弱电网下并网变流器谐振问题研究

发布时间：2017-03-30 03:03

  本文关键词：弱电网下并网变流器谐振问题研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着可再生能源发电的大规模化发展,分布式发电系统大量采用,它一般接入中低压等级的配电网,一般呈现电网阻抗较高、短路容量较低且电网背景谐波含量较高的弱电网特性。有可能会引起基于并网变流器的发电系统谐振。本文围绕弱电网条件下的并网变流器谐振问题展开研究,对弱电网条件引起并网变流器特定次谐波振荡的机理进行分析,研究引起谐振的影响因素并提出针对性的抑制措施,主要内容包括以下几个方面：(1)LCL滤波器特性及其阻尼方法分析目前并网变流器广泛采用LCL滤波器来消除开关频率次谐波,然而LCL滤波器为三阶系统,存在固有谐振频率点,可能引起谐振问题。针对LCL滤波器自身的谐振问题,分析了用以消除LCL滤波器谐振峰值的各种阻尼方法,包括无源阻尼及有源阻尼,通过分析比较最终选择了简单有效的变流器侧单电流环有源阻尼控制方案。(2)电网阻抗对系统谐振影响机理及其抑制策略由于弱电网的高阻抗特性,在理想电网条件下设计的并网变流器有可能并不能满足运用要求,因此针对电网阻抗对谐振的影响开展了研究。首先建立了变流器并网系统模型及多台并网变流器并联运行的等效模型,在此基础上利用经典的频域分析方法,通过推导传递函数,绘制对数幅频、相频特性曲线(Bode图)对引起谐振的机理进行分析,得出了电网阻抗过大时将会提高高频谐波的稳定裕度,然而会导致低频谐波放大的结论。针对电网阻抗引起的低频谐振,提出了基于虚拟负阻抗的谐振抑制策略,通过在控制算法中引入虚拟负阻抗,在并网点处抵消掉电网阻抗产生的压降作用,从而抑制由于电网阻抗引起的并网电流低频谐振。(3)电网背景谐波对谐振的影响及其抑制策略由于电力电子装置的大量接入,导致并网点存在低频背景谐波电压,将引起并网电流低频振荡,严重影响电能质量。针对背景谐波电压引起的谐波电流畸变,首先分析了抑制电网背景谐波影响的电网电压全前馈的方法,指出其在电网阻抗影响下的不足之处,然后提出采用基于虚拟阻抗的选择性谐波补偿(VI-SHC)的抑制策略,提高低频区域的谐波阻抗以增强系统对电网谐波的抗扰能力,仿真及实验证明该方法对并网电流低频谐波有一定的抑制效果。
【关键词】：弱电网 有源阻尼 谐振 并网变流器 电网阻抗 电网背景谐波 虚拟阻抗 选择性谐波补偿
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景与意义11-16
• 1.1.1 全球可再生能源发电系统发展概况11-14
• 1.1.2 可再生能源发电系统对电网的影响14-16
• 1.2 国内外研究现状16-19
• 1.2.1 分析谐振问题的方法16-17
• 1.2.2 产生谐振的机理17-19
• 1.2.3 谐振抑制措施19
• 1.3 本文主要研究内容19-21
• 2 变流器并网系统建模及分析21-37
• 2.1 带LCL滤波器的三相并网变流器模型21-24
• 2.1.1 带LCL滤波器的并网变流器结构21-22
• 2.1.2 带LCL滤波器的并网变流器数学模型22-24
• 2.2 LCL滤波器及其阻尼方法24-35
• 2.2.1 LCL滤波器的无源阻尼方法25-30
• 2.2.2 LCL滤波器的有源阻尼方法30-35
• 2.3 本章小结35-37
• 3 电网阻抗对谐振产生的影响及抑制策略37-57
• 3.1 考虑电网阻抗时系统的模型37-42
• 3.1.1 单台变流器并网系统38-39
• 3.1.2 多台变流器并联运行及其等效模型39-42
• 3.2 电网阻抗对谐振的影响42-49
• 3.2.1 电网阻抗对电流环的影响42-45
• 3.2.2 电网阻抗对基于陷波器有源阻尼算法的影响45-47
• 3.2.3 电网阻抗对谐振控制器的影响47-49
• 3.3 基于虚拟负阻抗的谐振抑制措施49-55
• 3.4 本章小结55-57
• 4 电网背景谐波对谐振的影响及抑制策略57-71
• 4.1 电网背景谐波影响57-59
• 4.2 抑制电网背景谐波影响对策59-70
• 4.2.1 抑制策略理论分析60-68
• 4.2.2 基于Ⅵ-SHC方法的仿真验证68-70
• 4.3 本章小结70-71
• 5 实验验证71-81
• 5.1 实验平台描述71-74
• 5.2 各种工况下的实验74-80
• 5.2.1 电网阻抗对谐振的影响及抑制74-78
• 5.2.2 电网背景谐波对谐振的影响及抑制78-80
• 5.3 本章小结80-81
• 6 结论与展望81-83
• 6.1 结论81-82
• 6.2 展望82-83
• 参考文献83-87
• 附录87-89
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果89-93
• 学位论文数据集93

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