原创《基于有源阻尼的多逆变器并网谐振抑制》：本文是一篇关于有源阻尼论文范文，可作为相关选题参考,和写作参考文献。
摘 要：
由于电网阻抗的耦合作用,基于LCL滤波器并网的光伏逆变器之间会产生并联谐振.针对多逆变器并网的谐振问题,提出了一种基于多逆变器并网闭环控制模型的有源阻尼控制策略.基于多逆变器并网拓扑,依据戴维南等效定理建立了多逆变器并网的闭环数学模型,分析了多逆变器之间的谐振机理；采用电容电流反馈构成有源阻尼以抑制并网谐振,给出了基于滤波电容电流反馈的多逆变器并网闭环控制框图；依据谐振阻尼表达式研究了有源阻尼系数对并网系统的稳态及动态特性的影响.在三台10 kW并网逆变器上进行了无阻尼环并网控制算法与加入有源阻尼环控制算法的对比实验,实验结果表明了所提出的有源阻尼控制方法的有效性和可行性.
关键词：有源阻尼；并网谐振；戴维南定理；电容电流反馈；谐振机理
DOI：10.15938/j.emc.2017.10.009
中图分类号：TM 464
文献标志码：A
文章编号：1007-449X（2017）10-0062-07
在并网运行模式下,所有并网逆变器在公共耦合点（point of common coupling,PCC）和电网相连,能够通过他们的注入电流改变PCC点电压.理想情况下并网阻抗Zg为零,则逆变器相互之间的耦合作用将不会存在.然而,实际考虑到低压配电网络经常有更高的PCC点电网阻抗,并联逆变器之间产生的复杂谐振问题将不能被忽略[1].由于多逆变器并网依赖于并联逆变器的台数和电网阻抗,因而,并网发电系统中的逆变器可能不按预先设计的控制律运行.事实上,许多光伏電站已经检测出了光伏逆变器的谐振特性,这种情形下超过了谐波规定标准导致许多设备损坏,如电子检测仪表.
一些文献已经对多逆变器的并网模型做了研究.也有其他作者已经研究了逆变器和配电网之间的相互作用.这些研究指出即使所有单台逆变器都能够满足并网标准,谐振情况仍会发生.另外还指出,当光伏并网逆变器的渗透率增加时,电能质量问题也不能忽视[2-5].多逆变器并网的谐振问题已经影响了新能源并网发电技术的大规模推广应用[1,5].因此,研究多逆变器并网谐振原理及其谐振抑制策略具有重要的实际意义.
不同类型的改善方法用以解决LCL滤波器的谐振问题.文献[6-15]给出了传统的单台逆变器消除并网谐振的方法,主要分为两大类：无源阻尼方法和有源阻尼控制方法.无源阻尼方法[12],是通过在LCL滤波器的滤波元件上串联或者并联电阻形成阻尼以抑制LCL的谐振.由于无源阻尼方法自身会产生损耗,具有一定的局限性,逐渐被有源阻尼所取代.有源阻尼的实质是通过加入控制环的方法在被控系统中产生等效的阻尼效果,从而可以达到抑制系统谐振的目的.由于有源阻尼并没有采用实际的电阻器件,不会产生损耗,因此也称为虚拟阻尼方法[6-15].文献[1]提出了针对一种多逆变器并网建模和控制的方法,指出在N台逆变器的硬件和软件相同的情况下,多逆变器并网系统中的单台逆变器的等效电网阻抗为实际电网阻抗的N倍,从而导致LCL的谐振频率点偏移,并采用滤波电容电压反馈,通过超前滞后的补偿方法对多台逆变器的并网谐振进行了抑制.文献[1]、文献[16]、文献[18-19]虽然建立了多逆变器并网的数学模型,并提出了阻尼抑制方法,可是没有考虑闭环控制情况下的阻尼抑制效果.
本文采用戴维南等效电路建立多逆变器并网的闭环谐振模型,并在此基础上分析、抑制并网所产生的谐振.
1多逆变器并网闭环模型
图1为n台光伏逆变器的并网系统原理图.每台光伏逆变器的输出通过LCL滤波器和电网耦合连接在PCC（公共耦合点）,Zk1,Zk3分别为逆变器k的逆变输出侧和并网侧滤波电感对应阻抗,Zk2为滤波器的滤波电容所对应的阻抗,Zg为电网阻抗,在低压配电网络中Zg主要是由配电变压器的漏阻抗组成.uk1为逆变器k的逆变开关侧输出电压,uk2为LCL滤波电容两端电压,uPCC为PCC点电压,ug为电网电压.ik1为流过逆变侧滤波电感的电流,ik2为流过网侧滤波电感的电流,ig为n台并网逆变器注入电网的总电流.每台逆变器均采用单电流环控制,i*k为并网逆变器k的并网电流参考值.工业用并网逆变器考虑到电流互感器的实际安装位置,大多采用逆变侧滤波电感电流反馈控制.采用逆变侧电流控制时,更容易引起谐振导致系统不稳定.从抑制多逆变器的谐振建模及抑制角度出发,采用逆变侧滤波电感电流ik1作为反馈电流控制.
从图4可以看出,单台逆变器并网时幅频特性只有一个谐振峰值,而两台逆变器并网时幅频特性存在两个谐振峰值,谐振峰值1的频率对应fres_1,谐振峰值2的频率对应fres_2,且谐振峰值2的频率低于谐振峰值1的频率.随着并网逆变器台数由2台增加到4台、8台和16台,谐振峰值2的谐振频率逐渐向低频方向减小,而谐振峰值1固定不变.
对于多台逆变器并网时,只有当在假定每台逆变器的硬件和软件参数完全相同的情况下,才能把并网系统中的单台逆变器的等效电网阻抗看成nLg,在这种情况下可以理解为：在电网实际阻抗为Lg的电网中,单台逆变器只有一个谐振峰值,但是由于随着并网逆变器台数的增多,其余n-1台逆变器对该台逆变器在PCC点的影响反映在该台逆变器增加了一个谐振峰值,该附加的谐振频率点随着并网台数的增加向低频处偏移,最终导致逆变器震荡.
而实际的并网逆变器集群系统中,每台逆变器在硬件性能和软件控制方面都会存在着一定的差异,这时多台逆变器并联时的电网阻抗不能看成nLg,而应当以单台逆变器为控制分析对象,把其余的n-1台逆变器看作是扰动源来处理.该项工作将在后续研究工作中开展.
3多台逆变器并网谐振抑制方法
3.1基于滤波电容电流反馈的多逆变器并网数学模型
采用LCL滤波电容电流反馈构成虚拟阻尼,电容电流反馈的等效作用是在LCL中电容串联等效电阻[18].多台逆变器并网的原理图如图5所示.对比图1与图5可知,为了抑制每台并网逆变器采用自身的LCL滤波器的滤波电容电流反馈构成虚拟阻尼,Kvr_1,Kvr_k,Kvr_n分别为第一台,第K台和第n台并网逆变器的有源阻尼系数.图6为图5对应的闭环控制框图.
有源阻尼论文参考资料：
结论：基于有源阻尼的多逆变器并网谐振抑制为关于本文可作为相关专业有源阻尼论文写作研究的大学硕士与本科毕业论文有源阻尼论文开题报告范文和职称论文参考文献资料。
