一种基于阻抗分配的弱电网多逆变器并网系统的判稳方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于阻抗分配的弱电网多逆变器并网系统的判稳方法，属于电能变换装置的直流‑交流变换器领域。本发明专利技术首先建立了弱电网下，多模块并网逆变器的诺顿等效模型及其多输入多输出矩阵，从而揭示了在考虑电网阻抗的情况下，采用数字控制且包含不同参数逆变器之间的相互作用谐振机制，并通过诺顿模型及多输入多输出矩阵的等效变换，推导出系统中每个逆变器所分配到的等效电网阻抗，并据此给出了一种多模块LCL型并网逆变器系统的稳定判据。本发明专利技术揭示了考虑电网阻抗的情况下，逆变器与逆变器之间及逆变器与电网之间的交互作用。

A method of Judging Stability of multi inverter grid connected system in weak current network based on impedance distribution

【技术实现步骤摘要】
一种基于阻抗分配的弱电网多逆变器并网系统的判稳方法
本专利技术涉及一种基于阻抗分配的弱电网多逆变器并网系统的判稳方法，属于电能变换装置的直流-交流变换器领域。
技术介绍
由于传统的化石能源日趋枯竭，环境污染问题日趋严峻，以太阳能，风能为代表的可再生能源近年来得到迅猛发展。逆变器作为可再生能源与电网及负载之间的能量交换接口，已成为分布式发电系统的重要组成部分。为降低逆变器进网电流的谐波含量，通常采用单电感滤波或者LCL(电感-电容-电感Y型连接)滤波器滤波，而在相同的谐波抑制要求下，LCL滤波器所需要的总电感值更小，所以大多采用LCL型逆变器。然而由于可开发的风力及太阳能等可再生能源主要集中于偏远地区，为了将可再生能源发电装置产生的电能向用电高峰地区输送，并网逆变器与电网之间需要长距离的传输线路和大量的变压装置，这样的电能传输网络给并网逆变器和电网之间引入了一定的线路阻抗。此时，电网无法被等效为理想电压源，这种类型的电网称为弱电网。此外，随着分布式发电系统容量的提高，越来越多的可再生能源电站采用多逆变器并联入网的系统结构，这种结构可以实现并网逆变器容量的优化配置及故障冗余运行，是分布式发电必然要经历的发展阶段。然而在弱电网条件下，当多逆变器并联入网时，各模块通过电网阻抗耦合，使得逆变器的等效输出阻抗发生改变，每台逆变器都对其他逆变器的性能造成影响。也就是说，并联各逆变器可单机稳定运行并不能保证整个系统能稳定高效运行。因此研究弱电网下多模块LCL型并网逆变器构成的交互系统及其相互之间的影响具有至关重要的意义。
技术实现思路
为了研究弱电网下多模块LCL型并网逆变器系统，本专利技术提出了一种基于阻抗分配的弱电网多逆变器并网系统的判稳方法，揭示了考虑电网阻抗的情况下，逆变器与逆变器之间及逆变器与电网之间的交互作用。本专利技术为解决其技术问题采用如下技术方案：一种基于阻抗分配的弱电网多逆变器并网系统的判稳方法，包括如下步骤：(1)通过建立在弱电网条件下，多台LCL型逆变器并联入网的诺顿等效模型及相应的多输入多输出矩阵，将每个模块的网侧电感电流iL2j(s)分为逆变器j注入电网的净电流和逆变器j注入其它逆变器的交互电流两部分，其中j＝1,2,…,n；(2)各模块并网逆变器采用网侧电感电流反馈结合电容电流反馈有源阻尼的控制方式，对于单模块LCL并网逆变器来说，当采用数字控制且谐振频率fr等于六分之一的采样频率fs/6时，环路相频曲线的两个-180°穿越频率fs/6和fr重合，系统无法稳定；而对于多模块并网逆变器系统而言，通过矩阵变换及诺顿电路等效变换，推导出了系统中每个逆变器所分配到的等效电网阻抗，这使得各模块谐振频率fr降低并有可能等于fs/6，造成系统不稳定；(3)若令各逆变器在强电网下能够稳定运行为前提条件，将多模块的稳定性问题转化为单台逆变器的稳定性问题，得出弱电网下多模块并网逆变器系统的稳定判据，即若能保证其中一台分配电网阻抗后的逆变器能够稳定运行，则能保证其他逆变器及整个系统是稳定的。本专利技术的有益效果如下：1、建立了弱电网下多模块LCL型并网逆变器系统的诺顿等效模型及其MIMO(多输入多输出)矩阵，揭示了系统各模块之间以及系统与电网之间的相互作用关系。2、通过矩阵变换及诺顿电路等效变换，推导出系统中每个逆变器分配到的等效电网阻抗，建立分配电网阻抗后的诺顿等效模型，同时说明当考虑数字控制延时时，每个模块的分配电网阻抗可能使得其谐振频率fr降低并有可能等于fs/6，造成系统不稳定。3、将多模块的稳定性问题转化为单台逆变器在分配电网阻抗下的稳定性问题，得出弱电网下多模块LCL型并网逆变器系统的稳定判据。附图说明图1为本专利技术的弱电网下多模块LCL型并网逆变器系统的电路拓扑图，其中：Vdc1--Vdcn为各模块逆变器的输入电压；VAB1--VABn为各模块输入电压经过单相全桥逆变得到的桥臂中点之间的输出电压；L11--L1n为各模块LCL滤波器的逆变器侧电感；C1--Cn为各模块LCL滤波器的电容；L21--L2n为各模块LCL滤波器的网侧电感；iL21--iL2n为各模块的网侧电感电流；ig为进网电流；vPCC为逆变器并网的公共连接点电压；Zg为电网阻抗；vg为电网电压，n为系统所包含的模块数量。图2为j#模块并网逆变器的控制框图。其中，irefj(s)为j#模块并网电流基准信号；Gi(s)为PI调节器；vMj(s)为j#模块调制波信号；Gd(s)为数字控制延时环节；KPWM为调制波到桥臂间输出电压的传递函数；vABj(s)为j#模块逆变全桥的桥臂中点之间的电压；ZL1j(s)、ZCj(s)和ZL2j(s)分别为j#模块逆变器侧电感、滤波电容和网侧电感的阻抗；iL1j(s)为j#模块逆变器侧电感电流；iCj(s)为j#模块滤波电容上的电流，iL2j(s)为j#模块网侧电感电流；vCj(s)为j#模块滤波电容两端的电压；vPCC(s)为逆变器并网的公共连接点电压；Hil和Hi2分别为电容电流iCj(s)和网侧电感电流iL2j(s)的反馈系数。上述j的取值范围为1,2,…,n。图3为j#模块并网逆变器在弱电网下的诺顿等效电路图。其中，Gcsj(s)Irefj(s)为j#模块等效电流源；Ycsj(s)为j#模块输出导纳；IL2j(s)为j#模块网侧电感电流；VPCC(s)为逆变器并网的公共连接点电压；Yg(s)为电网导纳；Vg(s)为电网电压。上述j的取值范围为1,2,…,n。图4为弱电网下多模块并网逆变器的诺顿等效电路图。其中，Gcs1(s)Iref1(s)--Gcsn(s)Irefn(s)为各模块逆变器的等效电流源；Ycs1(s)--Ycsn(s)为各模块逆变器的输出导纳；IL21(s)--IL2n(s)为各模块的网侧电感电流；Ig(s)为进网电流；VPCC(s)为逆变器并网的公共连接点电压；Yg(s)为电网导纳；Vg(s)为电网电压；Ig1(s)为1#模块逆变器注入电网的净电流；I12(s)—I1n(s)为1#模块逆变器注入其他各逆变器的净电流。图5为弱电网下多模块并网逆变器系统的电网阻抗分配电路。其中，Gcs1(s)Iref1(s)--Gcsn(s)Irefn(s)为各模块逆变器的等效电流源；Ycs1(s)--Ycsn(s)为各模块逆变器的输出导纳；Yg1(s)--Ygn(s)为弱电网下各模块逆变器分配到的等效电网导纳；Ig1(s)—Ign(s)为各模块逆变器注入电网的净电流；Ig(s)为进网电流；Vg(s)为电网电压。具体实施方式下面结合附图对本专利技术创造做进一步详细说明。本专利技术涉及的弱电网下多模块LCL型并网逆变器系统的电路拓扑图1所示，每个模块的输入直流电压Vdcnj经过单相全桥逆变得到桥臂中点之间的输出电压vABj，再通过LCL滤波器并接到电网公共连接点(pointofcommoncoupling,PCC)，Zg代表输电线路的电网阻抗，这里，考虑电网阻最恶劣的情况，即电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于阻抗分配的弱电网多逆变器并网系统的判稳方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)通过建立在弱电网条件下，多台LCL型逆变器并联入网的诺顿等效模型及相应的多输入多输出矩阵，将每个模块的网侧电感电流i

【技术特征摘要】
1.一种基于阻抗分配的弱电网多逆变器并网系统的判稳方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)通过建立在弱电网条件下，多台LCL型逆变器并联入网的诺顿等效模型及相应的多输入多输出矩阵，将每个模块的网侧电感电流iL2j(s)分为逆变器j注入电网的净电流和逆变器j注入其它逆变器的交互电流两部分，其中j＝1,2,…,n；
(2)各模块并网逆变器采用网侧电感电流反馈结合电容电流反馈有源阻尼的控制方式，对于单模块LCL并网逆变器来说，当采用数字控制且谐振频率fr等于六分之一的采样频率fs/6时，环路相频曲线的两个-180°穿越频率fs/6和fr重合，系统无法稳定；而对于多模块并网逆变器系统而言，通过矩阵变换及诺顿电路等效变换，推导出了系统中每个逆变器所分配到的等效电网阻抗，这使得各模块谐振频率fr降低并有可能等于fs/6，造成系统不稳定；
(3)若令各逆变器在强电网下能够稳定运行为前提条件，将多模块的稳定性问题转化为单台逆变器的稳定性问题，得出弱电网下多模块并网逆变器系统的稳定判据，即若能保证其中一台分配电网阻抗后的逆变器能够稳定运行，则能保证其他逆变器及整个系统是稳定的。


2.根据权利要求1所述的一种基于阻抗分配的弱电网多逆变器并网系统的判稳方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：方天治，金瑛林，沈姝衡，包笑一，金思聪，蒋芷薇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32