基于LCL滤波器的并网逆变器稳定性分析

发布时间：2017-10-14 15:19

  本文关键词：基于LCL滤波器的并网逆变器稳定性分析

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【摘要】：三相并网逆变器作为重要的电力电子装置,广泛应用在新能源发电并网、能量存储、高压直流输电以及柔性交流输电系统中,形成逆变器-电网级联系统。而随着弱电网情况的出现、多并网逆变器接入引起电网环境的复杂化,并网逆变器系统的稳定性受到了极大的威胁,其中由于阻抗交互作用引起的谐振现象尤为关键,因此有必要从逆变器输出阻抗的角度出发,研究这种谐振问题的影响因素,探索稳定性提高的方法。对于LCL滤波型三相并网逆变器来说,其电流采样反馈方式主要有逆变器侧电流(Converter-side Current,CC)和网侧电流(Grid-side Current,GC)采样反馈两种,控制坐标系主要有dq坐标系下PI控制和??坐标系下PR控制两种。而受滤波器和控制环路影响的逆变器输出阻抗值是有限的,当系统控制方案不同时,逆变器输出阻抗也存在一定的差异。因此,本文通过建立逆变器的输出阻抗模型,在全频率范围内讨论逆变器并网系统的稳定性,并通过仿真和实验进行了验证。首先,针对LCL滤波器存在的高频谐振问题,采用电容电流反馈的有源阻尼方式进行抑制,在考虑数字控制延迟的情况下,兼顾阻尼效果和系统稳定性要求设计了反馈系数,保证电网阻抗大范围变化时不会引起三阶系统带来的谐振峰。其次,本文根据谐波线性化建模原理,推导了变换器在不同控制方案下的频域等效阻抗模型,包括正序阻抗和负序阻抗,并在Plecs中用频率扫描的方式进行了模型验证;然后对所建立的序阻抗模型不同频段的阻抗特性进行了分析,确定了阻抗在高、中、低频段的主要影响因素,为稳定性分析提供了重要参考。利用基于阻抗比的稳定性分析方法,分析逆变器输出阻抗和电网阻抗交互作用所引起的低频谐振现象,通过对比电网阻抗变化时不同并网电流控制方案下的系统稳定性,确定了最能适应电网阻抗变化的控制方法和提高系统稳定性的控制环路参数设计方法,并通过时域仿真验证了稳定性分析的结论,证明了阻抗建模的准确性和稳定性分析的有效性。最后,搭建了适用于本文稳定性分析的实验平台,并在实验平台上对不同控制方案下系统谐振现象进行了分析,验证了稳定性分析的理论结果。
【关键词】：三相并网逆变器 LCL滤波 阻抗 控制 稳定性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题研究的背景及意义9-10
• 1.2 LCL滤波高频谐振阻尼技术研究现状10-13
• 1.3 逆变器-电网级联系统稳定性控制研究现状13-16
• 1.4 课题的主要内容及结构安排16-18
• 第2章 并网逆变器滤波设计及特性分析18-25
• 2.1 引言18
• 2.2 LCL滤波器参数设计18-19
• 2.3 LCL滤波器有源阻尼设计19-22
• 2.3.1 LCL滤波特性分析及参数设计19-21
• 2.3.2 考虑电网阻抗时LCL滤波特性分析21-22
• 2.4 不同电流采样方式下LCL滤波特性分析22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 三相并网逆变器输出阻抗建模25-42
• 3.1 引言25-26
• 3.2 LCL滤波型三相并网逆变器输出阻抗建模26-33
• 3.2.1 主电路平均模型27-28
• 3.2.2 PLL小信号模型28-30
• 3.2.3 电流控制环路小信号模型30-32
• 3.2.4 不同控制方案下的逆变器输出阻抗模型32-33
• 3.3 逆变器输出阻抗模型验证33-36
• 3.4 逆变器输出阻抗模型分析36-41
• 3.4.1 阻抗模型高频特性分析36-37
• 3.4.2 阻抗模型中频特性分析37-39
• 3.4.3 阻抗模型低频特性分析39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 逆变器-电网级联系统稳定性分析42-56
• 4.1 引言42
• 4.2 基于阻抗比的稳定性分析方法42-43
• 4.3 不同控制方案下系统稳定性对比分析43-55
• 4.3.1 系统稳定性与电流采样反馈位置的关系44-47
• 4.3.2 系统稳定性与电流控制坐标系的关系47-51
• 4.3.3 系统稳定性与电流控制环路参数的关系51-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 实验平台设计及实验验证56-66
• 5.1 引言56-57
• 5.2 实验平台设计57-61
• 5.2.1 实验平台硬件设计57-59
• 5.2.2 实验平台软件设计59-61
• 5.3 稳定性对比分析实验61-65
• 5.3.1 系统稳定性与电流采样反馈位置的关系实验61-62
• 5.3.2 系统稳定性与电流控制坐标系的关系实验62-64
• 5.3.3 系统稳定性与电流控制环路参数的关系实验64-65
• 5.4 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-71
• 攻读学位期间的学术成果71-73
• 致谢73-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 陈新;韦徵;胡雪峰;陈轶涵;龚春英;;三相并网逆变器LCL滤波器的研究及新型有源阻尼控制[J];电工技术学报;2014年06期

2 李小强;伍小杰;耿乙文;张祺;;感性电网阻抗下三相光伏逆变器稳定性分析[J];中国电机工程学报;2014年18期

3 陈新;张e，

本文编号：1031774