三相LCL型并网变换器的系统稳定性判据及稳定性研究

作     者：何方正 

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：分布式电源系统 LCL型并网变换器 锁相环 弱电网 小信号阻抗模型 稳定性判据 

摘      要：近年来,随着新能源技术的日益成熟,分布式电源系统(Distributed Power System,DPS)在新能源发电领域得到了广泛的应用。DPS通常位于电网末端,电网常常表现为弱电网特性。并网变换器是DPS中的重要设备,电网中电力电子设备的不断增多,使得变换器并网点处系统等效容量相对变小,弱电网特性逐渐增强,较高的电网内阻抗与并网变换器之间的相互作用可能会使并网变换器的运行性能偏离设计值,甚至会危及电力系统运行安全。三相并网变换器系统为多输入-多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)系统,传统上常常应用广义Nyquist判据判定系统的稳定性,但这种方法具有计算量和复杂性较高的问题,需要进一步改进。因此,深入研究三相并网变换器的稳定性判据及稳定性分析对提高电能质量,保证电力系统的安全稳定运行具有十分重要的理论意义和实际工程价值。本文针对三相LCL型并网变换器系统,研究其稳定性判据及系统参数对稳定性的影响。首先对并网变换器的控制策略进行了研究,结合仿真实验,为并网变换器设计了包含有源阻尼与并网电压前馈策略的控制回路,解决了由LCL滤波器引起的高频谐振问题,提高了系统的抗干扰性。然后利用小信号线性化方法对并网变换器进行阻抗建模,建立了变换器在同步旋转dq坐标系下的小信号阻抗模型,该模型考虑了锁相环(Phase Locked Loop,PLL)的动态特性对小信号阻抗产生的影响。在此基础上,基于广义Nyquist判据,提出一种新的并网变换器系统稳定性判据,该判据通过盖尔圆定理估计系统回比矩阵特征值的轨迹,对广义Nyquist判据进行了简化,减小了计算量与复杂性,为并网变换器系统的稳定性分析提供了一种更为简单、准确的方法。最后,在MATLAB/Simulink中搭建三相LCL型并网变换器的仿真模型,通过本文提出的稳定性判据分析系统参数对稳定性的影响,并在仿真模型中进行验证,实验结果验证了本文提出的稳定性判据的有效性。