LCL濾波的并網(wǎng)逆變系統(tǒng)及其適應(yīng)復(fù)雜電網(wǎng)環(huán)境的控制策略.pdf

1、隨著煤、石油、天然氣等常規(guī)資源的日漸枯竭、未來能源和電力需求的持續(xù)增加以及全球生態(tài)環(huán)境的不斷惡化,新能源并網(wǎng)發(fā)電已經(jīng)成為能源和電氣工程領(lǐng)域的研究熱點。并網(wǎng)逆變系統(tǒng)作為發(fā)電源與電網(wǎng)的接口裝置,其性能的優(yōu)劣直接會對注入電網(wǎng)電能的質(zhì)量產(chǎn)生影響,是整個發(fā)電設(shè)備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文以三相電壓型并網(wǎng)逆變系統(tǒng)為研究對象,主要圍繞LCL濾波器參數(shù)的設(shè)計與優(yōu)化、采用LCL濾波器的并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的控制策略以及復(fù)雜電網(wǎng)環(huán)境下的電網(wǎng)電壓信息同步檢測與系統(tǒng)持續(xù)運行能力

2、的提升等問題展開研究,并結(jié)合項目背景,通過構(gòu)建的微型燃氣輪機半物理并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)實驗平臺對論文的研究成果進行實驗驗證。
　　論文首先建立系統(tǒng)的一般數(shù)學(xué)模型以及系統(tǒng)在理想、不平衡、畸變不同電網(wǎng)電壓約束條件下的數(shù)學(xué)模型。指出不平衡、畸變電網(wǎng)環(huán)境下傳統(tǒng)電網(wǎng)電壓信息檢測算法的局限性,提出基于交流幅值積分的寬適應(yīng)范圍電網(wǎng)電壓信息同步檢測算法。提出的算法適用于不平衡、畸變的電網(wǎng)環(huán)境,可以有效抑制諧波干擾、提取電網(wǎng)電壓基波正、負序分量,從而實現(xiàn)其

3、相角、頻率和幅值信息的同步檢測。建立的系統(tǒng)模型和提出的電網(wǎng)電壓信息同步檢測算法為論文后續(xù)的研究奠定基礎(chǔ)。
　　建立LCL濾波器的等效模型,深入分析其工作特性,揭示濾波器參數(shù)及參數(shù)間關(guān)系與濾波器工作特性的內(nèi)在聯(lián)系,提出LCL濾波器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計方案。方案首先給出濾波器參數(shù)計算的依據(jù)與思路,然后列出參數(shù)選取的準則與步驟,最后圍繞濾波器的諧波抑制性能、參數(shù)及其配合關(guān)系以及阻尼損耗等問題對濾波器參數(shù)進一步優(yōu)化。提出的方案能夠反映濾波器參數(shù)

4、及參數(shù)間關(guān)系影響濾波器工作特性的趨勢和強度,并且兼顧了濾波器的諧波抑制性能和阻尼電阻的功率損耗等問題,可以在相同總濾波電感值下獲得更好的濾波效果,同時降低阻尼電阻的功率損耗,提升系統(tǒng)運行的效率。
　　針對采用LCL濾波器的并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的控制策略,首先建立其復(fù)頻域模型,分析系統(tǒng)電流控制回路反饋變量的自由度,并分別指出網(wǎng)側(cè)電流和逆變器側(cè)電流閉環(huán)控制策略各自存在的問題。為解決逆變器側(cè)電流閉環(huán)控制策略存在的并網(wǎng)電流相角滯后問題,分析問題產(chǎn)

5、生的根源,并定義控制復(fù)阻抗的概念,更新逆變器輸出電流的參考指令,從而提出基于控制復(fù)阻抗前饋的復(fù)合間接電流控制策略。提出的控制策略通過逆變器側(cè)電流閉環(huán)控制間接實現(xiàn)了對并網(wǎng)電流的調(diào)節(jié),消除了傳統(tǒng)逆變器側(cè)電流閉環(huán)控制策略存在的并網(wǎng)電流相角滯后現(xiàn)象,提升了系統(tǒng)的運行效率,并且穩(wěn)定性好,便于系統(tǒng)集成,同時不需要增加額外的傳感器。
　　為增強系統(tǒng)在不平衡、畸變電網(wǎng)環(huán)境下的適應(yīng)性,分析單基波正序同步旋轉(zhuǎn)坐標系下系統(tǒng)電流控制回路存在的問題,并定義

6、比例混合積分的概念。針對電網(wǎng)電壓不平衡的影響,提出基于P+NSHI的并網(wǎng)功率脈動抑制策略。然后提出基于P+HHI的并網(wǎng)電流低頻諧波抑制策略,提升系統(tǒng)對電網(wǎng)電壓背景諧波的抗擾能力。最后提出基于P+NSHHI的強電網(wǎng)環(huán)境適應(yīng)性系統(tǒng)控制策略。提出控制策略的電流控制回路只在基波正序同步旋轉(zhuǎn)坐標系下進行,無需電流反饋信號基波正、負序及各次諧波分量的分解,降低了系統(tǒng)控制的復(fù)雜度。提出的控制策略可以實現(xiàn)逆變器輸出電流基波正、負序及諧波分量的無靜差控制