电网电压不对称条件下三相并网逆变器的安全运行区域研究

摘要

随着新能源发电容量占比的增加，新能源发电系统对电网的影响越来越深，为了保障电网的稳定运行，电网故障期间要求并网逆变器具有故障穿越能力的同时还要求具有无功支撑能力。故障穿越能力与无功支撑能力之间是相互约束的关系，在满足安全运行的前提下，对并网逆变器在电网故障期间最大的功率输出能力以及功率调整范围等问题的分析具有重要研究意义。本文以三相并网逆变器为研究对象，主要就电网电压不对称情况下并网逆变器的瞬时功率各分量对逆变器直流侧和交流侧的影响，逆变器安全运行区域等关键问题进行分析探讨。
　　论文首先对电网电压不对称情况下并网逆变器瞬时功率中各功率分量对逆变器直流侧和交流侧的影响进行了分析。电网电压不对称情况下，瞬时功率由正、负序直流分量和二倍频交流分量组成。本文通过对瞬时功率表达式的分析推导，明确了各功率分量的特点，特别是瞬时功率相互正交的两个二倍频交流分量中，一个分量由正、负序有功功率决定，另一个由正、负序无功功率决定这一特点为后文的安全运行分析研究提供了很大的方便。对瞬时功率各分量对逆变器直流侧和交流侧的影响进行分析，为安全运行区域的分析提供重要指导。分析表明，瞬时有功功率波动分量会引起直流母线电压波动，而瞬时无功功率波动分量对逆变器直流侧和交流侧都没有影响，正序无功功率可以补偿正序电压而负序无功功率可以降低负序电压。文章通过仿真与实验分析验证了以上分析的正确性。
　　针对电网电压不对称情况下并网逆变器中各功率分量的安全运行区域的分析本文提出了一种优先级分析法。本文充分考虑电压、电流以及瞬时有功功率波动三种影响并网逆变器安全运行的因素，分析了各功率分量与三种因素之间的关系。由于每种影响因素都与四种功率分量相关，在满足安全运行的前提下，其中任何一种功率分量输出大小发生变化，其余功率分量的安全运行范围也将发生变化，如果每种功率分量的安全运行区域是通过将其余分量设置为0分析得出，这样的分析结果意义不大，但又难以一次性分析出所有功率分量的安全运行区域，针对这一问题，本文提出了一种通过设置优先级来分析安全运行区域的方法。在优先级较低的功率分量为0的情况下，首先分析优先级最高的功率分量的安全运行区域，在安全区域内选择一个值作为该功率分量的输出参考值，在优先级最高的功率分量输出值确定的基础上进一步分析优先级较低的功率分量的安全运行区域。通过此方法，一方面可以确保所有功率分量输出指令的选取符合安全运行限制条件，另一方面也可用于判断功率输出指令是否符合安全运行条件，如果不符合，还可以对调整方案提供帮助。
　　根据本文所提出的优先级分析法，文章最后针对强电网和弱电网两种情况，以单相电压跌落为例，分别分析了无功功率优先和有功功率优先两种优先级设置方式下，不同电压跌落程度下并网逆变器的安全运行区域，并通过仿真与实验验证了分析结果的正确性。

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英文摘要

目录

1 绪 论

1.1研究背景与意义

1.2电网故障情况下瞬时功率的分析研究现状

1.3电网故障情况下安全运行区域分析

1.4研究内容

2 电网电压不对称情况下三相并网逆变器的瞬时功率分析

2.1引言

2.2电网电压不对称情况下并网逆变器的瞬时功率分析

2.3瞬时功率中各功率分量的影响分析

2.4仿真与实验分析

2.5小结

3 不对称电网下三相并网逆变器的安全运行区域分析方法

3.1引言

3.2约束条件与功率变量之间的关系式分析

3.3电网电压对称情况下的安全运行区域分析方法

3.4电网电压不对称情况下的安全运行区域分析方法

3.5小结

4 不对称电网下三相并网逆变器安全运行区域分析

4.1引言

4.2功率控制策略分析

4.3强电网中三相并网逆变器的安全运行区域分析

4.4弱电网中三相并网逆变器的安全运行区域分析

4.5仿真与实验验证

4.6安全运行分析在线应用探讨

4.7小结

5 结论与展望

5.1总结

5.2后续研究展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目