跟网型逆变器作为电流源型变换器,在电网强度、负载变化和电网波动的扰动下,其输出电流会发生波动,进而通过电网阻抗引发公共耦合点电压振荡。构网型逆变器作为电压源型变换器,可用于模拟同步发电机调节电压且无须依赖锁相环,在弱电网中表现出更强鲁棒性。针对跟网型逆变器在弱电网运行时存在的稳定性问题及传统改进策略在控制稳定性和参数设计上的局限性,提出基于线性自抗扰控制(Linear active disturbance rejection control,LADRC)的构网型逆变器电压协调控制方法,通过扩张状态观测器补偿公共耦合点扰动,降低跟网型逆变器电压对电流的敏感性。与传统控制相比,用该方法可显著降低构网型逆变器输出阻抗、减小非无源区域、提高电压调节性能及弱电网下稳定性。仿真结果验证了所提策略的有效性。
随着化石能源的枯竭和化石燃料燃烧所造成的大量污染,同时也为了满足大功率发电的需要,并联T型三电平逆变器3LT2C与LCL型滤波器在可再生能源发电系统中在近些年被广泛应用。然而随着并联机组台数的增加,并联逆变器等效输出阻抗与电网线路阻抗在公共点PCC(Point of Common Coupling)处的耦合效应加重,即使单逆变输出电流可以保持稳定,PCC电流仍可能产生幅值和相位震荡的失稳现象,因此逆变器系统的稳定性分析对维持其正常工作运行有重要作用。本文研究对象为并联逆变器并网系统,针对其分数阶建模、阻抗稳定性判据的改进、并联逆变器弱网稳定性提高等内容进行了研究。
针对并网逆变器的建模精度问题,本文引入了分数阶微积分的概念用于LCL滤波电路的数学建模,以弥补传统的整数阶电路建模忽略了电感电容元器件的串并联寄生电阻等因素的缺点。首先根据电网平衡和电网非平衡的两种工况,分别建立了同步旋转坐标系阻抗模型和正负序阻抗模型,然后利用Bode图分析整数阶和分数阶的幅频响应曲线,对比实际电路在不同频率采样点下所拟合出的幅频特性响应曲线,验证了分数阶模型和实际电路的建模误差更小,特别是在中低频段。
针对阻抗稳定性判据的改进问题,本文基于矩阵理论中的Gershgorin和Ostrowski理论提出了一种改进型阻抗稳定性判据。该方法首先可以在保证准确度的同时弥补分数阶建模所带来的高阶次和高复杂度的问题;其次基于阻抗稳定性判据和严格对角占优理论,本文提出了一种可以定量计算系统稳定裕度的方法,将稳定裕度结合系统阻抗模型,可以定量计算在保证并网逆变器稳定运行条件下的电网阻抗、并机运行台数和锁相环控制器等参数范围。
针对并联逆变器的弱网稳定性问题,本文提出了一种分数阶跟网型(Fractional-Grid-Following)FGFL和构网型(Fractional-Grid-Forming)FGFM逆变器双模式运行控制策略。首先,由于传统的跟网型逆变器FGFL在并联台数增大条件下的网侧等效阻抗增加,电网短路比SCR(Short-Circuit-Ratio)减小,变成弱电网工况,跟网型逆变器无法维持输出电流稳定运行。其次为了增强高新能源渗透率电力系统的惯性和电压支撑能力,构网型逆变器FGFM应用了虚拟同步发电机VSG的控制策略,由于其模拟了同步发电机的外特性,可以适应低SCR条件下的弱网运行环境,但在强网下易失稳。由于跟网型逆变器FGFL和构网型逆变器FGFM恰好可以分别适应强网运行条件和弱网运行条件,因此本文提出了一种根据电网短路比检测结果切换控制器的双模式运行控制策略,提出了一种基于预同步模块的无缝切换策略,避免了切换过程中造成较大的冲击电流。该方法在补充可再生能源接入电网惯性需求的同时,提高了并联3LT2C逆变器在不同SCR电网下稳定运行的能力。
本文从提高并联逆变器系统建模精度、改进阻抗稳定判据计算系统稳定裕度、提高并联逆变器系统弱网稳定性等多方面对并联3LT2C系统进行分析,通过Matlab/Simulink仿真和硬件平台实验结果验证了本文所提方的有效性。
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