考虑弱电网条件的LCL型并网变流器控制策略研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yecaifa
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近年来随着工业技术的进步,国家大规模发展可再生能源,同时电力电子技术得到迅速发展,分布式发电系统得到大量采用,由于其接入的配电网多为中低压等级,并且通常位于电网末端,距离负荷中心较远,电网呈现弱电网特性,其表现为电网阻抗值较大、系统短路容量较低以及出现大量的背景谐波。并网变流器作为基于可再生能源分布式发电系统的关键组成部分,其安全稳定工作至关重要,而考虑弱电网条件时,并网变流器系统容易产生谐振,严重影响并网电流的波形质量。本文以LCL型三电平并网变流器为研究对象,在完成接口滤波器选择、建立主电路数学模型、谐振抑制、锁相环对电流控制系统影响的基础上,对考虑弱电网条件的并网变流器稳定性进行了深入研究,提出了改进的电流控制策略。本文首先对比了常用的L型滤波器和LCL型滤波器应用于并网变流器的优缺点,针对LCL型并网变流器的工作原理进行了分析,建立了LCL型并网变流器在静止abc坐标系以及旋转dq坐标系下的主电路数学模型;针对并网变流器LCL型接口滤波器存在的谐振尖峰问题,对比分析了传统无源阻尼及有源阻尼谐振抑制策略,指出弱电网条件下传统阻尼策略的缺陷,针对传统比例积分、比例谐振、矢量谐振控制器(Vector Proportional Integral Controller,VPI)进行了理论和仿真分析,指出传统比例积分、比例谐振控制器在弱电网条件下应用于并网变流器的不足。在此基础上,提出一种结合传统有源阻尼策略和VPI控制改进的有源阻尼谐振抑制策略,弱化了电网阻抗对有源阻尼抑制谐振尖峰的影响。最后,搭建了LCL型并网变流器系统仿真模型,通过仿真验证了改进的谐振抑制策略的准确性。然后,针对并网变流器电流控制系统会与锁相环的耦合问题,建立了考虑弱电网条件的并网变流器电流控制系统模型,在此基础上建立了并网变流器小信号模型,指出锁相环通过调制电压Um和电网电流反馈I2在电流控制系统中引入了扰动信号,使原有电流控制系统的控制性能无法达到理想状态,导致系统稳定性下降。对比了目前常用系统稳定性分析方法的优缺点,结合传统传递函数法和奈奎斯特判定稳定性判据两种系统稳定性分析方法,对考虑弱电网条件的并网变流器系统进行稳定性分析,并详细分析了不同性质电网阻抗对变流器系统的影响。根据考虑锁相环扰动的变流器小信号模型,给出了考虑弱电网条件的并网变流器系统阻抗型等效电路,依据奈奎斯特稳定性判据,提出一种基于等效阻抗的变流器稳定性判据。最后,由于锁相环扰动是影响弱电网条件下LCL型并网变流器电流控制精度的重要原因之一,本文分析了考虑锁相环扰动补偿的传统电流控制策略并指出其不足,在此基础上提出了一种考虑锁相环小信号扰动补偿的改进电流控制策略,针对不同电感值的电网阻抗进行了仿真,验证了所提的LCL型并网变流器电流控制策略的准确性。
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