一种应对复杂稳定性问题的导纳合成相量分析方法技术

本发明专利技术公开了一种用于分析LCL型并网逆变器多个导纳并联情况下的相量分析方法，属于电能变换装置的直流

【技术实现步骤摘要】
一种应对复杂稳定性问题的导纳合成相量分析方法


[0001]本专利技术涉及一种用于应对复杂稳定性问题的导纳合成相量分析方法，属于电能变换装置的直流
‑
交流变换器领域。

技术介绍

[0002]目前，开发新型可再生能源最主要的方式是基于可再生能源的分布式发电。并网逆变器作为可再生能源与电网及负载之间的能量交换接口，是新能源发电必不可少的环节。然而，随着新能源渗透率的提高，公共耦合点处电网存在不可忽略的电网阻抗。在较高的电网阻抗下，系统中低频谐波的影响更为显著，作为并网接口的逆变器可能会不稳定，这会对新能源并网发电系统稳定和高效运行带来严峻挑战。
[0003]并网逆变器常利用电流反馈的控制方式，以获得较高的功率因数。对于采用电流型控制方式的并网逆变器来说，为了保证并网逆变器的并网电流与电网电压同步，通常采用锁相环(phase
‑
locked loop，PLL)来获取电网电压相位信息。另一方面，接入点处电压中存在的大量背景谐波会导致并网电流畸变，同时，电网电压基波分量也会影响并网电流的幅值和相位。电网电压前馈是常用的削弱电网电压对并网电流影响的方式。考虑锁相环和电网电压前馈时，并网逆变器输出导纳相当于在原来的基础上并联了两个负导纳，改变了中低频段的输出特性。当电网阻抗进一步增加，其与并网逆变器输出导纳的交截频率进入中低频段时，锁相环和电网电压前馈均可能对系统的稳定性产生不利影响，此时系统的稳定性问题变得复杂。

技术实现思路

[0004]为提高弱电网下LCL型并网逆变器的鲁棒性，本专利技术提出了一种基于导纳合成相量法的分析和优化方法，帮助分析多导纳并联情况下的伯德图结果并指导优化环节的参数设计。
[0005]本专利技术为解决其技术问题采用如下技术方案：
[0006]考虑电网阻抗宽范围变化情况下，常用的锁相环和电网电压前馈策略均会对系统的稳定性带来不利影响。针对两种因素同时存在的频段，利用导纳合成相量法来分析两种因素共同作用的机理，并用于指导参数设计。
[0007]所述导纳合成相量法及优化设计的实现方法包括如下步骤：
[0008](1)考虑锁相环和电网电压前馈后，相当于在原有导纳基础上并联了两个导纳。对于多个导纳并联的情况，分清各自的作用机理以及共同的作用效果至关重要。现有的阻抗分析方法应对多个不稳定因素时，伯德图结果不够清晰，需要一种新的方法帮助我们分析结果。本项目提出的导纳合成相量法，根据伯德图幅值和相位结果，定量地分析多个导纳之间的相对关系及合成效果；
[0009](2)为削弱不稳定因素的作用效果，本项目拟采用加入滤波器的方式。在采样的电压后添加数字或模拟滤波器，由于数字滤波器便于参数调整、实现方便，本项目中采用数字
滤波器。由于存在多个滤波器参数，应考虑如何优化设计以达到最佳改善效果，因此，其设计过程值得考虑。可以利用上述提出的导纳合成相量法，得到调整后的整体效果，再根据约束条件依次确定滤波器类型及具体内部参数；
[0010]本专利技术的有益效果如下：
[0011]1、导纳并联的情况下，导纳的幅值和相位均会对合成结果产生影响。单独改进各个导纳，输出结果是不可控的。本专利技术提出的导纳合成相量法可以定量分析各部分与整体之间的关系，实现准确控制输出效果的目标。
[0012]2、将导纳合成相量法的分析结果用于参数设计，并以系统的相位裕度为目标，实现有效抑制锁相环和电网电压前馈的影响，提高弱电网下并网逆变器的鲁棒性。
附图说明
[0013]图1为本专利技术所用的数字控制并网逆变器电路拓扑及控制结构图，其中：V
in
为输入电压；S1‑‑
S4为功率开关管；v
inv
为逆变桥中点输出电压；L1为逆变器侧电感；L2为网侧电感；C为输出滤波电容；i
L1
为逆变器侧电感电流；i
g
为并网电流；i
C
为滤波电容电流；v
PCC
为公共耦合点电压；Z
g
为电网阻抗；v
g
为电网电压；ZOH为零阶保持器，会引入0.5拍延时；PLL为单相锁相环；cosθ为电网电压相位；I
*
为并网电流基准i
ref
的幅值给定值；G
i
(z)为电流环调节器；G
ff
(z)为电网电压前馈函数；H
i1
为滤波电容电流i
C
的采样系数；H
i2
为并网电流i
g
的采样系数；v
M
为调制波信号；SPWM为正弦脉宽调制，本专利技术采用的是单极倍频调制方式。
[0014]图2为对应的并网逆变器控制框图，其中：i
ref
(s)为并网电流基准；I
*
为并网电流基准i
ref
的幅值给定值；cosθ为电网电压相位；G
i
(s)为电流环调节器；G
d
(s)为数字控制延时，包括1拍的计算延时和0.5拍的调制延时，记为G
d
(s)＝e
‑
1.5sTs
；G
PLL
(s)为锁相环等效的传递函数；G
ff
(s)为电网电压前馈函数；K
PWM
为调制波信号到逆变桥输出电压的传递函数；v
inv
(s)为逆变桥中点输出电压信号；Z
L1
(s)为逆变器侧电感的阻抗；Z
L2
(s)为网侧电感的阻抗；Z
C
(s)为输出滤波电容的阻抗；i
C
(s)为输出滤波电容电流信号；i
g
(s)为并网电流信号；v
PCC
(s)为公共耦合点电压信号；H
i1
为滤波电容电流的采样系数；H
i2
为并网电流的采样系数。
[0015]图3为并网逆变器控制框图的简化数学模型，其中：i
ref
(s)为并网电流基准信号；I
*
为并网电流基准i
ref
的幅值给定值；cosθ为电网电压相位；G
i
(s)为电流环调节器；G
x1
(s)和G
x2
(s)为简化后的等效传递函数；G
PLL
(s)为锁相环等效的传递函数；G
ff
(s)为电网电压前馈函数；v
PCC
(s)为公共耦合点电压信号；i
g
(s)为并网电流信号；H
i2
为并网电流的采样系数。
[0016]图4为并网逆变器输出导纳及各部分组成导纳的伯德图，其中：横坐标为频率f；纵坐标为幅值和相角；区域I为本专利技术讨论的锁相环主导不稳定区域；区域II为锁相环和电网电压前馈共同作用的不稳定区域；区域III为电网电压前馈主导的不稳定区域；f
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于分析弱电网下LCL型并网逆变器复杂稳定性问题的导纳合成相量分析方法，该方法采用的LCL型并网逆变器由全桥结构构成，包括四个开关管S1、S2、S3、S4，其中S1和S2、S3和S4分别构成两组桥臂；全桥结构的输出端连接LCL滤波器后并联入网，LCL滤波器包括逆变器侧电感L1、网侧电感L2、输出滤波电容C；所述LCL型并网逆变器采用单相锁相环获取电网电压相位，生成并网电流基准信号，以实现并网电流与电网同步；在输出的并网电流中，除了上述基准信号分量外，还包括电网电压扰动分量；为了降低扰动分量的影响以提高并网电流质量，并网逆变器将电网电压分量前馈至调制波中，用以抵消并网电流中扰动分量的影响；导纳合成相量分析方法的实现过程包括如下步骤：(1)考虑锁相环和电网电压前馈后，相...

【专利技术属性】
技术研发人员：方天治，张惠丽，刘昊，章益凡，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：