电网电压畸变及不平衡时LCL型并网逆变器控制研究

发布时间：2019-10-06 17:17

【摘要】：作为新能源发电装置到电网的能量转换单元,LCL型并网逆变器运行的稳定性和安全性对于分布式发电系统具有重要意义。由于我国的光伏、风电等新能源发电设备一般安装在偏远地区,相应的并网逆变系统会远离主干电网,导致发电系统接口处的电网较为脆弱。电网电压发生畸变及不平衡等非理想工况时,并网逆变器输出电流会出现不平衡,并包含大量谐波,难以保证系统的安全稳定运行。此外,用于并网逆变器交流侧滤波的LCL滤波器,虽然能够在实现与L滤波器相同滤波效果的同时,降低电感体积,并减小成本,然而其自身会存在谐振问题,也会影响系统的稳定性。基于此,本文对电网电压畸变及不平衡时三相LCL型并网逆变器的控制策略以及LCL滤波器的阻尼方法进行了研究。首先,在三相abc静止坐标系、两相αβ静止坐标系和两相dq旋转坐标系上建立了LCL型并网逆变器的数学模型,并基于瞬时功率理论,分别考虑电网电压不平衡以及电网电压畸变及不平衡两种情况,在两相αβ静止坐标系和两相dq旋转坐标系上建立了相应的瞬时功率模型。接着,为实现电网电压畸变及不平衡工况下并网逆变器的稳定运行,本文对相应的控制策略展开研究。首先对传统的二阶广义积分器、具有前置滤波器的二阶广义积分器和多重二阶广义积分器三种正负序及谐波电压分量提取方法进行了对比分析。其中多重二阶广义积分器能够显著提高所提取电压分量的增益,而对其他的电压分量具有陷波效果,正负序及谐波分量的提取效果最好。以此为基础,本文在实现并网电流正弦化的前提下,分别设定了抑制负序电流、抑制有功波动和抑制无功波动三种控制目标,推导了电网电压畸变及不平衡条件下相应的电流指令,并利用准比例多谐振控制器实现电流内环的控制。然后,针对LCL滤波器所存在的谐振对系统稳定性的影响,本文在离散域中分析了数字控制的LCL型并网逆变器分别在不加任何阻尼以及采用电容电流比例反馈有源阻尼两种情况时的稳定性,并提出了一种虚拟RLC有源阻尼方法,该有源阻尼方法能够将系统的有效阻尼区域从(0,fs/6)扩展至(0,fs/3)∪(fs/3,fs/2),提高了控制系统对电网阻抗变化的鲁棒性,并利用奈奎斯特定理对系统稳定性进行了分析,得到最佳的阻尼参数。最后,分别在MATLAB/Simulink和10kW的三相并网逆变器实验平台上进行仿真和实验,验证了本文理论分析的正确性和有效性。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM464

【参考文献】