基于LCL滤波器的并网逆变器稳定性分析

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:w_zhou
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三相并网逆变器作为重要的电力电子装置,广泛应用在新能源发电并网、能量存储、高压直流输电以及柔性交流输电系统中,形成逆变器-电网级联系统。而随着弱电网情况的出现、多并网逆变器接入引起电网环境的复杂化,并网逆变器系统的稳定性受到了极大的威胁,其中由于阻抗交互作用引起的谐振现象尤为关键,因此有必要从逆变器输出阻抗的角度出发,研究这种谐振问题的影响因素,探索稳定性提高的方法。对于LCL滤波型三相并网逆变器来说,其电流采样反馈方式主要有逆变器侧电流(Converter-side Current,CC)和网侧电流(Grid-side Current,GC)采样反馈两种,控制坐标系主要有dq坐标系下PI控制和??坐标系下PR控制两种。而受滤波器和控制环路影响的逆变器输出阻抗值是有限的,当系统控制方案不同时,逆变器输出阻抗也存在一定的差异。因此,本文通过建立逆变器的输出阻抗模型,在全频率范围内讨论逆变器并网系统的稳定性,并通过仿真和实验进行了验证。首先,针对LCL滤波器存在的高频谐振问题,采用电容电流反馈的有源阻尼方式进行抑制,在考虑数字控制延迟的情况下,兼顾阻尼效果和系统稳定性要求设计了反馈系数,保证电网阻抗大范围变化时不会引起三阶系统带来的谐振峰。其次,本文根据谐波线性化建模原理,推导了变换器在不同控制方案下的频域等效阻抗模型,包括正序阻抗和负序阻抗,并在Plecs中用频率扫描的方式进行了模型验证;然后对所建立的序阻抗模型不同频段的阻抗特性进行了分析,确定了阻抗在高、中、低频段的主要影响因素,为稳定性分析提供了重要参考。利用基于阻抗比的稳定性分析方法,分析逆变器输出阻抗和电网阻抗交互作用所引起的低频谐振现象,通过对比电网阻抗变化时不同并网电流控制方案下的系统稳定性,确定了最能适应电网阻抗变化的控制方法和提高系统稳定性的控制环路参数设计方法,并通过时域仿真验证了稳定性分析的结论,证明了阻抗建模的准确性和稳定性分析的有效性。最后,搭建了适用于本文稳定性分析的实验平台,并在实验平台上对不同控制方案下系统谐振现象进行了分析,验证了稳定性分析的理论结果。
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