基于模态分析的多逆变器并网谐振问题研究

摘要

目前，全球能源危机和环境问题日益加剧，风力发电、光伏发电等可再生能源并网发电技术越来越受到人们的重视，已成为能源可持续发展战略的重要组成部分。在光伏电站、风电场以及包含其他新能源发电的微电网中，通常采用多个逆变器并联入网的系统结构。在实际工程随着 LCL滤波器的广泛使用以及电网阻抗和系统中的非线性因素影响，在多逆变器并网系统中易出现谐振问题。谐波谐振一方会导致电网的电能质量下降，另一方面可诱发谐波不稳定性，进一步可导致系统不稳定，威胁着系统的安全稳定运行。
　　本文针对多逆变器并网系统的谐波谐振问题，首先，提出了一种基于模态分析确定系统谐振频率及谐振特性的方法。通过与传统的利用传递函数频率特性求系统谐振频率及特性进行对比，验证了模态分析方法的有效性。其次，针对多逆变器并网谐振时确定系统中各元件的参与程度，获得更多谐振相关信息，进行谐波谐振灵敏度分析。最后，提出了一种基于逆变器输出阻抗重塑的谐振抑制策略，通过理论分析与RT-LAB实验验证了该策略的有效性。其中主要研究内容包括：
　　（1）针对确定多逆变器并网系统的谐振频率及谐振特性的问题，提出了一种基于模态分析求解的方法。分别对同类型逆变器不同数量构成的系统、不同参数、种类、数量逆变器构成的并网系统进行了分析。所得结果，与传递函数分析方法所得结果一致，证明了该方法的有效性。
　　（2）基于灵敏度分析理论，在模态分析的基础上对多逆变器并网系统谐波谐振进行灵敏度分析。通过分析确定某一谐振频率下，系统各元件、参数对该次谐波谐振的参与程度，为调整系统元件参数降低模态阻抗，达到削弱谐波谐振提供理论依据。谐波谐振灵敏度分析结果，不仅有利于系统谐振的治理，也为系统元件参数的设计提供了依据。
　　（3）针对谐波谐振抑制问题，提出了一种基于逆变器输出阻抗重塑的抑制策略。首先，列举了各种重塑形式，分析了重塑形式的等效控制拓扑。以“并联阻抗”重塑为例，具体分析了其控制的实现形式，通过环路拆分与优化，寻找了一种等效的控制实现方式。通过理论分析、PSCAD/EMTDC仿真和进行RT-LAB实验，揭示了并联阻抗重塑的效果。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 多逆变器并网系统谐波谐振问题研究现状

1.3 本文研究的主要内容

第2章 基于模态分析的多逆变器并网系统谐波谐振特性研究

2.1 谐波谐振模态分析原理

2.2 多逆变器并网系统谐波谐振模态分析研究

2.3 多逆变器并网系统谐波谐振频域分析

2.4 本章小结

第3章 基于模态灵敏度的多逆变器并网系统谐波谐振灵敏度分析

3.1 谐波谐振灵敏度分析原理

3.2 多逆变器并网系统谐波谐振灵敏度分析

3.3 算例验证

3.4 仿真分析

3.5 本章小结

第4章 基于阻抗重塑的多逆变器并网系统谐振抑制策略研究

4.1 并网逆变器谐振抑制思路分析

4.2 逆变器输出阻抗重塑的形式及其等效控制

4.3并联阻抗重塑的控制实现及其等效优化控制

4.4 并联阻抗重塑谐振抑制及稳定性分析

4.5 时域仿真分析

4.6 RT-LAB半实物在环实验

4.7 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间取得的成果