[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

为了研究弱电网下多模块LCL型并网逆变器系统，本发明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。

本发明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i_L2j(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f_r等于六分之一的采样频率f_s/6时，环路相频曲线的两个-180°穿越频率f_s/6和f_r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 f_r降低并有可能等于f_s/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。

本发明的有益效果如下：