基于阻抗辨识的并网逆变器动态短路比估计技术研究

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新能源发电与传统火力发电对电网的影响不同,新能源高渗透率并网使传统电网呈现出弱电网特性;同时线路中存在串补电容设备,其使电网阻抗在部分频段为容性,电网复杂的阻抗特性给新能源并网系统的稳定运行带来不利影响,并网逆变器在线估计电网阻抗特性并用于逆变器自适应控制是一种行之有效的方法。目前大多基于电阻串联电感的电网阻抗模型开展并网逆变器辨识电网阻抗的研究,不适用于描述串补电网以及多逆变器并网系统的电网阻抗特性。在主动方法辨识阻抗的研究中多采用在逆变器功率控制回路中加入扰动幅值信号的注入方法,导致扰动信号的相位不可控且扰动信号注入与功率控制耦合。针对上述问题,本文对扰动注入方法和扰动信号提取方法做改进,并将其应用于串补电网与多逆变器系统电网阻抗辨识的研究,进而估计动态短路比。首先,介绍新能源发电系统动态短路比估计研究的背景和意义,调研总结了阻抗辨识的方法及优缺点和并网系统短路比定义,并分析了现有阻抗辨识方法及扰动注入方法的局限性,提出基于阻抗辨识的新能源并网系统动态短路比估计研究。其次,阐述本文考虑的新能源高渗透率并网系统工况,据此提出改进的扰动信号提取方法并和已有方法对比。针对已有功率环中叠加扰动注入方法的缺点,提出基于幅值闭环控制的扰动注入方法,并对比两种扰动注入方法的优缺点。再次,针对串补电网和多逆变器系统两种工况,分别提出相应的动态短路比估计方法。弱电网与串补电网估计中,根据并网逆变器系统是否出现谐波谐振现象,分别提出扰动信号注入方法和无扰动信号注入方法,在估计串补电容值时提出迭代求解的方法,并证明了该方法的收敛性,实现弱电网与串补电网动态短路比的估计。多逆变器系统动态短路比估计中,分别从系统和系统中某台逆变器角度出发,提出双扰动注入法和单扰动全注入法,推导了双扰动注入法的理论偏差和单扰动全注入法的基波阻抗理论表达式,并分析了各因素对单扰动全注入法估计结果的影响程度,实现对多逆变器系统动态短路比的估计。最后,搭建半实物仿真平台和实验平台,详细介绍了平台组成、逆变器控制转接板硬件部分和控制程序结构,对所提扰动信号注入、扰动信号提取和动态短路比估计方法进行实验验证,所得结果验证了所提方法的有效性。
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