【摘要】：可再生能源發(fā)電對解決能源危機(jī)和環(huán)境污染問題有重要的現(xiàn)實意義。并網(wǎng)變流器具有良好的可控性和多種靈活的運行模式,可以保證網(wǎng)側(cè)電流正弦化、實現(xiàn)功率解耦控制、維持單位功率因數(shù)運行、實現(xiàn)能量雙向流動,具有較強(qiáng)的功能和諸多的優(yōu)點,是可再生能源接入的重要接口。因此在電力電子技術(shù)和電力電子裝置滲透率逐漸快速提高的現(xiàn)代電力系統(tǒng)中,并網(wǎng)大功率電力電子變流器系統(tǒng)的安全可靠運行已成為電力系統(tǒng)安全可靠運行的重要保證。在電網(wǎng)發(fā)生故障或者受到擾動時,并網(wǎng)變流器保持良好的電壓跟蹤能力對并網(wǎng)變流器系統(tǒng)安全運行起到非常重要的作用。并網(wǎng)變流器系統(tǒng)的電壓跟蹤主要是通過鎖相控制和內(nèi)環(huán)電流控制來實現(xiàn)的�，F(xiàn)有研究表明目前的鎖相控制技術(shù)對并網(wǎng)變流器系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量存在一定影響。因此研究基于鎖相同步的并網(wǎng)變流器系統(tǒng)阻抗建模方法和鎖相控制技術(shù)對并網(wǎng)變流器系統(tǒng)電壓跟蹤能力的影響將有助于并網(wǎng)變流器系統(tǒng)的安全可靠運行。本文在兩項國家自然科學(xué)基金的資助下完成,開展了基于鎖相同步的并網(wǎng)變流器系統(tǒng)阻抗建模及其電壓跟蹤能力研究。本文在同步參考系鎖相環(huán)參數(shù)對并網(wǎng)變流器網(wǎng)側(cè)電流的影響分析、考慮鎖相環(huán)影響的并網(wǎng)變流器的序阻抗/導(dǎo)納建模以及提升并網(wǎng)變流器電壓同步跟蹤能力的鎖相環(huán)輸出相角補(bǔ)償策略等方面開展了探索和創(chuàng)新研究。論文完成的主要工作和成果如下:(1)研究了同步參考系鎖相環(huán)的基本原理和數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上,對發(fā)生單相電網(wǎng)電壓跌落的三相電壓型PWM整流器系統(tǒng)中同步參考系鎖相環(huán)的輸出相角進(jìn)行了時域分析,推導(dǎo)出了計算鎖相環(huán)輸出相角的二階非線性微分方程,并通過軟件計算和仿真驗證了方程的有效性。通過仿真分析了同步參考系鎖相環(huán)PI環(huán)節(jié)不同的參數(shù)對輸出相角和網(wǎng)側(cè)電流的影響,總結(jié)了變化規(guī)律并通過數(shù)字物理混合實驗驗證了仿真的正確性,對電網(wǎng)電壓發(fā)生不平衡跌落故障時同步參考系鎖相環(huán)參數(shù)對并網(wǎng)變流器的網(wǎng)側(cè)電流影響做出了定性分析。(2)給出了考慮鎖相環(huán)影響的基于諧波線性化方法的并網(wǎng)變流器序阻抗/導(dǎo)納建模方法。利用諧波線性化方法得到在三相平衡電壓下并網(wǎng)變流器的小信號阻抗模型。當(dāng)并網(wǎng)變流器不滿足小信號穩(wěn)定性條件時,并網(wǎng)變流器系統(tǒng)會出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。然而現(xiàn)有的小信號阻抗穩(wěn)定性分析方法對諧振發(fā)生的頻率和幅值無法做出有效的估算。因此定義了并網(wǎng)變流器在大信號下的阻抗,通過仿真測得了并網(wǎng)變流器在大信號下的阻抗,給出了估算此諧振幅值和頻率的方法。利用描述函數(shù)和諧波線性化方法對并網(wǎng)變流器在大信號下的阻抗進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模,深入分析了并網(wǎng)變流器的諧振現(xiàn)象。最后在三相不平衡電壓建立了下考慮正負(fù)序分量耦合的并網(wǎng)變流器序?qū)Ъ{矩陣,進(jìn)行了參數(shù)敏感性分析,仿真驗證了所提出建模方法的有效性。(3)當(dāng)電網(wǎng)是強(qiáng)電網(wǎng)時,鎖相環(huán)對并網(wǎng)變流器的控制系統(tǒng)的影響可忽略不計。通過對PCC點電壓的動態(tài)特性進(jìn)行建模,說明了當(dāng)電網(wǎng)是弱電網(wǎng)時,鎖相環(huán)會使PCC點電壓和并網(wǎng)變流器產(chǎn)生耦合,電網(wǎng)阻抗越大,耦合作用越明顯。因此,需要通過改善鎖相環(huán)的輸出相角來減少PCC點電壓和并網(wǎng)變流器之間的耦合作用,提高并網(wǎng)變流器的鎖相控制能力,從而達(dá)到實現(xiàn)提高并網(wǎng)變流器電壓同步跟蹤能力的目的。并網(wǎng)變流器面臨三相不平衡電網(wǎng)的工況時,會產(chǎn)生含有大量諧波的失真電流,使其工作性能惡化,影響其運行安全性。導(dǎo)致電流失真的主要成分是由基波負(fù)序電壓引起的三次諧波電流。由基波負(fù)序電壓造成的同步參考系鎖相環(huán)的輸出相角擾動是產(chǎn)生諧波電流的原因之一。通過分析諧波電流產(chǎn)生的機(jī)理,基于諧波線性化方法提出的不平衡電網(wǎng)電壓下同步參考系鎖相環(huán)的補(bǔ)償策略。改進(jìn)后的鎖相環(huán)可以在三相電網(wǎng)電壓不平衡時正常工作,同時具有良好的動態(tài)性能,改善了同步參考系鎖相環(huán)的輸出相角,提高了并網(wǎng)變流器的鎖相控制能力,明顯減少了并網(wǎng)變流器三次諧波電流的含量,并且沒有削弱并網(wǎng)變流器的動態(tài)性能,提高了并網(wǎng)變流器的電流控制能力。因此所提出的鎖相環(huán)補(bǔ)償策略明顯提高了并網(wǎng)變流器的電壓跟蹤能力,改善了并網(wǎng)變流器的運行安全性。通過逐周期仿真和控制器在環(huán)實時仿真實驗驗證了補(bǔ)償方法的有效性。
【圖文】：

１．１．３鎖相環(huán)對并網(wǎng)變流器安全運行存在影響逡逑由于可再生能源發(fā)電技術(shù)與傳統(tǒng)能源發(fā)電技術(shù)機(jī)理的根本不同，并網(wǎng)變流器同步逡逑并網(wǎng)與同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)也有著較大區(qū)別。如圖１．１所示，并網(wǎng)變流器的同步并網(wǎng)是實現(xiàn)逡逑新能源接入的關(guān)鍵技術(shù)。并網(wǎng)變流器需要通過同步并網(wǎng)裝置準(zhǔn)確的檢測公共連接點處逡逑（Ｐｏｉｎｔ邋ｏｆ邋Ｃｏｍｍｏｎ邋Ｃｏｕｐｌｉｎｇ，邋ＰＣＣ）的電網(wǎng)電壓同步信號，即電網(wǎng)基波正序電壓的頻率、逡逑相位和幅值等信息，才能夠?qū)⑿履茉窗l(fā)電裝置輸出的電能轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)能夠直接使用的逡逑電能。當(dāng)同步并網(wǎng)裝置提供的并網(wǎng)信息與公共連接點處的信息存在偏差時，嚴(yán)重時可逡逑能導(dǎo)致并網(wǎng)變流器無法正常工作，，同步并網(wǎng)裝置的性能優(yōu)劣會直接影響并網(wǎng)變流器的逡逑性能表現(xiàn)和運行穩(wěn)定。逡逑Ｉ新能源發(fā)邐Ｉ并網(wǎng)變公共連接點ＰＣＣ逡逑電裝置邐流器逡逑邐邐邐．邋．邐邐不邐邐廔：‘逡逑．＾＊－２邐同步信息邐公共大電網(wǎng)逡逑光伏陣列風(fēng)力發(fā)電機(jī)逡逑圖１．丨新能源同步并網(wǎng)原理圖逡逑在目前使用較為普遍的同步并網(wǎng)裝置或同步信號檢測方法中，鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)相對逡逑簡單、實現(xiàn)難度較小，同時具有檢測精度較高、動態(tài)響應(yīng)速度較快等優(yōu)點，能適用于逡逑各種較為復(fù)雜的工況，被廣泛的應(yīng)用在并網(wǎng)變流器的同步并網(wǎng)中［３１，３２］。為了適應(yīng)不同逡逑的系統(tǒng)需求和性能要求

Ａ＼｛ｔ）逡逑圖１．２鎖相環(huán)的基本結(jié)構(gòu)逡逑鎖相環(huán)是一個閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)［７８］如圖１．２所示。它包含三個基逡逑本模塊，分別是鑒相器（Ｐｈａｓｅ邋Ｄｅｔｅｃｔｏｒ，邋ＰＤ）、環(huán)路濾波器（Ｌｏｏｐ邋ｎｉｔｅｒ，邋ＬＦ）和壓控振蕩逡逑器（Ｖｏｌｔａｇｅ邋Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ邋Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ，邋ＶＣＯ）。鑒相器的輸出信號Ｗｐｄ（0與鎖相環(huán)的輸入信號逡逑ｗ辦）和輸出信號N希

本文編號：2642058