數(shù)字控制型并網(wǎng)逆變器與多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析.pdf

1、并網(wǎng)逆變器是連接分布式電源和電網(wǎng)的綠色橋梁，由于數(shù)字控制具有一致性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在并網(wǎng)逆變器中得到廣泛應(yīng)用，因此數(shù)字控制并網(wǎng)逆變器的穩(wěn)定性直接決定并網(wǎng)逆變系統(tǒng)能否安全可靠運(yùn)行。隨著分布式發(fā)電系統(tǒng)規(guī)模的日益增長(zhǎng)，逆變器從單機(jī)并網(wǎng)向多逆變器并聯(lián)組成大規(guī)模系統(tǒng)并網(wǎng)的方向發(fā)展。多逆變器間的交叉耦合使系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題變得嚴(yán)峻，逆變器單機(jī)穩(wěn)定并不能保證多機(jī)并聯(lián)后系統(tǒng)仍然穩(wěn)定。本文針對(duì)數(shù)字控制逆變器以及多逆變器并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題，首先建立了三

2、相系統(tǒng)等效到單相的穩(wěn)定性分析模型，使后文以單相系統(tǒng)為例的分析可方便地?cái)U(kuò)展到三相系統(tǒng)中；其次系統(tǒng)地分析了數(shù)字控制延時(shí)對(duì)單環(huán)與雙環(huán)控制單相并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定性影響，提出穩(wěn)定性改善方法；以此為基礎(chǔ)，論文最后分析了多逆變系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題，提出通用的多逆變系統(tǒng)穩(wěn)定判據(jù)，為多逆變器并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性優(yōu)化提供理論依據(jù)。并網(wǎng)逆變器根據(jù)輸出相數(shù)的不同，可分為中小功率中常用的單相逆變器與中大功率中常用的三相逆變器。為獲得零穩(wěn)差特性，三相逆變器常在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下控制

3、。dq軸間的耦合導(dǎo)致三相與單相逆變器的穩(wěn)定性分析存在差異，雖然不少文獻(xiàn)忽略耦合，直接將二者等效也獲得了正確的結(jié)果，但二者的關(guān)聯(lián)與差異未得到系統(tǒng)深入的研究。
　　本文建立了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下PI控制器在靜止坐標(biāo)系下的精確等效模型，定量比較了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下PI控制器與靜止坐標(biāo)系下PI、PR控制器的異同，分析了PI模型與精確等效模型可近似等效的前提條件，解決三相系統(tǒng)與單相系統(tǒng)穩(wěn)定性等效分析的問(wèn)題；最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了精確模型相比PI、PR模型的優(yōu)

4、勢(shì)。所建精確模型可方便地將以單相系統(tǒng)為例的分析拓展到三相系統(tǒng)。數(shù)字控制延時(shí)改變系統(tǒng)相頻曲線，從而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。以往的分析中通常認(rèn)為數(shù)字控制引入的延時(shí)時(shí)間由 DSP的中斷模式與裝載模式?jīng)Q定，其大小等于載波周期或載波周期的一半。數(shù)字控制延時(shí)為固定值的特例分析不能全面體現(xiàn)延時(shí)的作用。本文第三章以 LCL型并網(wǎng)逆變器的單電流環(huán)控制為例，系統(tǒng)地探討了單環(huán)控制下數(shù)字控制延時(shí)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，揭示了數(shù)字控制延時(shí)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的本質(zhì)。依據(jù)延時(shí)引入的

5、相角滯后與延時(shí)時(shí)間呈正比的特性，提出了系統(tǒng)穩(wěn)定邊界估算方法，在此基礎(chǔ)上，提出了一系列延時(shí)時(shí)間調(diào)整方法，通過(guò)優(yōu)化延時(shí)改善穩(wěn)定性，使系統(tǒng)在原來(lái)不能穩(wěn)定的參數(shù)下穩(wěn)定運(yùn)行，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性。所提分析方法同樣適用于其他單環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析。由于電容電壓前饋可等效為電網(wǎng)電壓前饋與網(wǎng)側(cè)電感壓降反饋的疊加，以帶電容電壓前饋的逆變側(cè)電感電流單環(huán)控制為例，研究了數(shù)字控制延時(shí)對(duì)雙環(huán)控制系統(tǒng)的影響。將內(nèi)環(huán)視為改造系統(tǒng)控制對(duì)象、抑制諧振峰的

6、“阻尼”環(huán)節(jié)，研究了前饋通道（等效內(nèi)環(huán)）與前向通道（等效外環(huán)）延時(shí)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。增加電容電壓前饋后，LCL濾波器固有諧振峰被抑制；然而，若延時(shí)時(shí)間未得到合適控制，前饋在抑制LCL濾波器諧振峰的同時(shí)可能引入新的諧振峰，抵消甚至完全消除前饋（內(nèi)環(huán)）的“阻尼”效果。詳細(xì)分析了前饋通道延時(shí)對(duì)諧振峰抑制效果的影響，提出通過(guò)減小延時(shí)以改善系統(tǒng)適應(yīng)性的控制方法，該方法可大幅降低對(duì)外環(huán)數(shù)字控制延時(shí)的限制，改善逆變器對(duì)弱網(wǎng)的適應(yīng)能力，仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

7、驗(yàn)證了分析結(jié)論的正確性。所提分析方法可用于分析其他雙環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。有文獻(xiàn)報(bào)道了隨著逆變器并聯(lián)數(shù)量的增加，系統(tǒng)輸出電能質(zhì)量變差，甚至系統(tǒng)失穩(wěn)的現(xiàn)象。針對(duì)特定案例的分析雖然解釋了部分現(xiàn)象，但分析結(jié)論適用范圍窄，分析方法也難以推廣到其他系統(tǒng)。考慮組網(wǎng)架構(gòu)、控制策略等因素的影響，建立了多逆變器并聯(lián)系統(tǒng)通用分析模型，提出了多逆變系統(tǒng)通用穩(wěn)定判據(jù)。將電壓控制型逆變器或電網(wǎng)完全等效、電流控制型逆變器分別等效為戴維南、諾頓支路，考慮控制策略和本地