基于PCC点全局导纳重塑的多逆变器并网系统谐振失稳抑制策略研究

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多逆变器模块化并联技术在实现可再生能源大规模并网消纳的同时,也使得并网系统愈发呈电力电子化。系统的可控性和灵活性得以改善,但逆变器电流环与电网侧无源阻抗相互作用可能会引发谐波谐振失稳,严重威胁系统的安全稳定运行。因此,本文针对多逆变器并网系统的谐振失稳抑制策略展开研究,研究工作围绕稳定性分析、逆变器输出导纳重塑和全局谐振抑制单元设计等方面进行,具体如下:
  1. 在并网系统建模及基于谐振点的稳定性分析方面:利用逆变器电流环的诺顿等效模型建立了并网系统的全导纳模型,推导出耦合环境下电流响应的表达式。对基于全局导纳的稳定性判据进行改进,将全局导纳分为实部和虚部两个维度,明确谐振点的概念,进一步提出了基于谐振点的稳定性分析方法。利用此方法揭示了并网系统谐振失稳的产生机理,并从控制谐振点的角度探究了全局导纳的重塑方向。
  2. 在逆变器输出导纳重塑方面:首先分析了控制器类型和参数对逆变器输出导纳阻尼特性的影响,在此基础上提出了一种控制器参数的整定方法,以避免逆变器输出导纳和电网导纳在负阻尼频段下发生交互。其次,采用 PCC 电压比例前馈技术以并联虚拟导纳的方式重塑逆变器输出导纳,并计算得到电压前馈系数取值的合理范围,以确保逆变器输出导纳呈无源性。最后,采用电容电流反馈技术以改变滤波器结构的方式重塑逆变器输出导纳,基于定量计算,得到了电容电流最佳反馈系数。搭建了仿真模型,仿真结果验证了提出的逆变器输出导纳重塑方法是正确的。
  3. 在全局谐振抑制单元设计方面:提出了一种电阻型无源阻尼器拓扑,并设计子电阻投入方案以减小功率损耗。以电力电子变换器实现有源阻尼器,引入矫正函数以使其输出特性在更宽频率范围下呈电阻性。参照有源阻尼器,提出并实现了有源电感器,从偏移谐振点的角度实现抑制谐振失稳,并采用双二阶滤波器改善中低频段下有源电感器的输出特性。针对有源型谐振抑制单元运行所必需的谐振信息,提出了一种基于二阶广义积分器的谐振检测策略。频域分析结果和时域仿真结果均证明了有源型谐振抑制单元能够有效改善并网系统的稳定性。
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