多逆变器并网系统谐振机理分析与抑制方法研究

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随着社会的发展和科技的进步,太阳能光伏发电产业不断扩大发展规模,造成逆变器的数量急剧增加,使得逆变器之间产生的谐振也愈加复杂,对国家电网的电能质量造成极大地影响,因此,谐振是大规模推广光伏并网技术中的一个亟需解决的问题。本文首先构建了 L型、LC型、LCL型等三种典型滤波器的数学模型,分别将它们在dq旋转坐标系下和aβ静止坐标系表示出来,便于在Simulink中构建仿真模型。然后,分别将L型、LC型与LCL型滤波器作比较,分析它们滤波的性能,应用Matlab仿真软件获得它们各自的Bode图,通过对图形的对比分析发现,LCL型滤波器在高频段对谐波的衰减效果最好。然后,提出了无源性的分析方法,指出阻抗模型中的等效导纳的负实部是引发谐振的原因。针对单逆变器系统,采用网侧电流反馈的方式,构建LCL型单逆变器输出阻抗模型,用无源性的分析方法对单逆变器并网系统的谐振特性进行分析。本文分别对等效导纳与电网阻抗的三种位置关系进行了仔细的研究对比,并用Nyquist图验证了所得的正确性。多逆变器系统是在单逆变器系统的基础上,推导出了两种含多LCL型逆变器并网系统输出阻抗模型。整个系统是线性系统,可运用叠加定理,等效为一个总电流源与总导纳的并联,用无源性的分析方法对多逆变台数与电网阻抗之间的关系进行研究。而在等效为单台逆变器的n台逆变器系统构建的阻抗模型中,分析多逆变器并网间的交互影响,用电网阻抗、对逆变器并网台数系统谐振峰的影响分析多逆变器系统的频率特性。其次,针对单逆变器谐振问题,本文用了无源阻尼法和基于电容电流负反馈的有源阻尼法。写出六种网侧电流到逆变器输出侧电压的传递函数,并用Bode图表示在三种电阻值下的LCL滤波器的滤波性能变化。基于此,本文最后构建了电阻R与电感L1的串联、电阻R与电感L2的串联和电阻R与电感C的串联等三种无源阻尼的仿真模型。构建了基于电容电流负反馈的单LCL逆变器输出阻抗模型,用无源性分析方法分析了有源阻尼抑制谐振的效果。该方法是通过电流反馈改变等效导纳,去除/缩减非无源性区域,从而达到抑制谐振的目的。仿真模型中,电网阻抗取3种值时,观测PCC处和逆变器网侧电流变化,验证无源性的分析方法的正确性。针对电网阻抗引发的谐振,用基于电容电流负反馈的抑制方法去除谐振。最后,针对多LCL逆变器并联系统的谐振问题,本文在基于电容电流负反馈的单LCL逆变器输出阻抗模型的基础上,构建了含有源阻尼的逆变器系统的输出阻抗模型。无源性分析含有源阻尼的等效导纳与电网阻抗之间的位置关系,判断系统的稳定性,用Nyquist图进行佐证。在Matlab仿真模型中,先用两个完全相同的逆变器并联,观测PCC处和逆变器网侧电流变化,再加入一台逆变器,可验证无源性的分析方法的正确性。最后,用基于电容电流负反馈的抑制方法去除谐振。
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