多逆变器多节点并网系统谐波稳定性分析及失稳定责研究

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新能源并网技术和分布式发电技术是解决能源危机和环境问题的重要手段。作为发电单元和电网之间的接口,并网逆变器的重要性不言而喻。然而,大量并网逆变器的接入可能会引起系统稳定性问题,尤其在弱电网环境下,可能导致系统发生谐振,危害系统的安全稳定运行。阻抗分析法是一种简单、有效的方法,广泛应用于电力电子化电力系统的稳定性分析当中。本文基于阻抗分析法,研究并网逆变器内电流环与电网阻抗耦合所引起的谐波稳定性问题及谐振抑制策略,主要研究内容如下:
  1. 在多逆变器并网系统的稳定性分析方面,首先建立并网逆变器的诺顿等效电路模型,然后以基于全局导纳的稳定性判据为基础,将全局导纳分解为实部和虚部两部分,提出了一种基于全局导纳两维度特性的稳定性分析方法,建立了经典控制理论的稳定性分析方法与电路角度的谐振分析之间的联系。该方法表明,并网逆变器系统的谐波稳定性问题可以等效为 RLC 串并联电路的谐振问题,系统谐振点位于负阻尼频段内是系统失稳的充要条件。仿真和实验结果与理论分析相一致,表明了所提方法的有效性。
  2. 在多逆变器并网系统及多节点系统的定责研究方面,同时考虑系统谐振点和系统阻尼的影响,提出了两种方法定量地分析了系统中不同逆变器对系统失稳的责任。方法一以结果为导向,计算假设切除逆变器后的系统特性,能够准确地反映各台逆变器的影响。方法二以初始的系统状态和逆变器状态为对象,采用逆变器输出导纳四个方面的特性为评价标准,采用组合赋权法确定各元素的系数,能够快速地反映各逆变器对系统稳定性的影响。在多节点系统中,采用了逐级确定子系统对整个系统稳定性影响的策略,有效降低了计算量。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。
  3. 在并网逆变器系统的谐波谐振抑制策略方面,基于电网电压前馈策略,将附加阻尼回路应用于各逆变器控制回路中,提出了一种基于分布式有源阻尼的谐振抑制策略。此外,采用二阶滞后校正器减小忽略预测环节带来的影响,并以逆变器输出电流作为参考量提出了一种改进的自适应有源阻尼策略。仿真结果表明,在不同电网状态和部分回路失效的情况下仍然能够保证系统的稳定性,具有较高的可靠性。
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