弱电网下数控并网逆变器稳定性研究与控制优化

作     者：王书光 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王晓寰

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：弱电网 并网逆变器控制 数字延时补偿 电网阻抗 锁相环 

摘      要：分布式发电单元一般较为偏远,较长的传输线路、变压器漏感以及大量非线性负载的接入导致并网逆变器运行于弱电网环境,为保证分布式发电单元的安全稳定运行,提升并网逆变器对弱电网的适应性成为了亟待解决的问题,本文分别从数字控制延时、电网阻抗波动和锁相环对弱电网下并网逆变器的影响入手并展开研究,提出了相应的改进控制方法。首先,研究发现三相LCL型并网逆变系统中固有的数字控制延时,使得电容电流反馈有源阻尼的有效范围减小、有源阻尼系数的选择范围受限以及开环截止频率处的相位降低,为减小数字延时的影响,对可用于延时补偿的一阶超前环节的性质做了详细的分析,指出其无穷大的增益会给逆变系统带来噪音污染的隐患,为此采用为一阶超前环节级联数字滤波器的方法对其无穷大增益进行抑制,从而构造出一种更适用于数控型逆变系统的改进型延时补偿环节;其次,研究得出随着电网阻抗的增大,滤波器谐振频率快速的接近甚至低于开环截止频率是造成逆变系统稳态裕量不足甚至不稳定的重要原因,采用一种可适应电网阻抗波动的控制参数设计方法,该参数设计方法对控制器参数以及有源阻尼系数的选择给出了明确的限定条件,保证了弱电网下逆变系统的稳定且始终具有较为充足的稳态裕量;然后,建立了同步参考坐标系锁相环的小信号模型,得出弱电网下其对谐波电压的全通性质是其容易给逆变系统带来不稳定影响的重要原因,为此,本文采用二阶广义积分器(Second Order Generalized Integrator,SOGI)级联正复系数滤波器的方法构建出一种新型滤波结构,指出了双二阶广义积分器锁相环(Dual Second Order Generalized Integrator-Phase Locked Loop,DSOGI-PLL)性能上的不足并与加入新型滤波结构的锁相环在输出精度和响应速度上进行了性能对比。最后,通过MATLAB/Simulink搭建的仿真平台和以及10kW三相LCL型并网逆变器实验平台,验证了理论分析的正确性以及所提方法的可行性和有效性。