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并网逆变器高性能并联运行对提高分布式发电系统的容量具有重要意义。并联系统中各逆变器输出电压中的载波边带谐波相位会受到各逆变器控制载波相位的影响,在闭环控制的作用下,并联系统内部易于激起循环流通的高频谐振环流,不利于并联系统的稳定运行。针对并联逆变器间谐振环流受控制载波相位异步影响的问题,本文研究基于虚拟振荡器的无互联线载波同步控制策略,以提高并联系统的冗余性与灵活性。
首先,针对基于有源阻尼控制的LCL滤波并网逆变器并联系统建立了诺顿等效电路模型及其简化模型,推导了各逆变器控制载波同步与异步下的进网电流数学表达式。对于采用不同LCL滤波器参数的逆变器并联系统,研究了载波相位差异对并联系统高频谐振电流特性的影响,指出载波相位同步及谐振频率附近输出阻抗模值的提升有助于并联系统中谐振环流的抑制,基于Matlab/Simulink的仿真验证了理论分析的正确性。
然后,提出基于虚拟振荡器的载波相位控制策略以同步并联系统中各逆变器控制载波。研究内容具体包括:分析了虚拟振荡器通过内部非线性控制单元实现虚拟振荡器输出电压稳定的工作原理,并利用李雅普诺夫稳定性判定推导出虚拟振荡器稳定时,虚拟振荡器自身参数所需满足的数量关系;明晰了两台虚拟振荡器通过阻抗网络并联时输出电压自同步的机理,建立了复频域下多并网逆变器并联系统的开关频率次数学模型,在开关频率处配置具有零相移功能的带通滤波器实现了数学模型的简化;基于所建立的数学模型,实现了虚拟振荡器控制单元的线性化处理,得到了虚拟振荡器输入输出的线性关系,进一步地,根据多输入多输出线性系统?2稳定性定义,明晰了虚拟振荡器输出电压同步的充分条件,为并联系统的虚拟振荡器参数设计提供了理论依据;基于所推导的输出电压同步充分条件,提出了一种虚拟振荡器参数的设计方法;基于Matlab/Simulink的仿真模型验证了虚拟振荡器参数设计的正确性及其实现并联系统载波同步的可行性。
最后,研制了两台基于DSP+FPGA控制的并网逆变器并联系统,在控制载波相位同步与异步的实验条件下,验证了载波相位同步有助于并联系统中谐振环流的抑制,并基于FPGA的数字控制验证虚拟振荡器的基本工作原理。
首先,针对基于有源阻尼控制的LCL滤波并网逆变器并联系统建立了诺顿等效电路模型及其简化模型,推导了各逆变器控制载波同步与异步下的进网电流数学表达式。对于采用不同LCL滤波器参数的逆变器并联系统,研究了载波相位差异对并联系统高频谐振电流特性的影响,指出载波相位同步及谐振频率附近输出阻抗模值的提升有助于并联系统中谐振环流的抑制,基于Matlab/Simulink的仿真验证了理论分析的正确性。
然后,提出基于虚拟振荡器的载波相位控制策略以同步并联系统中各逆变器控制载波。研究内容具体包括:分析了虚拟振荡器通过内部非线性控制单元实现虚拟振荡器输出电压稳定的工作原理,并利用李雅普诺夫稳定性判定推导出虚拟振荡器稳定时,虚拟振荡器自身参数所需满足的数量关系;明晰了两台虚拟振荡器通过阻抗网络并联时输出电压自同步的机理,建立了复频域下多并网逆变器并联系统的开关频率次数学模型,在开关频率处配置具有零相移功能的带通滤波器实现了数学模型的简化;基于所建立的数学模型,实现了虚拟振荡器控制单元的线性化处理,得到了虚拟振荡器输入输出的线性关系,进一步地,根据多输入多输出线性系统?2稳定性定义,明晰了虚拟振荡器输出电压同步的充分条件,为并联系统的虚拟振荡器参数设计提供了理论依据;基于所推导的输出电压同步充分条件,提出了一种虚拟振荡器参数的设计方法;基于Matlab/Simulink的仿真模型验证了虚拟振荡器参数设计的正确性及其实现并联系统载波同步的可行性。
最后,研制了两台基于DSP+FPGA控制的并网逆变器并联系统,在控制载波相位同步与异步的实验条件下,验证了载波相位同步有助于并联系统中谐振环流的抑制,并基于FPGA的数字控制验证虚拟振荡器的基本工作原理。