【摘要】：隨著光伏電站的大型化發(fā)展,單體光伏電站的容量逐漸增大,越來越多的逆變器接入到同一個并網(wǎng)點,導(dǎo)致光伏電站輸出阻抗降低,使得等效電網(wǎng)阻抗對光伏電站的影響增強,嚴重時會引發(fā)光伏電站與輸電系統(tǒng)諧振甚至不穩(wěn)定等問題,威脅著大型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。論文以增強弱電網(wǎng)中大型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、提高電能質(zhì)量為目的,在深入研究大型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)諧振機理基礎(chǔ)之上,探討抑制大型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)諧振的方法,具有一定的理論研究價值和工程實際意義。針對現(xiàn)有相關(guān)穩(wěn)定性分析方法的復(fù)雜性和對逆變器參數(shù)不一致系統(tǒng)適用的局限性,論文以逆變器參數(shù)不一致的大型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)為研究對象,首次將導(dǎo)納網(wǎng)絡(luò)引入到光伏系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析中,并定義了具有若干相同不穩(wěn)定極點的逆變器集合((37)-集合)。據(jù)此推導(dǎo)出了系統(tǒng)中不同逆變器之間以及逆變器與電網(wǎng)之間交互作用的穩(wěn)定性判據(jù),進而得到大型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù):(a)導(dǎo)納網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定;(b)系統(tǒng)中任意兩臺逆變器不具有相同的右半平面極點。針對現(xiàn)有光伏并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析大都止于研究電網(wǎng)阻抗對穩(wěn)定裕度或根軌跡的影響這一問題,論文首次通過研究電網(wǎng)阻抗對系統(tǒng)諧波放大能力的影響來揭示諧振機理。等效電網(wǎng)阻抗的增加使得導(dǎo)納網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的環(huán)路增益的穩(wěn)定裕度降低,導(dǎo)致導(dǎo)納網(wǎng)絡(luò)對截止頻率附近的諧波放大能力增強,當(dāng)穩(wěn)定裕度減小到零時,諧波放大能力為無窮大,此時光伏電站導(dǎo)納與電網(wǎng)導(dǎo)納在兩者的交截頻率處共軛匹配,進而引發(fā)諧振。對于所有逆變器參數(shù)一致的系統(tǒng),當(dāng)與其穩(wěn)定性等價的單逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度降低到零時,逆變器對截止頻率處的諧波放大能力為無窮大,此時逆變器導(dǎo)納與等效電網(wǎng)導(dǎo)納共軛匹配,進而引發(fā)諧振。基于所分析的諧振機理,論文提出一種基于逆變器導(dǎo)納重構(gòu)的諧振抑制策略,通過在并網(wǎng)點電壓前饋中引入相位滯后環(huán)節(jié)來校正逆變器導(dǎo)納的相頻特性,使其遠離容性,進而保證導(dǎo)納網(wǎng)絡(luò)的等效環(huán)路增益始終具有足夠的相位裕度。同時提出一種帶有相位補償?shù)亩A陷波器來抵消相位滯后環(huán)節(jié)對逆變器基波跟蹤性能的影響。該方法能夠在無需實時檢測電網(wǎng)阻抗或諧振頻率的條件下抑制系統(tǒng)諧振和諧波放大現(xiàn)象。對于所有逆變器參數(shù)一致的系統(tǒng),不同逆變器之間的交互作用可以忽略,據(jù)此提出一種基于相位裕度自適應(yīng)補償?shù)闹C振抑制策略,通過相位超前環(huán)節(jié)對開環(huán)傳遞函數(shù)的相位進行補償,并根據(jù)檢測的電網(wǎng)阻抗來實時調(diào)節(jié)相位補償量和截止頻率,保證逆變器在等效電網(wǎng)阻抗變化過程中始終具有足夠的穩(wěn)定裕度和帶寬,進而實現(xiàn)對諧振和諧波放大的抑制。與導(dǎo)納重構(gòu)策略相比,該方法需要設(shè)計的補償參數(shù)較少,且能夠保證逆變器具有足夠的帶寬,因此對于可以忽略逆變器之間差異的系統(tǒng),該方法優(yōu)于導(dǎo)納重構(gòu)策略。為了避免采用額外的補償環(huán)節(jié)抑制諧振,論文從諧振預(yù)防角度提出了一種增強大型光伏電站對電網(wǎng)阻抗適應(yīng)能力的逆變器參數(shù)設(shè)計方法。為了尋求逆變器濾波和控制參數(shù)的最優(yōu)匹配,論文首次提出將逆變器的濾波和控制參數(shù)進行統(tǒng)一綜合設(shè)計。且為了同時保證逆變器自身的穩(wěn)定性和對電網(wǎng)阻抗的魯棒性,首次將逆變器開環(huán)傳遞函數(shù)和輸出阻抗(導(dǎo)納)同時考慮在內(nèi)進行逆變器參數(shù)設(shè)計。在設(shè)計過程中提出了一種對影響逆變器穩(wěn)定性和魯棒性的參數(shù)進行歸一化的方法,該方法能夠簡化對逆變器自身穩(wěn)定性和對電網(wǎng)阻抗魯棒性的分析。據(jù)此可以根據(jù)穩(wěn)定性和魯棒性要求,并結(jié)合開關(guān)頻率紋波的限制條件簡便地設(shè)計相關(guān)參數(shù)。該設(shè)計方法無需傳統(tǒng)方法中復(fù)雜的迭代運算即可同時保證逆變器自身的穩(wěn)定性和對電網(wǎng)阻抗的魯棒性。該方法涉及到LCL參數(shù)和控制器參數(shù)的設(shè)計,因此宜用于即將建設(shè)的光伏電站的諧振預(yù)防中。論文通過仿真和實驗對所提大型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)及諧振機理的正確性、諧振抑制和預(yù)防技術(shù)的有效性進行了驗證。論文中形成的穩(wěn)定性分析方法和解決諧振問題的技術(shù)方案能夠為工程實際中大量新能源并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究、諧振抑制及預(yù)防提供一定的理論指導(dǎo)。
【圖文】：

圖 1.2 組串式光伏電站拓撲結(jié)構(gòu)Fig. 1.2 Grid-connected PV system with group string type structure光伏發(fā)電單元…大電網(wǎng)T1高壓輸電線路110kV/220kV10kV/35kV270V直流匯流箱逆變器直流匯流箱逆變器直流匯流箱逆變器直流匯流箱逆變器直流匯流箱逆變器直流匯流箱逆變器T2…光伏陣列圖 1.3 集中式光伏電站拓撲結(jié)構(gòu)

重慶大學(xué)博士學(xué)位論文也出現(xiàn)了 630kW 和 1MW 的逆變器。這種方案的主要優(yōu)點于集中管理，逆變器集成度高、功率密度大，單位發(fā)電量的多的組件僅通過一路或者兩路 MPPT 進行功率優(yōu)化，容易劣化等導(dǎo)致的組件失配問題。逆變方案是近幾年發(fā)展的一種新的技術(shù)方案，其拓撲結(jié)構(gòu)案的思想是分散跟蹤集中逆變，即 MPPT 和 Boost 功能集塊中，每22kW對應(yīng)一路MPPT優(yōu)化單元，1MW具備48路獨，，可最大限度地減少因陰影遮擋、組件劣化等因素而導(dǎo)致的量損失。經(jīng)多個智能模塊跟蹤升壓后的直流電連接到一臺功一般為 1MW）中進行集中逆變，最后將交流電通過升壓變。該方案集成了組串式和集中式的優(yōu)點，但由于單臺逆變器器故障時，對發(fā)電量影響較大。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM615

【參考文獻】

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