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组串式光伏并网逆变器谐振特性及其抑制策略的研究

余畅舟  
【摘要】:随着光伏并网电站容量的不断扩大,组串式逆变器并联入网结构广泛用于新能源发电系统中。然而,其非隔离型拓扑导致逆变器直接并联时会建立电气耦合;同时,输出高阶滤波器的并联在系统中构成了一个复杂的高阶电网络,使得系统存在谐振风险,制约了大规模并网发电技术的发展。为此,本文针对组串式逆变器并联系统谐振的问题,从可能导致并联谐振的多方面出发,研究输出滤波参数、控制参数、差模共模回路、电网阻抗特性等对组串式逆变器并联谐振的影响,并针对各种不同谐振提出相应的抑制方案,为其在光伏系统中大规模应用奠定基础。论文主要研究工作和创新如下:1)针对LCL型组串式逆变器并联谐振问题,在常规并联小信号等效模型中,根据逆变器输出相频特性结合载波同步性对模型进行修正,得出基于载波同步性的谐振分析模型,并研究滤波器参数、控制参数对谐振特性的影响。同时,提出统一的微分负反馈有源阻尼方案以及应用多采样技术,对谐振进行抑制。另一方面,提出并采用“谐振稳定裕度”对并联逆变器系统谐振程度及谐振抑制有效性进行评估。2)针对LC型组串式逆变器并联谐振问题,在分析了LC型滤波高频特性后,结合2台并联逆变器开关暂态得出并联逆变器环流及特性。考虑逆变器输出寄生参数的影响,得出LC型逆变器并联高频谐振的特性,并概述了高频谐振抑制方案。3)针对电网阻抗特性导致的谐振的影响,分析并提出了“集中等效模型”,将电站中逆变器并联台数和输出功率归一集中至单台等效模型。在此基础上分析了电网特性及逆变器控制对4种不同滤波参数和滤波结构的逆变器的影响,并概述了相应的谐波放大和谐振的抑制方案。4)针对逆变器并联共模谐振问题,建立了单逆变器共模回路阻抗模型,分析了各回路特性。在此基础上建立了并联逆变器共模回路模型,对比并联和单台共模回路的区别,并考虑了光伏阵列寄生电容等因素对共模回路影响及谐振的可能。最后,搭建了4*20kW的组串式光伏并网逆变器实验平台,通过该实验平台,分别对上述LCL型逆变器并联谐振特性、LC型逆变器并联谐振特性、电网阻抗特性对逆变器谐振的影响、逆变器并联共模谐振特性及其相应的抑制策略进行了验证。


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