LLCL型并网逆变器稳定性分析与阻抗重塑方法研究

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随着新能源发电单元的增多,脉宽调制技术的使用越来越广泛,但也因此给并网系统引入了大量的开关频率谐波,导致并网电能质量面临着严峻的挑战。当电网电压存在直流干扰时,传统SOGI-PLL锁相环的性能会严重降低。此外,我国很多新能源发电单元的位置一般较为偏远,较长的传输线路以及大量变压环节导致并网逆变器运行于弱电网状况。并网逆变器与弱电网产生阻抗交互现象,可能会使并网系统出现振荡问题,影响并网系统的安全运行。如何保证新能源发电单元在弱电网下的安全运行,对提高并网电流的电能质量具有十分重要的实际意义。本文根据阻抗分析法,对LLCL型逆变器并网系统的稳定性问题开展了研究工作,主要的工作内容如下:(1)分析了LLCL滤波器抑制开关频率处谐波的机理以及滤波参数对谐波抑制能力的影响;为保证并网逆变器在单位功率因数条件下并网运行,将并网电流作为被控对象进行负反馈控制,对LLCL型并网逆变器结构建立了数学模型;针对传统锁相环结构存在直流抑制能力差的问题,提出了一种能有效抑制直流干扰的改进锁相环结构;通过仿真验证了LLCL型并网逆变器对开关频率处谐波的较强抑制效果以及改进锁相环对直流干扰的较强抑制效果。(2)分析了LLCL型逆变器并网系统的阻抗稳定性判据,在LLCL型逆变器以及电网都能单独稳定运行的条件下,可以根据网侧等效阻抗与逆变器阻抗的比值判断系统的稳定性;推导了LLCL型逆变器的阻抗模型,从阻抗表达式可知,LLCL滤波器参数、电流控制器参数以及旁路电流反馈系数都将对逆变器阻抗模型产生影响;在此基础上,分析了逆变器自身稳定运行的控制参数范围;针对LLCL型并网逆变器阻抗与网侧等效阻抗交互作用引起的稳定性问题,分析了滤波参数、控制参数、网侧等效阻抗对并网系统稳定性的影响。通过仿真验证了旁路电容、谐振增益系数、网侧等效阻抗对并网系统稳定裕度的影响。(3)研究了网侧等效阻抗辨识方法,分析了辨识参数对并网电流质量和辨识精度的影响;分析了基于相位补偿的逆变器阻抗重塑方式,通过在电流控制器之后添加相位补偿环节,可以增强并网系统的稳定性;提出了一种包含网侧等效阻抗辨识和相位裕度补偿的自适应阻抗重塑方法,该方法保证了逆变器并网系统在网侧等效阻抗变化过程中仍然具有较高的稳定裕度,并且在考虑辨识误差的情况下,所提的自适应阻抗重塑方法依然能够保证并网系统具有良好的动态性能。(4)基于RT-LAB半实物硬件在环平台,搭建了LLCL型逆变器并网系统实验模型。实验验证了以下结论:1)本文所提的改进锁相环结构对直流干扰具有非常好的抑制效果;2)旁路电容、谐振增益系数、网侧等效阻抗的增大会降低并网系统的稳定裕度;3)本文所提的自适应阻抗重塑方法能保证LLCL型逆变器并网系统在网侧等效阻抗变化过程中仍然具有较高的稳定裕度。
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