【摘 要】
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分布式发电系统作为开发和利用可再生清洁能源的重要途径,现如今已成为了推进能源结构绿色化、低碳化的重要驱动力。其中,并网逆变器作为分布式发电系统中的能量转换接口,其正常稳定的运行是提高系统供电可靠性的关键所在。尽管LCL型并网逆变器能在减轻滤波器体积的同时具备良好的输出性能,但其固有的谐振特性将给系统的稳定性带来新的挑战。因此,本文基于当前的研究现状,对LCL型并网逆变器的谐振抑制方法和并网电流控制
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分布式发电系统作为开发和利用可再生清洁能源的重要途径,现如今已成为了推进能源结构绿色化、低碳化的重要驱动力。其中,并网逆变器作为分布式发电系统中的能量转换接口,其正常稳定的运行是提高系统供电可靠性的关键所在。尽管LCL型并网逆变器能在减轻滤波器体积的同时具备良好的输出性能,但其固有的谐振特性将给系统的稳定性带来新的挑战。因此,本文基于当前的研究现状,对LCL型并网逆变器的谐振抑制方法和并网电流控制策略进行了细致的研究。本文首先针对电容电流比例反馈的有源阻尼方式,建立了数字控制下LCL型并网逆变器的数学模型。基于该模型,文章分析了电容电流比例反馈的阻尼机理,研究结果表明数字控制固有延迟将使得这一阻尼方式等效成电容两端并联可变阻抗的电路形式。其中,等效电阻的特性将影响系统的阻尼效果,而等效电抗的大小将使得LCL的谐振频率fr发生偏移。当实际的谐振频率高于1/6的采样频率fs时,等效电阻将呈现负阻性,与此同时系统的开环传递函数将含有一对位于右半平面的不稳定极点。因此,本文根据LCL谐振频率与采样频率之间的关系,分析了不同情况下系统稳定所需满足的约束条件。研究的结果表明采用电容电流比例反馈的LCL并网逆变器将存在fr=fs/6的不稳定条件,因此在选择系统滤波参数和采样频率时应避免这一情况的发生。电容电流比例反馈的有源阻尼虽然具有实现简单、阻尼效果好的优点,但对于并网电流闭环控制的系统而言,该种阻尼方式将要求逆变器额外设置一个电流传感器进而增加了设备的成本。针对这一问题,本文提出了一种新型的机侧电流控制策略,该种控制方式引入的相位补偿环节能够有效地弥补系统中的相位滞后。与传统的机侧电流反馈控制相比,相位补偿后的系统稳定区域将由原来的[0,0.167fs]增加至[0,0.22fs],因此这种控制方法能够显著地扩大系统的稳定区间。此外,本文还提出了基于系统稳定裕度的电流外环设计方法,该方法可为系统的设计提供一个可靠的参数选取范围。尽管采用相位补偿的机侧电流反馈能够实现良好的电流控制效果,但对于系统而言,该方法本质上是一种间接的并网电流控制,电网特性将对其控制效果产生显著的影响。因此为了实现低成本、强鲁棒性的并网电流控制,本文提出了一种基于并网电流延迟反馈的有源阻尼方法。通过分析连续域中的系统模型可知,这一阻尼方法本质上是在网侧电感两端并联上了可变的等效电阻和电抗。其中,在等效电阻呈现正阻性时,系统便可有效地抑制LCL的谐振作用。与前面两种阻尼方式相比,该种阻尼方法的参数选取具备较大的灵活性,对于不同的滤波参数,该方法可构造出对应的有效阻尼区间。此外,并网电流延迟反馈环节的引入将使得阻尼内环的频域特性具备大范围可选的稳定裕度,因此在面对电网阻抗的变化时,该方法将使得系统呈现出良好的鲁棒性。最后,本文根据并网系统在实际应用中的性能评价指标,对上述三种控制方法作出了详细的比较分析,对比结果指出了机侧电流相位补偿与并网电流延迟反馈两种控制方法所具备的优势。
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