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化石能源的使用引发的能源与环境问题日益加剧,促使基于可再生能源的分布式发电技术蓬勃发展。在分布式发电系统中,LCL型逆变器因其更高的功率密度和更好的并网电能质量得到了大规模应用。LCL滤波器在其谐振频率处存在谐振尖峰,会影响并网逆变器系统的稳定性。与此同时,在弱电网下,电网阻抗的宽范围变化使得LCL滤波器的实际谐振频率随之变化,使得稳定性问题更加棘手。因此,寻找合适的有源阻尼方式保证系统稳定,同时兼顾系统成本,具有十分重要的意义。
本文以基于逆变器侧电感电流反馈的LCL型并网逆变器为研究对象,首先建立了考虑1.5拍控制延时的逆变器数学模型,分析了控制延时对基于电容电流反馈有源阻尼的影响,根据Nyquist稳定性判据推导出了系统在电网阻抗宽范围变化时的稳定条件。其次通过将稳定条件分类,总结得到了三种条件稳定的工况,指出在相邻的工况一和工况二中系统稳定所需的幅值裕度要求会相反,由此得到最优的电容电流反馈系数。在此最优电容电流反馈系数下,系统在除LCL滤波器谐振频率等于六分之一采样频率点以外的其他位置保持稳定,在这一点系统临界稳定。最后通过在电流调节器后加入超前校正环节,使得系统在LCL滤波器谐振频率等于六分之一采样频率点处也是稳定的。
进一步研究了使用陷波器从逆变器侧电感电流中提取电容电流,以代替直接采样电容电流来实现有源阻尼的单采样闭环控制的可行性。发现了基于陷波器提取的电容电流作为阻尼项时会引入两个问题,一是开环右半平面极点会增加一个,二是低频增益会显著降低。提出了在电流调节器中加入积分环节解决上述两个问题的方法,同时验证了最优电容电流反馈系数和超前校正环节提升系统稳定性仍有效。
搭建了一台6kW的实验样机并进行了相关实验,实验结果验证了上述理论分析的正确性。
本文以基于逆变器侧电感电流反馈的LCL型并网逆变器为研究对象,首先建立了考虑1.5拍控制延时的逆变器数学模型,分析了控制延时对基于电容电流反馈有源阻尼的影响,根据Nyquist稳定性判据推导出了系统在电网阻抗宽范围变化时的稳定条件。其次通过将稳定条件分类,总结得到了三种条件稳定的工况,指出在相邻的工况一和工况二中系统稳定所需的幅值裕度要求会相反,由此得到最优的电容电流反馈系数。在此最优电容电流反馈系数下,系统在除LCL滤波器谐振频率等于六分之一采样频率点以外的其他位置保持稳定,在这一点系统临界稳定。最后通过在电流调节器后加入超前校正环节,使得系统在LCL滤波器谐振频率等于六分之一采样频率点处也是稳定的。
进一步研究了使用陷波器从逆变器侧电感电流中提取电容电流,以代替直接采样电容电流来实现有源阻尼的单采样闭环控制的可行性。发现了基于陷波器提取的电容电流作为阻尼项时会引入两个问题,一是开环右半平面极点会增加一个,二是低频增益会显著降低。提出了在电流调节器中加入积分环节解决上述两个问题的方法,同时验证了最优电容电流反馈系数和超前校正环节提升系统稳定性仍有效。
搭建了一台6kW的实验样机并进行了相关实验,实验结果验证了上述理论分析的正确性。