具有复数滤波器结构锁相环的并网逆变器对弱电网的适应性研究
发布时间：2021-09-07 13:51
针对传统的同步旋转坐标系锁相环结构的逆变器并网系统,结合复数滤波器基波正序电压提取特性,构建具有复数滤波器结构锁相环的逆变器并网系统（CFPLL-GIS）。在此基础上充分考虑锁相环影响,建立CFPLL-GIS的阻抗模型,并通过基于阻抗的稳定性判据分析,说明复数滤波器结构的引入可以提高逆变器并网系统等效输出阻抗在中频段内的相角,能够显著改善逆变器并网系统对弱电网的适应能力;同时结合CFPLL-GIS的结构特点并以逆变器并网系统的环路增益为设计指导,提出一种逆变器并网系统等效输出阻抗重塑控制策略,改善系统的阻抗特性,保证逆变器并网系统具有充足的稳定裕度,进一步拓宽CFPLL-GIS对电网阻抗的适应范围。最后,通过仿真和实验验证了本文理论分析的正确性以及所提控制策略的有效性。
【文章来源】：电工技术学报. 2020,35(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
采用情形③控制策略时三相电流实验波形（b）
饔Χ匀醯缤?哪芰Α?表2给出了逆变器并网系统分别采用以上四种不同控制结构时系统所能适应的最大电网阻抗范围，具体测试条件以及数值结果见表2。表2控制策略与适应电网阻抗仿真结果Tab.2Thesimulationresultsofcontrolstrategyandadaptivegridimpedance控制策略适应的最大电网阻抗/mH（满载THD≤5%）情形①4.87情形②13.1情形③9.8情形④25.2为了验证本文所提CFPLL-GIS结构以及阻抗重塑控制策略的有效性，搭建了RT-LAB硬件在环实验平台，平台具体结构如图14所示。实验参数与仿真参数一致，控制器采用TI公司的TMS320F2812，系统开关频率fs=10kHz，采样频率fAD=10kHz。图14实验平台照片Fig.14Experimentalplatform图15给出了逆变器并网系统采用情形①的控制结构时，系统分别在电网阻抗Lg=4.8mH与Lg=5.1mH时的三相电流实验波形。可以看出：在Lg=4.8mH时并网电流波形已经出现明显的振荡，系统的稳定性较差。图16给出了逆变器并网系统采用情形②的控制结构时，系统分别在电网阻抗Lg=11mH与Lg=15mH时的三相电流实验波形。（a）Lg=4.8mH
固匦裕?Ｖつ姹淦鞑⑼?低尘哂谐渥?的稳定裕度，进一步拓宽CFPLL-GIS对电网阻抗的适应范围，使其对弱电网环境表现的更加友好。最后，通过仿真和实验验证了本文理论分析的正确性以及所提控制策略的有效性。1LCL型逆变器并网系统阻抗模型建立为了分析说明复数滤波器结构的引入可以显著提高逆变器并网系统对弱电网的适应能力，本文以电流双闭环三相LCL型并网逆变器为模型基础，构建系统在加入复数滤波器前后的等效输出阻抗模型。该逆变器并网系统的总体控制结构如图1所示，其控制系统数学框图模型如图2所示。在图1和图2中，L1、C和L2构成LCL滤波器；图1LCL逆变器并网系统的总体控制结构Fig.1OverviewofinvestigatedconfigurationandcontrolsystemforLCLinvertergrid-connectedsystem图2并网逆变器控制系统数学框图模型Fig.2Mathematicalmodelofgrid-connectedinvertercontrolsystemZload为负载等效阻抗，Zg为电网阻抗；i1为逆变桥侧电感电流，iC为滤波电容电流，i2为逆变器输出电流，ig为并网电流，iC、iC为电容电流在、坐标系下的分量，i2、i2为逆变器输出电流在、坐标系下的分量，*2i、*2i为逆变器输出电流在、坐标系下的给定值，Im为并网电流幅值；UPCC为PCC的电压，Ug为电网电压，Udc为直流母线电压，为PLL输出相位，o为PLL输出角频率，G(s)为外环调节器，Kd为有源阻尼系数，KPWM为脉宽调制增益。c为复数滤波器的截止频率，1u与1u分别为PCC电压在、轴下的?
【参考文献】：
期刊论文
[1]弱电网下无功控制对并网变流器稳定性影响分析[J]. 徐路遥,兰洲,陈飞,王晓菲,袁辉,辛焕海. 电力系统自动化. 2019(15)
[2]一种提高弱电网下LCL型并网逆变器鲁棒性的相位超前补偿策略[J]. 方天治,黄淳,陈乃铭,张先云,黄鑫. 电工技术学报. 2018(20)
[3]弱电网下锁相环对三相LCL型并网逆变器小扰动建模影响及稳定性分析[J]. 杨苓,陈燕东,周乐明,陈智勇,周小平,伍文华,黄旭程,谢志为,罗安. 中国电机工程学报. 2018(13)
[4]柔性直流输电接入弱交流电网时锁相环和电流内环交互作用机理解析研究[J]. 吴广禄,周孝信,王姗姗,梁军,赵兵,王铁柱,李英彪,杨艳晨. 中国电机工程学报. 2018(09)
[5]并网逆变器的阻抗自适应控制方法[J]. 杜燕,崔林波,杨向真,张显创,汪飞. 电力系统自动化. 2018(06)
[6]弱电网下考虑锁相环影响的并网逆变器改进控制方法[J]. 张学广,付志超,陈文佳,徐殿国. 电力系统自动化. 2018(07)
[7]弱电网下LCL逆变器阻尼谐振抑制与功率快速调节方法[J]. 陈燕东,王伊,周乐明,周小平,谢志为. 电工技术学报. 2018(11)
[8]改进型解耦自适应复数滤波器的锁相环研究[J]. 唐轶,沈佳,刘齐齐,顾马荣,谢永强. 电力系统保护与控制. 2017(18)
[9]增强并网逆变器对电网阻抗鲁棒稳定性的改进前馈控制方法[J]. 杨树德,同向前,尹军,王海燕,邓亚平. 电工技术学报. 2017(10)
[10]电力系统次同步谐振/振荡的形态分析[J]. 谢小荣,王路平,贺静波,刘华坤,王超,占颖. 电网技术. 2017(04)
本文编号：3389664
【文章来源】：电工技术学报. 2020,35(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
采用情形③控制策略时三相电流实验波形（b）
饔Χ匀醯缤?哪芰Α?表2给出了逆变器并网系统分别采用以上四种不同控制结构时系统所能适应的最大电网阻抗范围，具体测试条件以及数值结果见表2。表2控制策略与适应电网阻抗仿真结果Tab.2Thesimulationresultsofcontrolstrategyandadaptivegridimpedance控制策略适应的最大电网阻抗/mH（满载THD≤5%）情形①4.87情形②13.1情形③9.8情形④25.2为了验证本文所提CFPLL-GIS结构以及阻抗重塑控制策略的有效性，搭建了RT-LAB硬件在环实验平台，平台具体结构如图14所示。实验参数与仿真参数一致，控制器采用TI公司的TMS320F2812，系统开关频率fs=10kHz，采样频率fAD=10kHz。图14实验平台照片Fig.14Experimentalplatform图15给出了逆变器并网系统采用情形①的控制结构时，系统分别在电网阻抗Lg=4.8mH与Lg=5.1mH时的三相电流实验波形。可以看出：在Lg=4.8mH时并网电流波形已经出现明显的振荡，系统的稳定性较差。图16给出了逆变器并网系统采用情形②的控制结构时，系统分别在电网阻抗Lg=11mH与Lg=15mH时的三相电流实验波形。（a）Lg=4.8mH
固匦裕?Ｖつ姹淦鞑⑼?低尘哂谐渥?的稳定裕度，进一步拓宽CFPLL-GIS对电网阻抗的适应范围，使其对弱电网环境表现的更加友好。最后，通过仿真和实验验证了本文理论分析的正确性以及所提控制策略的有效性。1LCL型逆变器并网系统阻抗模型建立为了分析说明复数滤波器结构的引入可以显著提高逆变器并网系统对弱电网的适应能力，本文以电流双闭环三相LCL型并网逆变器为模型基础，构建系统在加入复数滤波器前后的等效输出阻抗模型。该逆变器并网系统的总体控制结构如图1所示，其控制系统数学框图模型如图2所示。在图1和图2中，L1、C和L2构成LCL滤波器；图1LCL逆变器并网系统的总体控制结构Fig.1OverviewofinvestigatedconfigurationandcontrolsystemforLCLinvertergrid-connectedsystem图2并网逆变器控制系统数学框图模型Fig.2Mathematicalmodelofgrid-connectedinvertercontrolsystemZload为负载等效阻抗，Zg为电网阻抗；i1为逆变桥侧电感电流，iC为滤波电容电流，i2为逆变器输出电流，ig为并网电流，iC、iC为电容电流在、坐标系下的分量，i2、i2为逆变器输出电流在、坐标系下的分量，*2i、*2i为逆变器输出电流在、坐标系下的给定值，Im为并网电流幅值；UPCC为PCC的电压，Ug为电网电压，Udc为直流母线电压，为PLL输出相位，o为PLL输出角频率，G(s)为外环调节器，Kd为有源阻尼系数，KPWM为脉宽调制增益。c为复数滤波器的截止频率，1u与1u分别为PCC电压在、轴下的?
【参考文献】：
期刊论文
[1]弱电网下无功控制对并网变流器稳定性影响分析[J]. 徐路遥,兰洲,陈飞,王晓菲,袁辉,辛焕海. 电力系统自动化. 2019(15)
[2]一种提高弱电网下LCL型并网逆变器鲁棒性的相位超前补偿策略[J]. 方天治,黄淳,陈乃铭,张先云,黄鑫. 电工技术学报. 2018(20)
[3]弱电网下锁相环对三相LCL型并网逆变器小扰动建模影响及稳定性分析[J]. 杨苓,陈燕东,周乐明,陈智勇,周小平,伍文华,黄旭程,谢志为,罗安. 中国电机工程学报. 2018(13)
[4]柔性直流输电接入弱交流电网时锁相环和电流内环交互作用机理解析研究[J]. 吴广禄,周孝信,王姗姗,梁军,赵兵,王铁柱,李英彪,杨艳晨. 中国电机工程学报. 2018(09)
[5]并网逆变器的阻抗自适应控制方法[J]. 杜燕,崔林波,杨向真,张显创,汪飞. 电力系统自动化. 2018(06)
[6]弱电网下考虑锁相环影响的并网逆变器改进控制方法[J]. 张学广,付志超,陈文佳,徐殿国. 电力系统自动化. 2018(07)
[7]弱电网下LCL逆变器阻尼谐振抑制与功率快速调节方法[J]. 陈燕东,王伊,周乐明,周小平,谢志为. 电工技术学报. 2018(11)
[8]改进型解耦自适应复数滤波器的锁相环研究[J]. 唐轶,沈佳,刘齐齐,顾马荣,谢永强. 电力系统保护与控制. 2017(18)
[9]增强并网逆变器对电网阻抗鲁棒稳定性的改进前馈控制方法[J]. 杨树德,同向前,尹军,王海燕,邓亚平. 电工技术学报. 2017(10)
[10]电力系统次同步谐振/振荡的形态分析[J]. 谢小荣,王路平,贺静波,刘华坤,王超,占颖. 电网技术. 2017(04)
本文编号：3389664
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