LCL型逆變器并網-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、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)電的關鍵接口，既能并網工作向配電網饋送電能，又能孤島獨立運行向本地負荷供電，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控制及多臺并聯(lián)關鍵技術，為提高分布式發(fā)電系統(tǒng)的可靠、安全穩(wěn)定、高效高質運行提供了重要的理論及實

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

3、點體現(xiàn)在:
　　(1)針對分布于電網末梢的單相LCL型并網發(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)在向電網與本地負載提供高品質的有功電能的同時，并具備一定的無功補償、諧振抑制與抗電網頻率波動功能。該策略僅需對并網電流與并網電壓進行采樣，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。針對電網頻率的波動不利于并網電流的穩(wěn)態(tài)性能，提出了一種同步旋轉準比例積分控制器，提高了控制系統(tǒng)對

4、電網頻率波動的適應性和魯棒性。針對LCL濾波器存在諧振尖峰容易導致并網逆變器系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題，采用了一種并網電流反饋有源阻尼方法，并從負反饋和虛擬阻抗的角度深入分析了其本質。針對所提控制策略中參數(shù)需要反復試湊的不足，通過對電網頻率擾動范圍、并網電流穩(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)化設計方法，推導出滿足設計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型光伏并網發(fā)電實驗平臺驗證了所提方法的有效性。
　　(2)針對弱電網下電網阻抗的寬范圍變化極易造成LCL型并網逆變器工作不穩(wěn)定的魯棒性問題，本文探討了并網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分界頻率介于1/6與1/3倍系統(tǒng)開關頻率間是導致弱電網下系統(tǒng)魯棒性差的根本原因，并提出了一種魯棒并網電流反饋有源阻尼控制方法，使得該虛擬電阻在實際諧振頻率處一直呈現(xiàn)正阻特性。該方法解決了弱

6、電網下LCL型并網逆變器的實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型光伏并網發(fā)電實驗平臺驗證了所提方法的有效性。
　　(3)針對控制延時不利于并網逆變器穩(wěn)定性和控制性能的問題，本文闡述了數(shù)字控制下控制延時產生的機理，研究了不同控制延時對系統(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時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)越的正負半周過渡性能，且完全消除了并網電流環(huán)與有源阻尼環(huán)一拍滯后的計算延時，從而大大提高了并網電流的電能質量，增強了并網逆變器的穩(wěn)定性和動態(tài)性。此外，該方法還允許0.5倍開關周期的采樣與占空比計算時間，且具備優(yōu)越的正負半周過渡性能，可適用于較高開關頻率的單相/三相并網發(fā)電系統(tǒng)，相較于已有的實時PWM控制策略更易于在工程上應用。
　　(4)為改善微電網孤島運行下多LCL型逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的電能質量，實現(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)功率分配機理上，提出了一種低延時魯棒功率下垂多環(huán)控制方法，包括引入虛擬復阻抗的網側電感輸出電壓電流雙閉環(huán)控制和低延時魯棒功率下垂控制。通過重新設計等效輸出阻抗呈阻性，將下垂控制器中有功/無功功率進行解耦，同時削弱了網側濾波電感對母線電壓的不利影響。通過對有功功率控制構造積分器1/s，設計Q-f/P-U'魯棒下垂控制器及U'恢復機理，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