弱电网下逆变器SOCVF前馈和相位补偿控制研究

发布时间：2020-06-25 05:03

【摘要】：近些年来,可再生能源的利用得到了快速发展。直驱风力发电系统是充分利用风能的重要形式之一,其中并网逆变器是直驱风力发电系统的重要组成部分。然而风能的分布与需求地区不平衡,由于长距离输电等因素的影响使得传统电网表现为弱性电网。大范围变化的电网阻抗和严重的背景谐波是弱电网的两个特征,这给直驱风电系统中并网逆变器的稳定运行带来威胁,因此研究弱电网下并网逆变器的控制策略,使并网逆变器更好的服务于直驱风力发电系统具有重要意义。强电网下并网逆变器的稳定是弱电网下并网逆变器稳定的前提,为保证强电网下并网逆变器的稳定,本文采用了一种按剪切频率的方法设计电流内环PI调节器参数,并详细介绍了设计过程,为了抑制LCL谐振尖峰,采用了电容电流反馈有源阻尼控制方法。建立了弱电网下并网逆变器的数学模型,从环路增益的角度得出在电网阻抗大范围变化的情况下,系统的相角裕度和剪切频率会大幅度下降,从逆变器输出阻抗的角度得出电网阻抗和低次背景谐波同时存在时并网电流的畸变程度会更大。在电网电压含有丰富的背景谐波情况下,为实现准确锁相,在传统的SRF-PLL基础上加入双二阶广义积分器(DSOGI)。由于DSOGI的?轴和?轴存在耦合,本文采用了一种复矢量的方法建立了DSOGI的模型,实现了?轴和?轴的解耦,DSOGI本质上为一个二阶复矢量滤波器(SOCVF),为了提升弱电网下并网逆变器的稳定性,提出了一种基于SOCVF前馈的控制方法。为了抑制电网背景谐波,采用引入特定频率谐振调节器(SFRR)的方法,受电网阻抗的影响,当引入SFRR的最高次数大于系统的剪切频率时,会导致系统不稳定,因此对调节器进行了改进,并在改进型调节器的基础之上提出了一种基于电网阻抗模值判断的相位补偿因子切换的相位补偿控制方法,通过该方法不仅系统的稳定性和快速性得到较大提升而且有效抑制了电网低次背景谐波对入网电流的影响。本文在Matlab/Simulink软件中搭建了仿真模型,并且在实验室搭建了一台三相两电平LCL型并网逆变器样机,通过仿真和实验验证了理论分析的合理性以及采取的控制策略的有效性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM464;TM761.12
【图文】：

框图,风力发电系统,永磁同步,框图

图 1-1 直驱永磁同步风力发电系统框图变器在直驱永磁同步风力发电系统中担任着重要角色，其稳定研究的对象为直驱风电系统中的逆变模块。由于我国的风能资重不平衡，由于长距离输电等因素的影响使得传统的刚性电网性，弱电网主要表现为两大特征：大范围变化的电网阻抗和严电网阻抗大范围变化主要有以下原因造成：首先，风能等分布于偏远地区，由于长距离输电线路和升压变压器的漏感的影响其次，不断变化的电力系统运行方式，使电网阻抗出现较大的不非线性负载的存在和电网中电力电子设备的不断投切使电网中谐波。电网阻抗的存在，改变了逆变器的环路增益，使在强电失效，降低了系统的相角裕度；大量丰富的背景谐波造成并网电网的两个特征同时存在，并网电流会畸变的更加严重。这给运行造成了极大的威胁，因此研究弱电网下并网逆变器控制策统的稳定运行具有重大的意义。

示意图,逆变系统,短路,示意图

表 1-1 进网电流的标准谐波次数（n） n<11 11<n<17 17<n<23 23<n<35 35<n 总谐波百分比(%) 4.00 2.00 1.50 0.60 0.30 5.001.3 弱电网下并网逆变器国内外研究现状1.3.1 强弱电网的划分对弱电网条件下并网逆变器的分析首先要明确强弱电网的概念，电网的强弱常由短路比(Short Circuit Ratio，SCR)来衡量，通常认为 SCR 大于 20 为强电网，SCR 小于 6~10 时为弱电网[20]，SCR 的计算公式如下式所示：SCNSCRSS (1-式中SCS 为系统的短路容量，NS 为逆变器设备的额定容量。系统的短路容量是指 PC点短路时系统的容量，如图 1-2 所示。

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