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并网逆变器的阻抗重塑控制技术

作者:中国储能电站网 来源:电气新科技 时间:2020-05-22 浏览:
       国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学)、上海电力大学电气工程学院的研究人员涂春鸣、高家元、赵晋斌、张云飞、郭祺,在2020年第6期《电工技术学报》上撰文,针对弱电网下并网逆变器的稳定性控制问题进行了研究。

随着煤、石油以及天然气等不可再生能源的日益枯竭,环境问题日益严重,利用可再生能源发电的分布式发电技术得到快速发展,故其在电网中所占的容量也在不断增加。由于分布式发电系统呈散落分布状,需要大量变压器及较长的输电线路接入大电网,造成电网存在不可忽略的电网阻抗,这种电网通常称为弱电网。

同时,电网运行方式的变化也导致了电网阻抗呈宽范围变化的特点。而并网逆变器作为可再生能源发电与电网的接口,电网阻抗的存在会严重影响逆变器并网系统的控制性能甚至导致系统不稳定。

目前针对弱电网下并网逆变器的稳定性控制问题,许多学者采用不同的分析方法给出了多种解决方案。但是这些研究多关注于逆变器控制器本体的稳定性,系统稳定性分析过程较为复杂。为此,专家们提出基于阻抗的稳定性分析方法,该方法把逆变器和电网视为两个单独的子系统,以阻抗的形式来表示其外特性,并采用基于阻抗的稳定性判据来分析二者之间的交互稳定性。

通过上述研究分析,国家电能变换与控制工程技术研究中心(湖南大学)、上海电力大学电气工程学院的研究人员,在重塑基于阻抗的稳定性判据理论基础上,采用数学方法推导并建立了电流双闭环控制LCL型并网逆变器的诺顿等效串、并联阻抗模型。通过对阻抗模型的阻抗特性进行分析,提出一种保持等效电流源串联输出阻抗不变,优化并联输出阻抗特性的阻抗重塑控制技术。

图1 LCL逆变器并网运行的总体控制结构

图2 电网阻抗检测算法流程

图3 并联阻抗重塑诺顿等效电路

该阻抗重塑技术包含三部分:电网阻抗检测单元、相位裕度定点补偿单元和幅值矫正单元。其中电网阻抗检测单元实现电网阻抗的实时在线检测,并将其检测信息送入到相位裕度定点补偿单元;相位裕度定点补偿单元首先根据送入的电网阻抗信息利用重塑的基于阻抗的稳定性判据计算得到交截频率与对应的相位裕度,然后根据获取的交截频率与相位裕度确定补偿环节参数,实现相位裕度的精确补偿;同时为了实现定点补偿需要幅值矫正单元进行幅值修正。

该阻抗重塑控制技术不仅能够在电网阻抗宽范围变化过程中,保持逆变器并网系统具有恒定的稳定裕度,而且在考虑电网阻抗存在检测误差的情况下,依旧能够保证系统具有良好的稳态和动态性能。而且在投入系统后具有响应速度快、动态性能好的优点。

以上研究成果发表在2020年第6期《电工技术学报》,论文标题为“弱电网下具有定稳定裕度的并网逆变器阻抗重塑分析与设计”,作者为涂春鸣、高家元、赵晋斌、张云飞、郭祺。

关键字:并网逆变器

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