[發明專利]考慮鎖相環的單相并網逆變器小信號阻抗建模方法

有效

• 申請號: 201810629518.X
• 申請日: 2018-06-19
• 公開（公告）號: CN108964118B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 陳燕東;王伊;伍文華;謝志為;羅安
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強;王娟

本發明公開了一種考慮鎖相環的單相并網逆變器小信號阻抗建模方法，利用諧波線性化構建了含單相鎖相環的并網逆變器小信號阻抗模型，解決了單相并網逆變器寬頻帶阻抗精確建模難題。基于該模型，可分析電網阻抗和鎖相環帶寬對系統穩定性的影響。當電網阻抗較小時，鎖相環對系統穩定性的影響可以忽略不計；而當電網表現為弱電網時，隨著鎖相環帶寬的增大，系統的相角裕度將會逐漸下降，甚至變為不穩定狀態。本發明為單相并網逆變器接入電網的小擾動穩定性分析提供了模型和方法，有利于單相逆變器并網系統的推廣和應用。

技術領域

本發明涉及可再生能源發電系統領域，特別是一種考慮鎖相環的單相并網逆變器小信號阻抗建模方法。

背景技術

風能、太陽能等新能源發電裝置需要通過電力電子變換器，也就是并網逆變器接入電網中。并網逆變器作為并網發電系統的核心裝置，其拓撲結構、控制策略及參數都將直接影響到并網電流的電能質量及系統的穩定性。而LCL電壓源型并網逆變器作為最常用的逆變器拓撲結構成為了國內外學者的研究熱點。

在并網系統中需要鎖相環鎖定電網電壓的相位和頻率作為并網電流的電流基準，因此，鎖相環是并網系統中不可缺少的一環。在三相LCL型并網系統中，可以采用同步參考系理論，通過鎖相環及坐標變換環節在dq坐標系下調節系統的有功和無功功率。通過構造虛擬正交向量，在單相系統中同樣可以采用同步參考系理論分別控制系統的有功和無功功率。然而，在引入鎖相環之后，鎖相環控制參數將可能對逆變器輸出阻抗及系統穩定性產生影響。

進行穩定性分析的前提是建立精確的系統模型。通過建立系統阻抗模型，用阻抗穩定性判據分析并網逆變器穩定性是一種有效而直觀的方法。有文獻提出在dq軸下建立三相并網逆變器的阻抗模型，然而，dq軸下阻抗不能直接測量，且其穩定性判據形式較復雜。有文獻提出采用諧波線性化的方法建立單臺三相LC型并網逆變器的阻抗模型，該方法不僅考慮到逆變器參數及控制策略，同時還考慮到鎖相環的頻域特性對所建阻抗模型的影響，具有較強的實用性。然而未見相關文獻采用諧波線性化方法對單相鎖相環及單相LCL并網逆變系統進行建模。

單相并網逆變器接入電網，與電網構成了一個互聯系統，互聯系統的小擾動穩定性問題對于單相并網逆變器的推廣和應用至關重要。因此亟需突破單相并網逆變器小信號阻抗建模的難題，分析單相逆變器并網系統的小擾動穩定性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種考慮鎖相環的單相并網逆變器小信號阻抗建模方法，實現考慮鎖相環頻域特性的單相并網逆變器小信號阻抗建模。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種考慮鎖相環的單相并網逆變器小信號阻抗建模方法，該方法主要實現過程如下：采用諧波線性化方法建立單相鎖相環的小信號模型，然后建立考慮鎖相環頻域特性的單相并網逆變器小信號阻抗模型基于所建的單相并網逆變器小信號阻抗模型、電網阻抗模型和奈奎斯特穩定性判據，分析電網阻抗和鎖相環帶寬對單相并網系統穩定性的影響。

采用諧波線性化方法建立單相鎖相環小信號模型的具體實現過程包括：

1)在時域中，向單相并網逆變器的交流側加入一個小信號電壓擾動，得到單相并網逆變器的輸出端電壓在時域的表達式，并將該表達式轉換到頻域，得到單相并網逆變器的輸出端電壓頻域表達式為u_s[f]；

2)根據單相鎖相環同步參考系理論和u_s[f]，采用延時環節構造一組虛擬正交的單相并網逆變器輸出電壓u_α[f]和u_β[f]；

3)根據加入的小信號電壓擾動，在單相鎖相環的輸出相角θ_pll中引入相角擾動Δθ[f]，即θ_pll＝θ₁+Δθ，θ₁為單相并網系統的基波分量的相角；