基于阻抗模型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:kxl_cqmu
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全球化石能源的枯竭加快了可再生能源发电的进程。分布式发电作为利用可再生能源的主要形式,在大电网中所占的份额越来越多。并网逆变器是分布式发电的重要电能变换器件,在电网中的参与度也越来越高。并网逆变器不同于传统阻感元件,且高度的非线性导致运行中产生一系列谐波,影响系统的安全稳定运行。另外,在远距离输电中,电网阻抗等外部因素也会影响逆变器的并网运行。本文以三相电压型逆变器为研究对象。考虑到逆变器的并网接口滤波器具有高阶谐振峰,对系统稳定性有很大影响,因此首先对三种典型滤波器进行分析。通过频率特性分析,得到滤波器的频率传输特性和适用范围。对于高阶滤波器的固有谐振峰,本文考虑四种阻尼方案,包括典型的无源阻尼方案和有源阻尼方案。从谐振峰阻尼效果和阻尼的功率损耗两方面,对阻尼方案的性能进行评估,为合理的选择阻尼方案提供依据。在确定合适的滤波器结构的基础上,本文建立了逆变器的阻抗模型。对比了不同坐标系下的控制方案,确定在αβ坐标系下进行并网控制,以简化建立逆变器阻抗模型的过程。通过选择合理的控制策略,实现了电流并网和有源阻尼控制。结合逆变器的控制算法和电路结构,建立了三相并网逆变器的输出阻抗模型。此外,本文将逆变器的部分非线性因素考虑到阻抗模型中,建立更精确的阻抗模型。对于单台逆变器稳定性问题,本文首先基于经典控制理论,对有源阻尼参数和数字控制延时进行了分析,得到了两个因素对稳定性裕度的影响。并对有源阻尼参数的最佳取值范围进行了研究。在单台逆变器稳定的基础上,基于阻抗稳定性分析理论,研究了电网等效阻抗与并网系统稳定性的关系,得到稳定的电网阻抗取值范围。并在仿真软件中搭建了三相逆变器并网模型,对理论分析结果进行了仿真验证。针对分布式发电中多台逆变器并网的稳定性问题,本文将连接在同一并网公共点的逆变器建模为一个等效阻抗。利用阻抗稳定性理论,研究了系统中逆变器数量对并网系统稳定性的影响。并通过多逆变器仿真模型对分析结果进行了验证。最后,基于实验室搭建的三台逆变器并联实验平台,编写控制算法,对相关理论分析结果进行了实验验证。
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