[發明專利]一種用于并網逆變器和弱電網之間的串聯自適應穩定器

有效

• 申請號: 201910098710.5
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN109638894B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 張欣
• 申請（專利權）人: 張欣
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/12
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所 32110
• 代理人: 韓曉斌

本發明公開了一種用于并網逆變器和弱電網之間的串聯自適應穩定器(SAS)。SAS通過重塑電網阻抗的方式來解決并網逆變器(GCI)與弱電網之間的不穩定問題。與傳統的穩定方法不同，SAS不需要知道關于GCI的信息，因此將其視為一個黑盒穩定模塊。SAS與GCI和電網阻抗串聯，它只消耗非常小的功率，效率較高，經濟性較好。SAS通過非常簡單的自適應電流控制器實現，無任何附加的鎖相環(PLL)，在實際應用中容易實現。此外，SAS還自動匹配不同的GCI，具有良好的自適應性和魯棒性。

技術領域

本發明屬于分布式發電、微電網技術領域，具體涉及一種用于并網逆變器和弱電網之間的串聯自適應穩定器(SAS)。

背景技術

分布式發電對于高效利用可再生能源，改善能源結構，應對全球氣候變化具有重要意義。同時，該技術兼具安裝地點靈活、能源利用率高、輸電線路損耗少等優點，因而獲得了世界各國的廣泛關注，并在北歐諸國得到了廣泛的應用。在實際應用中，分布式發電機組往往通過并網逆變器(GCI)為電網提供能量，以期達到高度自主化，模塊化的目標，同時兼具可擴展性和可維護性的優點。在這一過程中，GCI通常被視作電壓源轉換器，并通過LCL型濾波器或者經典的L型濾波器與電網直接相連。然而，無論是LCL型GCI還是L型GCI，它們都可能在弱電網情況下導致PCC點電壓不穩定的問題。此外，即使單臺GCI單獨運行穩定，當多臺GCI并聯運行時，該系統也可能變得不穩定。其主要原因是GCI輸出阻抗與電網阻抗不匹配。

為了解決上述穩定性問題，各類新型技術層出不窮，而這些技術的主要關鍵點均圍繞在如何重塑GCI的輸出阻抗上。譬如，利用無源和有源阻尼技術來解決輸出阻抗的諧振峰值問題。利用有源阻尼器在公共耦合點(PCC)處并聯連接，以期重塑GCI輸出阻抗。利用電網電壓前饋機制并將其集成到GCI控制中，從而減輕可變電網阻抗對GCI輸出阻抗的影響。

然而，所有上述現有的改善穩定性的方法都集中于如何重塑GCI阻抗上，換言之，GCI內部信息對于上述方法的成功應用是不可或缺的。而這一要求實際上阻礙了電力電子系統的模塊化發展。例如，如果改變GCI，控制器則需要根據來自新GCI的新信息再次重新設計原始穩定方法，這顯然增加了研發周期以及時間成本。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出一種一種用于并網逆變器和弱電網之間的串聯自適應穩定器(SAS)，與上述傳統技術相反，SAS不改變GCI的輸出阻抗，轉而關注如何重塑電網阻抗，無需知道GCI的任何信息，SAS可以被視為黑盒穩定器模塊自行匹配不同的GCI；此外，SAS還通過非常簡單的電流控制器根據不同的GCI自適應地形成電網阻抗；從效率上講，由于SAS的固有的串聯連接方式，SAS在實際工作中僅產生非常小的功率損耗，也兼具高效率，經濟性良好的優點，提高系統暫態穩定性及動態性能。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種用于并網逆變器和弱電網之間的串聯自適應穩定器(SAS)，其特征在于包括如下步驟：

步驟1：根據并網逆變器與弱電網連接的拓撲推導包含了濾波器的等效阻抗模型，從而給出并網逆變器等效為非理想電流源情形下對應的電流表達式I_inv(s)，并導出等效輸出阻抗表達式Z_inv(s)以及弱電網側等效阻抗Z_g(s)表達式；

步驟2：在同一個波特圖中同時畫出并網逆變器輸出阻抗與弱電網側等效阻抗，確定兩者交接頻率f_int及其相位關系，確定頻率不穩定區域；

步驟3：設計SAS等效串聯阻抗Z_SAS，使得Z_SAS在(|Z_SAS||Z_g(s)|)且靠近f_int的頻率范圍內現出高阻性質，同時相位滿足在其他頻率范圍內，理想|Z_SAS|波特圖幅值部分為小于0dB平行于實軸的直線；