LCL型逆變器并網(wǎng)-并聯(lián)控制方法研究.pdf

1、分布式發(fā)電作為集中式發(fā)電的有效補(bǔ)充，是可再生能源開發(fā)利用的重要途徑，是緩解全球能源危機(jī)、提高能源可持續(xù)發(fā)展能力的重要舉措。而逆變器作為分布式發(fā)電的關(guān)鍵接口，既能并網(wǎng)工作向配電網(wǎng)饋送電能，又能孤島獨(dú)立運(yùn)行向本地負(fù)荷供電，是分布式發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，是“綠色電能變換”的核心環(huán)節(jié)。本文以模塊化LCL型光伏逆變器為研究對象，研究其在不同工況下的并網(wǎng)控制及多臺并聯(lián)關(guān)鍵技術(shù)，為提高分布式發(fā)電系統(tǒng)的可靠、安全穩(wěn)定、高效高質(zhì)運(yùn)行提供了重要的理論及實(shí)

2、踐指導(dǎo)，對推動我國可再生能源能源分布式發(fā)電和主動配電網(wǎng)的發(fā)展有著重大意義。
　　本文在國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)及電能質(zhì)量控制方法研究”(51237003)、中歐國際合作項(xiàng)目“微網(wǎng)及微網(wǎng)配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量分析與控制”(2010DFA61640)資助下，對LCL型逆變器并網(wǎng)功率與阻尼控制、弱電網(wǎng)下魯棒有源阻尼控制、數(shù)字控制下延時(shí)補(bǔ)償及微電網(wǎng)孤島運(yùn)行下多臺LCL型逆變功率精確分配和環(huán)流抑制方法進(jìn)行研究，主要工作和創(chuàng)新

3、點(diǎn)體現(xiàn)在:
　　(1)針對分布于電網(wǎng)末梢的單相LCL型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，提出一種新型二自由度單電流反饋的功率與有源阻尼控制策略，使系統(tǒng)在向電網(wǎng)與本地負(fù)載提供高品質(zhì)的有功電能的同時(shí)，并具備一定的無功補(bǔ)償、諧振抑制與抗電網(wǎng)頻率波動功能。該策略僅需對并網(wǎng)電流與并網(wǎng)電壓進(jìn)行采樣，無需額外的電壓/電流傳感器，從而降低了硬件成本，并提高了系統(tǒng)可靠性能。針對電網(wǎng)頻率的波動不利于并網(wǎng)電流的穩(wěn)態(tài)性能，提出了一種同步旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)比例積分控制器，提高了控制系統(tǒng)對

4、電網(wǎng)頻率波動的適應(yīng)性和魯棒性。針對LCL濾波器存在諧振尖峰容易導(dǎo)致并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題，采用了一種并網(wǎng)電流反饋有源阻尼方法，并從負(fù)反饋和虛擬阻抗的角度深入分析了其本質(zhì)。針對所提控制策略中參數(shù)需要反復(fù)試湊的不足，通過對電網(wǎng)頻率擾動范圍、并網(wǎng)電流穩(wěn)定誤差及穩(wěn)定裕度的分析，提出新型二自由度單電流控制參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，推導(dǎo)出滿足設(shè)計(jì)要求的新型二自由度單電流控制參數(shù)的取值區(qū)域，選取合適的閉環(huán)參數(shù)，提高了LCL型并網(wǎng)逆變器的穩(wěn)態(tài)與動態(tài)性能。

5、所搭建的2kW單相LCL型光伏并網(wǎng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺驗(yàn)證了所提方法的有效性。
　　(2)針對弱電網(wǎng)下電網(wǎng)阻抗的寬范圍變化極易造成LCL型并網(wǎng)逆變器工作不穩(wěn)定的魯棒性問題，本文探討了并網(wǎng)電流反饋有源阻尼的虛擬阻抗模型，揭示了該有源阻尼方法下虛擬電阻的正負(fù)分界頻率介于1/6與1/3倍系統(tǒng)開關(guān)頻率間是導(dǎo)致弱電網(wǎng)下系統(tǒng)魯棒性差的根本原因，并提出了一種魯棒并網(wǎng)電流反饋有源阻尼控制方法，使得該虛擬電阻在實(shí)際諧振頻率處一直呈現(xiàn)正阻特性。該方法解決了弱

6、電網(wǎng)下LCL型并網(wǎng)逆變器的實(shí)際諧振頻率穿越該分界頻率的穩(wěn)定性問題，提高了對電網(wǎng)阻抗的魯棒性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所搭建的50kW三相LCL型光伏并網(wǎng)發(fā)電實(shí)驗(yàn)平臺驗(yàn)證了所提方法的有效性。
　　(3)針對控制延時(shí)不利于并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定性和控制性能的問題，本文闡述了數(shù)字控制下控制延時(shí)產(chǎn)生的機(jī)理，研究了不同控制延時(shí)對系統(tǒng)環(huán)路增益和控制性能的影響，提出一種改善LCL型逆變器控制性能的三模式兩裝載實(shí)時(shí)PWM控制策略。該策略不僅解除了PWM控制中最大占

7、空比受限的情況，更具有優(yōu)越的正負(fù)半周過渡性能，且完全消除了并網(wǎng)電流環(huán)與有源阻尼環(huán)一拍滯后的計(jì)算延時(shí)，從而大大提高了并網(wǎng)電流的電能質(zhì)量，增強(qiáng)了并網(wǎng)逆變器的穩(wěn)定性和動態(tài)性。此外，該方法還允許0.5倍開關(guān)周期的采樣與占空比計(jì)算時(shí)間，且具備優(yōu)越的正負(fù)半周過渡性能，可適用于較高開關(guān)頻率的單相/三相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，相較于已有的實(shí)時(shí)PWM控制策略更易于在工程上應(yīng)用。
　　(4)為改善微電網(wǎng)孤島運(yùn)行下多LCL型逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的電能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)高精度的

8、功率分配和環(huán)流抑制，在分析多LCL型逆變器并聯(lián)功率分配機(jī)理上，提出了一種低延時(shí)魯棒功率下垂多環(huán)控制方法，包括引入虛擬復(fù)阻抗的網(wǎng)側(cè)電感輸出電壓電流雙閉環(huán)控制和低延時(shí)魯棒功率下垂控制。通過重新設(shè)計(jì)等效輸出阻抗呈阻性，將下垂控制器中有功/無功功率進(jìn)行解耦，同時(shí)削弱了網(wǎng)側(cè)濾波電感對母線電壓的不利影響。通過對有功功率控制構(gòu)造積分器1/s，設(shè)計(jì)Q-f/P-U'魯棒下垂控制器及U'恢復(fù)機(jī)理，提高了逆變器輸出功率對等效輸出阻抗和線路阻抗的魯棒性，解除了