《電工技術(shù)學報》指出,隨著分布式電源并網(wǎng)功率的逐漸增加及接入點的廣泛分布,電網(wǎng)越來越表現(xiàn)出弱電性,即電網(wǎng)阻抗相對較大,此時在并網(wǎng)逆變電源中廣泛應用的電網(wǎng)電壓前饋控制會嚴重影響到逆變電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性.
以l型濾波并網(wǎng)逆變電源為研究對象,采用框圖等效變換的方法分析弱電網(wǎng)情況下前饋控制對并網(wǎng)逆變電源特性的影響機理,以及電網(wǎng)等值電感和阻感比對逆變電源系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響規(guī)律,并在電壓前饋通道中引入一種帶通濾波環(huán)節(jié),提高弱電網(wǎng)下并網(wǎng)逆變電源的魯棒穩(wěn)定性.分析表明,附加帶通濾波環(huán)節(jié)的電壓前饋控制可使得逆變電源在短路比較小的弱電網(wǎng)中仍能夠穩(wěn)定工作.后,搭建一臺66kv·a并網(wǎng)逆變電源實驗樣機,實驗結(jié)果驗證了理論分析的正確性和所提改進策略的有效性.
隨著我國智能電網(wǎng)建設的需要,分布式發(fā)電逆變電源系統(tǒng)在未來電網(wǎng)中所占的比例將持續(xù)增大[1].并網(wǎng)逆變電源作為分布式發(fā)電的重要接口及電能質(zhì)量治理的必要設備,如新能源并網(wǎng)逆變電源[2]、有源電力濾波器(activepowerfilter,apf)[3]和靜止無功發(fā)生器(staticvargenerator,svg)[4]等,在智能電網(wǎng)建設中起著至關(guān)重要的作用.
一方面,并網(wǎng)逆變電源通常分散地接入低壓配電網(wǎng)中,為滿足分散用戶的需求,低壓配電逆變電源線路往往較長,逆變電源線路阻抗較大,使得配電網(wǎng)表現(xiàn)為弱電網(wǎng);另一方面,并網(wǎng)逆變電源的性能受到電網(wǎng)電壓擾動的直接影響,為此常采用前饋控制策略來抑制電網(wǎng)電壓波動和畸變對并網(wǎng)電流的影響,增強并網(wǎng)變流器的抗擾能力[4,5].然而,在弱電網(wǎng)下,電網(wǎng)電壓前饋控制的引入將會降低并網(wǎng)逆變電源的穩(wěn)定裕量.
已有文獻從不同的角度對電網(wǎng)阻抗引起的并網(wǎng)逆變電源魯棒穩(wěn)定性問題進行了研究.文獻[6]對l和lcl濾波光伏逆變電源在感性電網(wǎng)阻抗下的穩(wěn)定性進行了研究.文獻[7]基于逆變電源輸出阻抗模型研究了電網(wǎng)阻抗對lcl濾波并網(wǎng)逆變逆變電源系統(tǒng)魯棒性及抗擾性的影響,并提出虛擬阻抗法對逆變電源輸出阻抗進行校正.
文獻[8]采用在公共耦合點并聯(lián)rc支路的方法對電網(wǎng)阻抗進行調(diào)節(jié)以提高lcl濾波并網(wǎng)逆變電源對電網(wǎng)阻抗的魯棒穩(wěn)定性.此外,文獻[9-11]也針對電網(wǎng)阻抗對并網(wǎng)逆變電源穩(wěn)定性的影響進行了深入分析,但以上分析中均未考慮電網(wǎng)電壓前饋.由于電網(wǎng)電壓前饋可減小裝置啟動時的電流沖擊[12,13],而被廣泛應用在并網(wǎng)逆變電源控制中,但在弱電網(wǎng)條件下電壓前饋會對逆變電源系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性造成嚴重影響.
文獻[14]討論了弱電網(wǎng)下前饋補償對lcl濾波并網(wǎng)逆變電源穩(wěn)定性的影響,指出弱電網(wǎng)情況下前饋補償將引入額外的電流正反饋通路進而導致并網(wǎng)電流現(xiàn)諧波甚至不穩(wěn)定.文獻[15]對弱電網(wǎng)下前饋控制對lcl濾波并網(wǎng)逆變電源穩(wěn)定性的影響進行了分析,并提出一種基于電網(wǎng)阻抗測量的自適應電流控制方法,但該方法依賴于準確的電網(wǎng)感抗值,并且需要在線測量電網(wǎng)阻抗,導致算法比較復雜,此外,其補償項含有微分項,在工程應用中會面臨逆變電源系統(tǒng)噪聲干擾的問題.
文獻[16]針對lcl濾波并網(wǎng)逆變電源提出了利用二階廣義積分器(second-ordergeneralizedintegrator,sogi)帶通濾波特性的改進前饋控制方法,提高了弱電網(wǎng)下逆變電源系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性.
濾波器是并網(wǎng)逆變電源接入電網(wǎng)的必要器件,目前廣泛采用的濾波器類型有l(wèi)和lcl兩種.lcl濾波器對網(wǎng)側(cè)電流諧波具有更好的濾波效果,而l濾波器結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性更好,在實際中兩者都得到了廣泛應用.前述研究主要針對lcl濾波并網(wǎng)逆變電源,而對l濾波并網(wǎng)逆變電源中前饋控制引起的穩(wěn)定性問題研究較少.l和lcl濾波器在結(jié)構(gòu)上的差異導致電壓前饋對逆變電源系統(tǒng)穩(wěn)定性影響的機理不相同,有必要進一步研究l濾波并網(wǎng)逆變電源中前饋控制引起的逆變電源系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性問題.
本文以l濾波并網(wǎng)逆變電源為研究對象,通過框圖等效變換針對弱電網(wǎng)條件下電壓前饋對并網(wǎng)逆變電源特性的影響機理進行了分析,并采用根軌跡和小增益定理研究了電網(wǎng)阻抗對并網(wǎng)逆變電源魯棒穩(wěn)定性的影響規(guī)律.
為了解決采用傳統(tǒng)電壓前饋時并網(wǎng)逆變電源對電網(wǎng)阻抗魯棒穩(wěn)定性較低的問題,在前饋通道引入了一種帶通濾波環(huán)節(jié),分析了帶通濾波器不同帶寬對逆變電源系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性的影響,并給出帶寬的選取原則.后,通過實驗驗證了本文理論分析的正確性與所提控制策略的有效性.
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