弱电网并网逆变器控制的优化

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随着社会的发展,受能源短缺与环境污染的限制,基于可再生能源的分布式发电逐渐普及。同时也带来了分布式能源并网的新问题:远距离能源输送导致电网阻抗增大,与主电网连接强度弱;弱电网并网产生多种谐波干扰,频率偏差、电压闪变等问题,导致谐波失真,并网电能质量无法保障。为了使并网逆变器系统更适用于弱电网环境,需要对逆变器进行针对性的改进。首先,介绍新能源分布式发电的背景以及并网逆变器的结构和研究现状;对弱电网特性以及对并网逆变器系统的影响进行阐述;对并网电压源型逆变器(voltage source converter,VSC)的关键技术与热点问题进行阐述;建立并网VSC系统的阻抗模型,分别对并网VSC各个环节进行建模分析,介绍了阻抗判据的原理,并推导出并网VSC系统稳定性判据;分别就弱电网下电网阻抗、锁相环带宽、阻尼系数以及LCL滤波器参数对逆变器稳定性的影响进行分析。其次,针对弱电网并网条件下,谐波干扰增多,电压频率波动导致锁相环(phase locked loop,PLL)输出失真的问题,提出了一种基于超前补偿器与频率估计的PLL:在保持MAF-PLL的良好滤波性能的前提下,加入相位超前补偿器同时引入频率估计环,使改进后的PLL在弱电网下频率波动时仍具有良好的锁相精度;针对弱电网下电网阻抗大的特点,提出了在严重的电网电感变化下具有显著滤波效果的设计程序:该程序分别就使用超前滞后网络和电容器电流反馈的有源阻尼时的LCL滤波器性能进行讨论,同时分析了无源阻尼的情况。该方法使LCL滤波器能够通过选择开关和谐振频率,电网和逆变器电感以及滤波器电容和总电感之间的比率来增强并网系统的稳定性和鲁棒性。并提出了一种电网电流总谐波失真(total harmonic distortion,THD)的估计方法。仿真和实验验证了该方法的有效性。最后,为了验证经过优化改进后的并网VSC系统在弱电网下的适用性,根据奈奎斯特稳定性判据对改进后的VSC系统进行稳定性分析,并根据前文所提出的优化方案,选择合适的LCL滤波器参数,并在并网系统中加入改进后的PLL。搭建实验平台,通过对比实验,证明所提出的方案在弱电网条件下的有效性。
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