多并网逆变器的交互影响分析与控制

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随着经济社会的不断发展,传统的化石能源因其高污染、不可再生不能满足人们对能源消费的需求。与此同时,太阳能、风能等可再生能源因其清洁且可循环利用正受到世界各国的重视。其中,并网逆变器作为新能源发电与电网连接的关键接口,如何保证并网逆变器系统在较为复杂的电网环境下安全可靠的稳定性运行,成为目前国内外研究的热点。而随着新能源发电的大规模开发与应用,新能源发电越来越呈现大规模集中式并网趋势。传统的单一逆变器并网的方式不能满足并网功率等级的要求,多机并联并网成为常态。对于多逆变器并联并网时,系统将会出现一系列问题,其安全可靠稳定运行也面临着新的挑战。为此,本文将对多机并联系统中出现的稳定性和谐振环流等问题展开研究。首先,建立并网逆变器输出阻抗模型。在αβ坐标系下,分别建立了单相并网逆变器和三相并网逆变器的输出阻抗模型,并把二者进行了统一。然后将该模型推广到多并网逆变器当中,得到多并网逆变器的输出阻抗模型。根据所得到的阻抗模型推得各台逆变器的输出电流表达式,指出对于N台相同逆变器并联并网时可等效为单台逆变器并网,此时电网阻抗变为原来的N倍,从而简化了分析。通过在MATLAB/Simulink搭建仿真模型,通过对输出阻抗理论值和仿真测量值对比,验证了所建模型的正确性,为后续的研究奠定基础。其次,分析并网逆变器系统稳定性。现有文献指出逆变器的负阻尼特性会导致多机并联系统出现不稳定现象。针对此,本文基于无源性概念,对逆变器输出阻抗进行频域分析,指出数字控制延时的存在和系统参数不匹配将导致逆变器输出阻抗出现负阻尼特性,即呈现有源性。根据推导给出了最佳有源阻尼反馈系数,来最大程度上保证逆变器输出阻抗的无源性,以此使得并网逆变器稳定运行。提出通过在电容电流反馈通道增加超前补偿环节,来提高系统的稳定裕度,增加系统的鲁棒性。并把系统变换到离散z域中进行了分析。把以上结果推广到多并网逆变器系统当中,研究了逆变器并联台数的变化对稳定性所带来的影响,从而验证了以上分析的正确性。最后,针对多并网逆变器内部谐振环流的问题,研究逆变器之间的阻抗交互作用对谐振环流产生的影响。为了简化多并网逆变器的分析过程,需要对逆变器输出电流进行分离,一部分流入电网,一部分流入到其它逆变器当中。对这两部分电流进行对比分析,指出正是由于逆变器输出阻抗之间发生准谐振,才导致逆变器之间产生谐振环流,产生的谐振环流在流入电网时相互抵消对总并网电流没有影响,通过提高逆变器自身输出阻抗的相位可以抑制谐振环流的产生。
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