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分布式发电并网逆变器的控制策略研究

谢文浩  
【摘要】:随着环境恶化和能源危机,可再生能源的开发和利用已经被提升到了国家战略的高度。其中,分布式微电网实现新能源发电的就地消纳,有效提高了光伏和风电的利用率,具有更高的经济效益,因此受到广泛关注。并网逆变器作为新能源电站与微电网的接口,其控制性能对微电网的供电能力有着重要影响。为此,本文从逆变器谐振、功率设定和故障保护措施方面展开研究,进而对并网逆变器的电流环和功率环提出改进的控制策略。论文分析了LCL滤波器谐振的问题。首先比较了六种无源阻尼方案和三种有源阻尼控制策略。进而指出基于状态反馈控制的有源阻尼方法具有高频谐波衰减能力强,暂态响应快,对电网阻抗变化鲁棒性好的优势。然后在此基础上,提出一种实用的状态反馈系数设计方法,以及相应的电流环控制器整定方法。论文对多逆变器并联运行,电流环虚拟阻抗控制策略进行了深入的研究。首先对并网逆变器做诺顿等效变换,然后提出一种基于电压前馈控制的阻抗重塑方法。该控制策略显著增大了逆变器的输出阻抗,有效降低了电网扰动下逆变器并网电流的谐波含量,进而抑制了逆变器与电网之间的谐振。其次本文针对多个并网逆变器并联的功率控制策略的稳定性进行了研究。提出了一种改进的虚拟同步发电机控制策略,借鉴同步发电机的运动方程在下垂控制的基础上引入虚拟转矩的概念,使逆变器同时拥有较大的输出惯性和二次调频的能力。在此基础上建立了改进控制策略的小信号模型,进而量化分析了控制器参数与暂态响应的关系。最后,论文研究了电网故障导致电压跌落时逆变器的低电压穿越控制策略。针对电压不对称跌落时并网电流发生畸变,提出改进的平衡正序电流控制法,维持并网电流三相对称,同时通过无功注入抬升电网电压跌落。此外,比较研究了被动孤岛检测法和主动孤岛检测法,分析了各自的优缺点。


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