LCL型并网逆变器系统宽频谐振抑制策略研究

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在“双碳”目标的驱动下,以光伏和风力发电为代表的新能源发电系统由于其绿色环保的特点,将会得到持续大力的发展。并网逆变器作为其直流侧和交流侧之间的桥梁,保证其可靠运行至关重要。其中,LCL型并网逆变器因其出色的开关谐波抑制能力而得到了广泛的应用,本文对其在非理想电网条件以及多机并联运行工况下的谐振问题进行了相关研究,并且在不增加额外硬件的前提条件下,通过对数字控制算法的改进,提出了相应的宽频谐振抑制策略。对数字控制下的并网电流反馈有源阻尼策略进行了分析和参数设计。首先对采用该策略的系统进行了建模和等效虚拟阻抗分析,并指出在数字控制下,由于控制延时的影响,其等效虚拟阻抗不再像模拟控制那样始终呈现正阻特性,而是存在一段负阻频率区间,传统模拟控制下的有源阻尼反馈函数的参数设计方法不再适用。因此,本文对数字控制下的并网电流反馈有源阻尼反馈函数重新进行了参数设计,保证了虚拟阻抗在谐振频率处呈现正阻特性,进而提高了系统在弱电网下的鲁棒性,有效避免了系统中潜在的高频谐振风险。提出了一种高鲁棒性并网电流反馈有源阻尼策略。针对电网电压畸变的工况,分析了弱电网下附加PCC电压前馈策略对系统的影响,指出PCC电压前馈策略一方面会提高系统输出阻抗的幅值,从而削弱了PCC电压畸变对并网电流波形质量的影响;另一方面该策略会降低系统输出阻抗在中低频段的相位,进而降低了其在弱电网下的鲁棒性。因此,提出了一种高鲁棒性并网电流反馈有源阻尼策略,其基本思想为通过分析虚拟阻抗对系统输出阻抗的影响,得出可能提高系统鲁棒性的目标虚拟阻抗形式,进而得出改进的有源阻尼反馈函数。所提策略可以使虚拟阻抗在可能的谐振频率范围呈现正阻特性,对谐振尖峰进行阻尼,而在中低频呈现负阻特性,相比于传统策略,提高了系统在中频段的输出阻抗相位,进而增强了电网电压畸变工况下系统在附加PCC电压前馈策略时的鲁棒性,抑制了系统中可能发生的中频谐振现象。提出了一种基于电流给定值修正的多机并网谐振抑制策略。针对逆变器多机并联并网的工况,介绍了多机并联系统的建模和稳定性分析方法,并指出在弱电网下,尽管多机并联系统中的每台并网逆变器都可以独立稳定运行,但是并联之后也可能会因为电网阻抗的耦合作用而导致系统失稳,各台并网逆变器输出的并网电流可能发生低频谐振现象(相对于本文中的高、中频谐振频率范围而言,有别于电力系统中所定义的“低频振荡”频率范围)。为了解决这一问题,提出了一种基于电流给定值修正的阻抗重塑策略,可以使重塑后的并网逆变器输出阻抗相位始终大于-90°,从而提高了弱电网下多机并联系统的稳定性,对低频谐振现象起到了抑制作用。设计并搭建了并网逆变器实验平台,对所提宽频谐振抑制策略分别进行了实验验证,进而验证了所提策略的有效性。
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