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多逆变器并网系统输出阻抗建模与谐波交互

电机与控制学报 2014年第2期18卷 1-7页

作者：许德志汪飞阮毅毛华龙张巍杨影上海大学机电工程与自动化学院上海200072

针对大量分布式并网逆变器接入到公共电网时逆变器侧与网侧之间的交互影响问题,从并网逆变器闭环系统外特性角度入手,提出在同步旋转坐标系下对LCL型三相并网逆变器入网电流和滤波电容电流双闭环系统进行输出阻抗建模。利用前馈解耦策略... 详细信息

针对大量分布式并网逆变器接入到公共电网时逆变器侧与网侧之间的交互影响问题,从并网逆变器闭环系统外特性角度入手,提出在同步旋转坐标系下对LCL型三相并网逆变器入网电流和滤波电容电流双闭环系统进行输出阻抗建模。利用前馈解耦策略,将dq轴控制环路之间的耦合阻抗消除。考虑到实际系统多采用数字系统,将数字控制延时引入到模型中以更加精确地反映实际并网逆变器的输出阻抗特性。基于无dq环路阻抗耦合和引入数字控制延时情况下的精确输出阻抗模型,对多逆变器并网系统进行阻抗网络建模、谐振机理剖析及谐波交互影响分析。理论分析结果表明,逆变器产生谐波成分与电网电压谐波成分会加剧多模块并网系统入网电流的谐波畸变。仿真结果验证了所建输出阻抗模型的正确性及其在逆变器—电网交互系统性能分析中的有效性。

关键词：三相并网逆变器输出阻抗模型非线性因素交互影响分析谐波谐振

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基于阻抗模型的并网逆变器稳定性分析

基于阻抗模型的并网逆变器稳定性分析

作者：张彩红哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

全球化石能源的枯竭加快了可再生能源发电的进程。分布式发电作为利用可再生能源的主要形式,在大电网中所占的份额越来越多。并网逆变器是分布式发电的重要电能变换器件,在电网中的参与度也越来越高。并网逆变器不同于传统阻感元件,且... 详细信息

全球化石能源的枯竭加快了可再生能源发电的进程。分布式发电作为利用可再生能源的主要形式,在大电网中所占的份额越来越多。并网逆变器是分布式发电的重要电能变换器件,在电网中的参与度也越来越高。并网逆变器不同于传统阻感元件,且高度的非线性导致运行中产生一系列谐波,影响系统的安全稳定运行。另外,在远距离输电中,电网阻抗等外部因素也会影响逆变器的并网运行。本文以三相电压型逆变器为研究对象。考虑到逆变器的并网接口滤波器具有高阶谐振峰,对系统稳定性有很大影响,因此首先对三种典型滤波器进行分析。通过频率特性分析,得到滤波器的频率传输特性和适用范围。对于高阶滤波器的固有谐振峰,本文考虑四种阻尼方案,包括典型的无源阻尼方案和有源阻尼方案。从谐振峰阻尼效果和阻尼的功率损耗两方面,对阻尼方案的性能进行评估,为合理的选择阻尼方案提供依据。在确定合适的滤波器结构的基础上,本文建立了逆变器的阻抗模型。对比了不同坐标系下的控制方案,确定在αβ坐标系下进行并网控制,以简化建立逆变器阻抗模型的过程。通过选择合理的控制策略,实现了电流并网和有源阻尼控制。结合逆变器的控制算法和电路结构,建立了三相并网逆变器的输出阻抗模型。此外,本文将逆变器的部分非线性因素考虑到阻抗模型中,建立更精确的阻抗模型。对于单台逆变器稳定性问题,本文首先基于经典控制理论,对有源阻尼参数和数字控制延时进行了分析,得到了两个因素对稳定性裕度的影响。并对有源阻尼参数的最佳取值范围进行了研究。在单台逆变器稳定的基础上,基于阻抗稳定性分析理论,研究了电网等效阻抗与并网系统稳定性的关系,得到稳定的电网阻抗取值范围。并在仿真软件中搭建了三相逆变器并网模型,对理论分析结果进行了仿真验证。针对分布式发电中多台逆变器并网的稳定性问题,本文将连接在同一并网公共点的逆变器建模为一个等效阻抗。利用阻抗稳定性理论,研究了系统中逆变器数量对并网系统稳定性的影响。并通过多逆变器仿真模型对分析结果进行了验证。最后,基于实验室搭建的三台逆变器并联实验平台,编写控制算法,对相关理论分析结果进行了实验验证。

关键词：分布式发电并网逆变器输出阻抗模型稳定性分析

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弱电网下并网逆变器控制策略及稳定性研究

弱电网下并网逆变器控制策略及稳定性研究

作者：陈婵浙江大学

学位级别：硕士

为了弥补新能源发电随机性及波动性缺点,储能技术逐步得到发展,电力电子设备通过对可再生能源的电能转换解决了地形限制、不稳定性等缺点。然而近年来大量非线性电力电子设备并入电网导致公共耦合点处电压幅值、相位等易发生突变,远距... 详细信息

为了弥补新能源发电随机性及波动性缺点,储能技术逐步得到发展,电力电子设备通过对可再生能源的电能转换解决了地形限制、不稳定性等缺点。然而近年来大量非线性电力电子设备并入电网导致公共耦合点处电压幅值、相位等易发生突变,远距离输电导致的电网阻抗增加更造成了弱电网背景,为了使并网储能系统在非理想电网包括弱电网下保持稳定,本文针对并网逆变器的同步策略以及弱电网下的控制策略提出了改进与优化。本文首先针对弱电网下,并网逆变器常用的同步参考坐标系锁相环是导致变换器不稳定的关键因素这一缺陷,提出基于降阶谐振锁相环的同步策略,其使得变换器在弱电网下具有更强的鲁棒性,同时建立了降阶谐振锁相环的小信号模型,为后续推导考虑锁相环影响的并网逆变器的输出阻抗模型奠定基础;指出所提出的降阶谐振锁相环能够减轻传统频率反馈环节导致的非线性耦合,从而改善动态特性;并提出了一种改善启动或相位跳变时锁相环测得的频率暂态特性的方法,使得变换器的暂态过程更为平滑稳定;最后对锁相环在非理想电网下的滤波能力、动态特性等进行了评估。基于所提出的降阶谐振锁相环,提出了一种弱电网下并网逆变器的稳定性改善策略,且在电网频率发生跳变时该方法也能使得系统保持稳定。首先分别建立了考虑传统锁相环与降阶谐振锁相环影响的三相LCL并网逆变器的dq轴输出阻抗模型,并依据阻抗稳定性判据对两者进行了对比;其次对采用优化控制策略前后的变换器稳定性进行了分析;并针对以往未被考虑到的弱电网下稳态频率偏移情况进行分析,证明所提出的整体方案具有较强的鲁棒性。最后搭建了5k W三相LCL并网逆变平台对所提出的同步控制策略进行了实验验证,并对所提出的并网逆变器稳定性改善方法在不同短路比弱电网下进行了验证。

关键词：锁相环弱电网稳定性输出阻抗模型三相并网逆变

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含分布式电源的配电网谐波潮流研究

含分布式电源的配电网谐波潮流研究

作者：张倍倍西安石油大学

学位级别：硕士

分布式发电具有投资小、节能环保、供电可靠、发电方式灵活等优点。但是随着分布式电源不断地接入配电网,会对配电网的正常运行产生一定的影响。目前,分布式电源接入配电网产生的谐波畸变问题已成为电力行业中能源利用领域的技术人员所... 详细信息

分布式发电具有投资小、节能环保、供电可靠、发电方式灵活等优点。但是随着分布式电源不断地接入配电网,会对配电网的正常运行产生一定的影响。目前,分布式电源接入配电网产生的谐波畸变问题已成为电力行业中能源利用领域的技术人员所关注的主要问题之一,而对谐波潮流进行研究是在非线性负载不断增加的前提下保证电网和设备可靠运行并预测潜在问题的有效手段。文中首先给出了前推回代支路顺序的计算方法,然后针对传统计算PV节点的算法存在缺陷和不足,给出了一种新的PV节点的处理算法,最后提出了含分布式电源的配电网前推回代谐波潮流算法。分布式电源通过逆变器并入配电网时,会与配电网产生谐波交互作用,影响配电网中的谐波分布。将分布式电源作为恒流源进行谐波潮流计算时未考虑谐波交互作用,计算结果不准确,不能作为配电网谐波分析的依据。因此本文建立了分布式电源并网逆变器的输出阻抗模型,并推导出相应的频域模型,通过仿真验证了输出阻抗模型的有效性,然后将其应用于谐波潮流计算中。最后本文将IEEE33节点配电网作为算例,从并网点位置、电网背景谐波、多个分布电源并网等方面,计算了分布式电源采用输出阻抗模型和恒流源模型时的电网波潮流分布,验证了本文谐波潮流算法的有效性及可行性。

关键词：分布式电源谐波源谐波潮流并网逆变器输出阻抗模型

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基于虚拟阻抗的并网逆变器谐波抑制方法研究

基于虚拟阻抗的并网逆变器谐波抑制方法研究

作者：庞浩哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

微电网可显著提高可再生能源的可控性,对于改变能源消费结构和缓解能源危机具有重要意义。随着微电网中电力电子装置和非线性负载的增多,公共耦合点(Point of Common Coupling,PCC)电压谐波问题日益严重。传统谐波抑制方法需要专用治理... 详细信息

微电网可显著提高可再生能源的可控性,对于改变能源消费结构和缓解能源危机具有重要意义。随着微电网中电力电子装置和非线性负载的增多,公共耦合点(Point of Common Coupling,PCC)电压谐波问题日益严重。传统谐波抑制方法需要专用治理装置和采集非线性负载电流,对电网背景谐波抑制效果亦有限。本文结合实际谐波和负载特性,提出一种并网逆变器阻感型虚拟阻抗(ResistiveInductive Virtual Impedance,RIVI)控制方法。仅采集PCC电压和并网电流,便可为并网逆变器增添PCC电压谐波抑制功能,实现电能质量和经济成本的双赢。建立PCC电压谐波等效电路,分析PCC电压畸变源。为比较不同类型虚拟阻抗的谐波抑制能力,定义PCC电压谐波抑制系数。结合谐波成分和负载类型,探索实际工况下最佳虚拟阻抗类型,并可视化分析其在不同负载下的谐波抑制特性和阻抗参数影响规律。通过软件仿真验证最佳虚拟阻抗的PCC谐波抑制效果以及参数影响规律的正确性;将RIVI融入并网逆变器的传统dq轴控制结构,提出一种RIVI控制方法,并分析其谐波抑制原理和控制过程。为提升控制效果,提出一种提取速度更快的改进型二阶广义积分器谐波提取算法和一种可准确跟踪复杂参考信号的比例积分多准谐振电流跟踪策略。最后搭建仿真模型,在不同电网负载下验证RIVI控制方法的谐波抑制效果;考虑锁相环的影响,建立变量在实际dq坐标系与控制dq坐标系之间的变换关系。基于dq轴阻抗建模思想,分别建立并网逆变器主电路、考虑锁相环、考虑RIVI电流环的输出阻抗模型和电网阻抗模型。探究电流跟踪器、虚拟阻抗和锁相环中不同控制参数对于输出阻抗频率特性和并网系统稳定性的影响规律,并通过仿真验证结论的正确性;基于RT-Box半实物仿真实验平台,在DSP中编写控制程序实现RIVI控制方法,进行RIVI并网逆变器在不同负载下的PCC电压谐波抑制能力实验,证明本文所提控制方法可有效提高微电网电能质量。

关键词：微电网多功能并网逆变器谐波抑制虚拟阻抗输出阻抗模型

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基于阻抗分析法的并网逆变器系统稳定性研究

基于阻抗分析法的并网逆变器系统稳定性研究

作者：卞江铜东南大学

学位级别：硕士

随着社会经济的发展,各个国家对能源的需求变得越来越高,传统化石能源经过长期的开采与挖掘,正变得日益枯竭,新能源的开发变得越来越重要。分布式发电是新能源开发中的重要利用形式,其在电网中所占的比例越来越大,逆变器作为分布式发电... 详细信息

随着社会经济的发展,各个国家对能源的需求变得越来越高,传统化石能源经过长期的开采与挖掘,正变得日益枯竭,新能源的开发变得越来越重要。分布式发电是新能源开发中的重要利用形式,其在电网中所占的比例越来越大,逆变器作为分布式发电与电网之间的连接装置,在新能源的的利用中也占据着越来越重要的角色。逆变器作为电网中的能量变换器件,不同于传统的电阻、电容或电感等器件,由于其本身的非线性特性,会在系统运行时产生一系列谐波,从而对整个逆变器系统产生重要影响,严重时会引起振荡,导致系统无法稳定运行。同时,在远距离输电线路中,由于引入了线路的阻感性阻抗这一因素,同样会对整个逆变器系统的稳定运行产生重要影响。阻抗分析法是通过研究逆变器等效输出阻抗与电网阻抗之间的关系从而研究系统稳定性的重要方法。本文以单相并网逆变器为研究对象,首先论述了阻抗分析法的基本原理,继而对并网逆变器的接口滤波特性和单相并网逆变器的一般控制策略进行了分析,选取了三种典型滤波接口中的LCL型逆变器作为研究对象,以静止坐标系下的基于PI调节器的电流环作为控制策略。在确定合适的滤波器结构以及控制策略后建立了单相并网逆变器的输出阻抗模型,同时建立了单相锁相环的数学模型,分析研究了锁相环对逆变器输出阻抗模型的影响以及物理意义。论文以逆变器输出阻抗模型的仿真验证为例,详细论述了谐波注入法验证逆变器输出阻抗模型的基本原理和过程。通过在公共耦合点(Point of Common Coupling,PCC)处注入谐波扰动电压激励,然后对进网电流做傅里叶变换提取出对应频率的响应电流信号,从而计算出逆变器输出阻抗。长距离输电线路引入的电网阻抗影响着并网逆变器系统的稳定运行,文中研究了一种基于谐波注入的电网阻抗检测技术。通过在电网电压过零期间周期性间断注入期望频率和幅值的电压信号,从而在并网公共点检测电压电流响应信号的幅值,进而基于获得的响应信号数据快速计算出系统在期望频率下的阻抗特性。文章详细介绍了阻抗检测方法的工作原理,关键参数设计方法,过零检测方法以及相应信号数据提取方法,仿真结果表明了该方法的有效性。对于单台并网逆变器系统的稳定性问题,论文主要分析研究了电网阻抗这一参数的大小对系统稳定性的影响。针对实际环境中电网阻抗不可变的特点,提出运用超前网络对逆变器输出阻抗相位进行补偿,从而提高系统相位裕度,改善系统稳定性的方法。该方法的本质是通过构造出虚拟阻抗,改变逆变器等效输出阻抗的幅频特性和相频特性,从而改善系统稳定性。文章以一组参数为例,详细介绍了该方法的具体原理,以及相位补偿环节中的参数整定。对于多逆变器并网系统的稳定性问题,考虑到并联的逆变器通常参数相同,论文对多逆变器并网系统中逆变器数量对系统稳定性的影响做了分析研究。最后,基于实验室现有的实验设备,搭建了一台单相并网逆变器实验装置,通过实验测试和结果分析,对上述问题进行了分析研究,对上述分析研究进行了实验验证。

关键词：分布式发电并网逆变器输出阻抗模型谐波信号阻抗特性稳定性分析