多逆变器并联并网系统谐振失稳分析与抑制策略研究

摘要

以光伏、风电等为代表的新能源发电技术是应对化石能源危机、解决环境保护问题的有效途径。随着新能源渗透率逐年升高，以及电网中其他非线性电力电子设备的广泛使用，电力系统面临谐波、畸变等电能质量问题。高度可控和快速响应的电能质量治理装置，是改善电能质量的理想方案。为了满足日益增加的电能供应及电能质量治理需求，需要寻找有效的扩容方案。受限于功率器件的耐压水平及容量限制，多逆变器模块化并联是解决上述问题的有效途径。但是弱电网条件下，大量非线性功率器件之间和电网阻抗的互相耦合、干扰，影响并网逆变器的控制稳定性。基于此背景，本文展开了多逆变器并联并网系统的谐振失稳分析及抑制的相关研究。具体内容如下： 首先，对多逆变器并联并网系统的基本结构进行了描述。以单台逆变器为例，介绍了其电路结构和控制策略。在此基础上发现，不同的电路拓扑和控制策略的逆变器，均可通过等效变换的方法，得到闭环传递函数框图的标准型。分析了影响单机逆变器并网系统稳定性的因素，指出单机系统稳定是多逆变器系统稳定的充分条件；结合各个应用领域控制目标，进行了稳定性问题的统一归类；将控制策略、延时环节等环节，通过电路的形式表示，结合开环模型进而得到单机系统的导纳模型。并将单机的导纳模型推广到了多逆变器并联系统，对多逆变器情况下的稳定性机理进行了阐述。 其次，本文阐述比较了稳定性分析的几种方法，包括时域分析法、模态分析法和阻抗法。然后，从全局导纳频域特性的角度，揭示了多逆变器并联系统存在稳定性问题的本质原因。在此基础上，提出一种针对多逆变器并联并网系统的改进Nyqusit的谐振失稳判据。基于改进判据，提出多逆变器并联谐振失稳的评估及定责方法，将每台逆变器对并联系统失稳造成的影响进行了量化。 再次，本文围绕谐振失稳抑制方法展开研究。通过小波包分解法，可以得出谐振信号所在频带，但是并不能得到精准的谐振频率。因此提出了一种具有自适应特性的串联SOGI的谐振频率提取方法，来有效提取频率未知的谐振信号。此外，与本文第三章的稳定性判据相结合，针对谐振失稳抑制目标，提出了一种基于全局导纳的全局有源抑制方案，以达到谐振失稳抑制的目的。

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