多逆变器网状并联系统稳定性分析

摘要

随着环境问题的恶化和能源危机的日益加剧，分布式电源作为一种新能源受到了广泛关注。然而，微电网运行过程中存在的谐波问题对于系统的正常安全工作影响巨大。目前针对微电网稳定性的研究主要集中在基波和低频振荡，高次谐波的抑制和微电网阻抗重塑等问题的研究还比较匮乏，因此本文介绍了基于阻抗的奈奎斯特稳定性判据，简要分析单母线结构系统高频稳定性。
　　然而在实际应用中，多台逆变器可能并非联结到单一母线，而是形成网状结构，通过线路两两节点联结。针对网状微电网稳定性问题，本文首先分析三节点网状系统稳定性，通过创造虚拟公共耦合点从而将其转化为单母线结构，并多次运用戴维南-诺顿等效变换，简化电路结构，建立等效单戴维南模型，这样只需利用一次基于阻抗的奈奎斯特稳定判据即可判断系统稳定性，方法简单，计算量小。但当网状结构节点数量更多时，此方法受到限制，因此通过对含有 n台逆变器的网状微电网系统进行阻抗模型分析，获得基于阻抗模型的闭环传递函数矩阵，进而应用多项式矩阵分式(MFD)稳定判据进行稳定性分析。相较于基于阻抗的奈奎斯特稳定判据方法， MFD稳定判据方法可以针对含有n台逆变器的复杂网状结构微电网进行有效分析，只运用一次稳定判据即可判断出系统稳定性，同时基于阻抗物理模型建模，特性明确。
　　在研究高频振荡的过程中发现，低频振荡常常会伴随系统中高频谐波出现，因此对两者之间的关联进行研究，分析高频谐波对低频稳定性的影响。首先经过公式推导发现系统中存在的高频谐波会在功率计算中产生偏差，从而降低系统的低频稳定裕度。其次通过改变电压电流环控制参数或添加输出电流前馈的控制方案去除高频谐波，同时达到改善低频稳定性的效果。最后，仿真和实验结果证明了上述分析的正确性。
　　最后搭建三相逆变器实验平台，对硬件和软件实现进行介绍，并通过实验验证了理论分析的正确性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 微电网及其稳定性问题

1.2 研究意义

1.3 微电网稳定性研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 三节点网状微电网高频稳定性研究

2.1 单戴维南模型的建立

2.2 系统高频稳定性分析

2.3 仿真结果与分析

2.4 受控电流源消除谐波法

2.5 本章小结

第3章 n节点网状微电网系统建模与高频稳定性分析

3.1 基于阻抗的奈奎斯特稳定判据分析网状结构

3.2 基于MFD判据的稳定性分析

3.3应用举例（四节点网状微电网稳定性分析）

3.4 本章小结

第4章 孤岛微电网高频和低频稳定性关联

4.1 逆变器系统低频稳定性分析

4.2 三节点网状逆变器并联系统高频稳定性分析

4.3 高低频稳定性关联的理论推导

4.4 高低频稳定性关联的仿真验证

4.5 本章小结

第5章 实验设计及验证

5.1 硬件设计

5.2 软件设计

5.3 实验结果

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢