高比例电力电子并网接口的动态交互机理及抑制研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tianaiguo
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各种波动性的可再生能源大多经过电力电子并网接口向电网输送能量,随着新能源并网发电规模的不断扩大,电力电子并网接口系统日趋于高比例化。然而,高比例的系统呈现出较大的动态交互作用,既有设备内部控制/元件间的内交互,也有设备与电网间的外交互。同时,交互的外在特性常表现为振荡的动态过程,这深刻改变了电力系统的动态行为,并制约了可再生能源并网发电技术的发展。为此,本文针对高比例电力电子接口系统的振荡问题,分别从特征值分析和传递函数分析两个角度出发,研究了可能导致振荡的动态交互机理及其特性,并针对性的提出了相应的负阻尼和强迫振荡的抑制策略。首先,提出了一种无需在并网点引入虚拟电阻的状态空间模型。通过比较该模型与详细时域模型,验证了模型的精确性和适用性。此外,构建诺顿等效电路,得到了描述多个并网接口的归一化集中等效模型,将多个电力电子并网接口归一至单个状态空间模型中,简化了多机系统的建模。其次,基于集中等效模型,运用特征值分析法,确定了系统的主导振荡模式。发现系统的负阻尼振荡主要与电网阻抗、LCL电路、电流环以及锁相环的动态交互作用密切相关。锁相环引起的系统dq轴不对称控制对主导振荡模式阻尼的影响极大,且随着锁相环带宽的增大或接口数量的增加而逐渐加剧。进一步的,针对持续周期性小扰动的影响,结合主导振荡模式,分析了强迫振荡的产生机理及其一般性质,并指出即使阻尼为正,也有发生大幅谐振型强迫振荡的可能。分析表明,切除或避开扰动源可以消除或抑制强迫振荡。接着,针对负阻尼振荡,结合系统的传递函数,进一步分析了控制延时对系统高频谐振特性的影响,得出了桥臂侧和网侧电流反馈控制各自的LCL谐振频率稳定域。在稳定域内,无需增加外部阻尼,仅通过固有阻尼即可保证系统的正阻尼特性。基于稳定域的阻尼特性,考虑电网阻抗、控制延时和滤波电感变化等影响,利用加权几何平均法,提出了以LCL谐振频率设计为核心的鲁棒性负阻尼振荡抑制策略。针对强迫振荡,进一步分析了不对称dq控制型和多频调制型两类谐波交互现象对并网电流频谱的显著影响,并提出了抑制强迫振荡的子稳定域判据。在此基础上,以LCL和L1C两种谐振频率为基础,建立了LCL滤波器各元件的硬件参数设计流程。最后,搭建了基于RT-LAB的HIL半实物实验平台,利用该平台,分别对负阻尼和强迫振荡的机理、特性及相应的抑制策略进行了实验验证。
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