多逆变器并联环流产生机理及抑制策略研究

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光伏发电现已成为分布式发电中一种最常见和重要的形式,成为国内外专家研究的热点。由于对于逆变器的要求越来越高,单台单组逆变器已无法满足人们对于电网的需求,逆变器并联运行是解决大规模光伏等可再生能源发电扩容的重要手段之一。而由此引发的逆变器之间环流增大问题日益突显,甚至导致逆变器损坏以及大电网的崩溃。解决多逆变器并联运行所产生的环流问题是保证微电网高效稳定运行的核心所在。本文以2台逆变器作为研究对象,对孤网并联逆变器的环流问题进行了研究。首先,本文根据单台三相逆变器的主电路拓扑结构进行数学建模,并针对此数学模型建立了单台逆变器双闭环控制等效模型。详细分析了模型的全过程,推导出输出电压复频域方程以及内、外环控制方程。根据逆变器常用的下垂控制方法,分别建立了采用传统下垂控制方法和基于虚拟阻抗下垂控制方法的等效模型,分析了下垂控制的原理以及功率特性,得到有功和无功与电压和频率的关系,推导出满足并联系统有功和无功的条件,即相应的阻抗和功率关系。通过仿真对双闭环控制模型进行了验证。其次,对多逆变器并联系统展开研究与分析,分析了逆变器环流产生的方式和不同的环流定义,并据此分析研究了相同容量下不同环流包括功率环流以及零序环流的产生机理及其特性,并对不同情况下的环流进行了矢量分析。根据两并联逆变器等效模型,得到了环流的定义以及环流方程,并对逆变器功率特性进行分析,推导出输出功率方程,得到了功率环流是由逆变器输出电压不同和等效阻抗的差异所造成的。对于共直流母线的并联逆变器,根据其产生的零序电压,定义了零序环流公式,并对零序环流的产生进行了分析。根据传统下垂控制方法和基于虚拟阻抗的下垂控制,通过仿真验证了这两种方法的局限性以及缺陷,同时可以看到两者都有较大的环流产生。最后,通过分析传统鲁棒下垂控制器抑制环流的方法,研究其原理,针对其与传统下垂控制的不同,建立等效模型,推导出相应的输出无功功率方程,发现其不足,进而在阻性微电网的前提下,提出了一种增强型鲁棒电压下垂控制策略,重点将比例积分(PI)环节加入到有功功率和无功功率控制中,并设计虚拟复阻抗使线路呈现阻性,两者相结合,对线路功耗进行优化,提高系统的鲁棒性并减小母线电压损失,最终目的是消除功率环流。最后利用Matlab/Simulink仿真结果表明:所提控制策略合理、有效,对工程实践具有理论指导意义。
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