考虑传输线路的LCL型并网逆变器谐振抑制策略研究

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在新能源并网系统中,逆变器往往需要经过传输线并网,此时电网会呈现弱电网特性,弱电网的特点是需要考虑电网阻抗以及电网侧背景谐波对系统的影响。本文针对两种情况进行分析,分别是逆变器经感性电网阻抗并网,以及经过RLC结构的传输线路并网。两种情况都会使逆变器输出电流中出现谐振问题,而电网侧的背景谐波也会作为激励源加剧谐波谐振现象,从而恶化并网电流,使系统电能质量下降。首先,本文对L型与LCL型两种逆变器的频率特性进行分析,说明LCL型并网逆变器的优势与不足。针对LCL滤波器的频率特性中存在谐振尖峰这一问题,详细分析几种抑制策略,通过仿真验证了有源阻尼策略抑制谐振尖峰的有效性。通过建立并网系统的诺顿等效模型分析逆变器与电网之间的阻抗交互情况,利用伯德图分析当电网阻抗为纯感性时,逆变器输出阻抗和电网阻抗交互产生的单谐振问题以及与RLC结构传输线阻抗交互产生的多谐振问题。最后,在通过仿真分析证明谐振现象存在的同时,也通过在电网侧加入背景谐波证明了谐振点附近的谐波源对并网电流中的谐波成分会产生激励作用,严重影响并网电流的质量。其次,本文针对所分析的两种谐振问题,分别从两种优化的角度设计了控制策略来进行抑制。针对逆变器输出阻抗与感性电网阻抗交互时的单谐振问题,设计在电流控制器后接入相位补偿环节来提升逆变器输出阻抗的相角裕度,以此来避免单个谐振点的出现。针对逆变器输出阻抗与RLC结构传输线阻抗交互时产生的多谐振问题,提出一种改进型的电网电压前馈控制策略,通过大幅度提升逆变器等效输出阻抗的幅值来避免其与传输线阻抗之间产生谐振交互点,抑制了多谐振现象的出现,并且可以对电网侧的背景谐波进行抑制,从源头上解决背景谐波对入网电流质量的影响。通过仿真分析验证了两种谐振抑制策略的有效性。最后,搭建τ形传输线模型与基于DSPTMS28335控制的逆变器平台,对两种谐振抑制策略的可行性进行了验证。
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