输入电压时变的多并网逆变器稳定性研究

作     者：孙昌茂 

作者单位：广西大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谢玲玲

授予年度：2020年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：并网逆变器 输入电压 稳定性 电能质量 

摘      要：可再生能源发出的电能大多为直流电能,可再生能源发电通过并网逆变器将直流电转换为与电网同频率、同相位的正弦波交流电,然后把电能并入电网中,实现并网发电功能。当光照强度或者外界温度变化幅度很大时,光伏太阳能电池阵列输出的电能也是不断变化的。此时并网逆变器的直流输入电压是波动的并且含有大量的谐波,引起逆变器的输出电能质量和系统的稳定性严重下降。因此,深入研究考虑直流输入电压时变情况下的多并网逆变器的稳定性,对提高并网电能质量具有重要的理论和实际意义。本文首先建立了单台三相LCL并网逆变器的数学模型,推导了直流输入电压和并网电压、电流的表达式,分析直流输入电压突变时对并网电压、并网电流和并网电能质量的影响。然后,建立了三台并网逆变器数学模型,研究了直流输入电压的突变对多并网逆变器稳定性的影响。研究结果表明,在直流输入电压发生突变时,并网电流的波形畸变严重,谐波含量大幅增加,并网系统的稳定性降低甚至不能继续保持稳定运行。多台并网逆变器并联入网时,并网电流的波形畸变更严重,并网电流的谐波含量更高,并网系统稳定性更低。接着,提出了一种提高并网逆变器稳定性和电能质量的方法,通过调节LCL滤波器中滤波电容C的参数值,可以减少并网电流的谐波含量,改善并网系统的电能质量,提高并网系统的稳定性。最后,研究了分数阶PID控制器不同积分、微分阶次对系统动态及稳态性能的影响,设计了并网逆变器的分数阶PID控制器。研究结果表明,和整数阶PID控制器相比,采用分数阶PID控制器提高了系统的相位裕度,增大了在基频处的增益,系统的动态性能更佳,增强了在高频段对谐波的衰减能力,大大提升了系统的稳定性和动态性能。仿真结果验证了理论分析的正确性。