基于自适应阻抗重塑的并网逆变器谐振抑制方法研究

摘要

LCL型并网逆变器的滤波电路是一个三阶振荡系统，在谐振频率处存在严重的谐振尖峰，严重影响并网电流质量，极易破坏并网逆变器的稳定运行，谐振问题限制了大规模分布式发电技术的发展。在多逆变器并联系统中，并网逆变器的等效电网阻抗会造成谐振频率点变化，降低控制系统稳定性。为了减弱这种影响，本文提出一种基于自适应阻抗重塑的并网逆变器谐振抑制方法，该方法解决了现有控制系统复杂、控制参数不易调整等问题，提高了控制系统对等效电网阻抗变化的适应性。 首先，建立并联系统阻抗网络的开环、闭环模型，进行谐振机理分析，并指出等效电网阻抗的变化规律。利用诺顿等效原理建立开环模型，考虑逆变器并联台数、电网负荷、电网阻抗等因素，分析阻抗模型频域特性，得出结论：电网阻抗、逆变器并联台数不利于系统稳定。利用戴维南等效原理建立闭环模型，与单台逆变器输出电流表达式对比分析，得出结论：等效电网阻抗等于逆变器并联台数与电网阻抗相乘。 接着，对并网逆变器谐振抑制方法进行总结。分析无源、有源阻尼法的原理和效果，并从集中式谐振抑制法、单体式谐振抑制法两个方面，总结并联系统谐振抑制方法，选取逆变器机侧电流反馈+电容电流比例反馈的阻抗重塑方法抑制谐振，并指出等效电网阻抗对此控制方法的不利影响。 然后，提出一种自适应阻抗重塑控制方法，提高逆变器控制系统对等效电网阻抗变化的适应性。该方法根据等效电网阻抗值，自适应调整阻抗系数Rir、比例系数kp、谐振系数kr。该方法利用阻抗重塑单元改善并网逆变器输出阻抗特性，向微电网动态注入阻尼量；利用QPR控制器单元维持电流环稳定，并详细介绍了系统参数设计过程。 最后，通过仿真和实验，验证了所提控制方法的正确性和有效性。利用Matlab搭建LCL型并网逆变器仿真模型，进行谐振抑制验证。设计了2kW并网逆变器实验平台并进行实验，结果表明：本文提出的自适应控制方法，能有效提高控制系统对等效电网阻抗变化的适应性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 LCL型并网逆变器谐振机理建模

1.2.2 LCL型并网逆变器谐振抑制技术

1.3 研究的主要内容及章节安排

第二章LCL型并网逆变器阻抗模型及谐振机理分析

2.1 单台逆变器的阻抗模型及谐振机理分析

2.1.1 单台逆变器输出阻抗模型

2.1.2 单台逆变器谐振机理分析

2.2 多台逆变器并联系统的阻抗模型及谐振机理分析

2.2.1 多逆变器并联系统的总体结构介绍

2.2.2 多逆变器并联系统阻抗网络模型

2.2.3 多逆变器并联系统谐振机理分析

2.2.4 并网逆变器等效电网阻抗数学模型

2.3 本章小结

第三章 LCL型并网逆变器谐振抑制方法研究

3.1 单台逆变器的谐振抑制方法

3.1.1 无源阻尼法

3.1.2 有源阻尼法

3.2 多台逆变器并联系统的谐振抑制方法

3.2.1 集中式谐振抑制法

3.2.2 单体式谐振抑制法

3.3 本章小结

第四章基于自适应阻抗重塑的并网逆变器谐振抑制方法

4.1 阻抗重塑控制方法设计及分析

4.1.1 阻抗重塑控制方法的选取

4.1.2 电流控制器的选取

4.1.3 等效电网阻抗对阻抗重塑控制方法的影响

4.2 自适应阻抗重塑控制方法的设计

4.2.1 自适应阻抗重塑控制系统结构分析

4.2.2 自适应阻抗重塑控制参数设计

4.3 电网阻抗在线检测原理

4.4 仿真结果及分析

4.4.1 仿真模型搭建及参数设置

4.4.2 控制系统频域特性分析

4.4.3 谐振抑制效果分析

4.5 本章小结

第五章实验平台设计及其实验分析

5.1 三相LCL型并网逆变器实验平台结构

5.2 硬件电路设计

5.2.1 功率电路设计

5.2.2 电压电流采样调理电路设计

5.2.3 控制板设计

5.3 软件设计

5.3.1 主程序设计

5.3.2 中断程序设计

5.3.3 电网阻抗在线检测程序设计

5.3.4 自适应阻抗重塑程序设计

5.4 实验结果及其分析

5.4.1 理想电网下的并网实验

5.4.2 基于自适应阻抗重塑的谐振抑制实验

5.5 本章小结

第六章总结与展望

6.1 本文总结

6.2 未来展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果