基于自治控制的多逆变器并联电力系统谐波抑制技术

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近年来,基于风力和太阳能等可再生能源的新能源发电技术得到了长足的发展,新能源所占能源结构的比重越来越大,为大规模建设分布式发电系统提供了条件。在多逆变器并联并网应用中,电力电子装置的接入给电网引入大量的电力谐波,并且各分布式发电系统的控制参数差异,线路阻抗差异,地理位置差异会对接入电网点电能质量产生较大影响,甚至导致系统失稳。针对单台分布式发电系统进行优化时,进一步的成本控制、提高效率与优化可靠性十分困难,而载波交错式多台逆变器并联控制相比于传统方法具有一定的优势,包括:低成本(消除纹波降低对无源滤波器的要求),高可靠性(滤波器中使用的大容量电容器被认为是可靠性瓶颈),和模块化(系统可以实现多个低功率模块协同工作)。其中多机并联的集总控制技术在实际应用中受环境和成本约束较大,并且过长的通讯线会降低系统运行可靠性,本文以并联逆变器系统为研究对象,基于载波移相控制技术,提出自治控制下的多逆变器并联谐波抑制方法。本文的研究内容及创新点概括如下:
  针对大功率逆变器开关频率较低,使用较小容量滤波器存在开关纹波含量高的问题,基于载波移相控制技术在治理逆变器高次谐波的优势,将载波移相技术应用在大功率逆变器多机并联的场景中,并且改进原有集总控制或高带宽通信控制策略,根据系统固有的同步特性设计全局载波同步信号。在离散控制下以相对较低的控制频率自适应调节逆变器间载波相位差,实现多逆变器载波交错控制。控制器实时监测逆变器载波相位,根据各逆变器的实际运行工况设定相关载波相位差值,实现逆变器开关次及以上纹波的高效抑制,减小滤波电容的容量。
  针对孤岛运行模式,多逆变器并联输出功率的精确共享问题,依托系统物理参数,在下垂控制功率共享的基础上,设定相匹配的基波频率虚拟阻抗以实现多逆变器间的精确功率共享。针对由非线性负载引起的低次谐波电压问题,提出一种利用谐波频率虚拟阻抗抑制系统低次谐波电压的控制方式。根据下垂控制系统固有同步特性,结合载波移相控制,设计孤岛系统离散控制下全局载波同步信号,实现多逆变器间载波相位全局同步控制,达到孤岛系统电力谐波抑制的目的。
  最后,搭建多逆变器并联实验平台,并通过实验验证了本文所提出的控制和调制策略的正确性和有效性。
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