电系统和电网交互转换的接口,且其可以交互大量新能源发电单元后孤岛运行,是组织新能源发电系统的重要方式。本文以微电网逆变器为研究对象,以阻抗无源稳定判断为理论工具,研究微电网逆变器在不同工作模式,即构网型(GFM)孤岛运行模式、跟网型
【基金项目】
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国家自然科学基金青年科学基金项目(项目编号:51807021); 国家自然科学基金面上 项目(项目编号:61973054);
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为了有效应对全球性的化石能源危机和污染问题,大力发展和利用新能源成为国际共识和趋势。在我国“双碳”发展战略下,大力发展新能源发电系统被提到了新高度,微电网是多种新能源发电系统和电网交互转换的接口,且其可以交互大量新能源发电单元后孤岛运行,是组织新能源发电系统的重要方式。本文以微电网逆变器为研究对象,以阻抗无源稳定判断为理论工具,研究微电网逆变器在不同工作模式,即构网型(GFM)孤岛运行模式、跟网型(GFL)并网运行模式下的稳定性问题和优化控制方法。首先,论文从微网逆变器系统的拓扑结构出发,分别在adc、αβ、dq坐标系对LCL型三相逆变器主电路进行建模,给出三种坐标系下的主电路结构框图。对其进行分析后,选择在dq坐标系下进行全文的研究工作。给出在dq坐标系下的耦合电量,为后文在dq坐标系下的控制、建模工作奠定基础。也为后文分别在并网和离网状态下分析端口阻抗特性及系统稳定性奠定基础。对微网逆变器的并网运行状态,首先在主电路模型的基础上加入电流控制环,建立逆变器端口阻抗模型。通过宏观分析,选择重复控制和PI控制并联作为电流环的控制策略,并对其进行参数设计,保证并网逆变器内部稳定。在此基础上,利用频域无源性分析方法,对逆变器侧端口阻抗进行频域无源分析,找到端口阻抗在全频段的的非无源区;对不同类型的电网阻抗进行阻抗建模工作,分析并网逆变器并入不同类型电网阻抗下系统的稳定性。在此基础上,考虑锁相环动态影响环节,更新阻抗模型,分析其对逆变器阻抗模型和并网系统稳定性的影响。通过仿真实验验证上述理论分析正确性。对微网逆变器的孤岛运行状态,首先基于GFM控制结构,采用功率同步控制(PSC)添加了交流电压环和频率同步环的逆变器端口阻抗模型。在设计控制器参数保证内部稳定的前提下,利用频域无源性分析方法分析孤岛逆变器的非无源区间并接入特定纯感性负载,分析孤岛逆变器的稳定性问题。再将孤岛微网GFM逆变器看作模拟电网,将前文分析研究的并网逆变器作为负载逆变器接入到模拟电网中,分析整个系统的稳定性。考虑到微电网系统中经常存在多逆变器并联的情况,本章也将分析并网逆变器并联接入到模拟电网后的系统稳定性情况。通过仿真验证理论分析的正确性。
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