增强并网逆变器对弱电网适应能力的控制策略

文献[4]提到了一种对前馈通道的选频处理 办法，可以有效减少电网阻抗在谐振频率段的幅 值，增强并网逆变器对弱电网的适应能力。文献 [5]提出了一种基于电压型阻抗适配器的控制策 略，通过虚拟较小的谐波阻抗，对公共耦合点进 行阻抗重塑，继而降低谐波。文献[6]基于同步频 率谐振现象的产生原理，提出基于暂态虚拟电阻 的阻尼控制策略来解决谐振问题，但其关于弱电 网条件下电压前馈控制对并网逆变器的影响机
ELECTRIC DRIVE 2021 Vol.51 No.9
电气传动 2021 年 第 51 卷 第 9 期
增强并网逆变器对弱电网适应能力的控制策略
张硕文，苗虹，曾成碧 （四川大学 电气工程学院，四川 成都 610065）
摘要：弱电网中，并网逆变器与感性电网阻抗之间产生交互耦合从而引发谐振现象，采用电压比例前馈控 制虽然可以抑制谐振，但其额外引入的正反馈回路也会降低并网逆变器的相角裕度。针对这种局限性，建立 LCL 逆变器并联系统的数学模型及诺顿等效电路，再利用阻抗法分析电压前馈控制对系统稳定性的影响，并 提出了一种新型的基于相位超前补偿的电压前馈控制策略，既保留了传统电压前馈控制的优点，又增大了并 网逆变器输出阻抗的相角裕度，使系统对电网阻抗具有较强的鲁棒性。最后，通过仿真验证了新型控制策略 的可行性。
（School of Electrical Engineering，Sichuan University，Chengdu 610065，Sichuan，China）
Abstract: In a weak grid，the resonance phenomenon is caused by the interaction coupling between the gridconnected inverter and the inductive grid impedance. Although voltage proportional feedforward control can be used to suppress resonance，the additional positive feedback loop introduced will also reduce the phase angle margin of the grid-connected inverter. For these problems，a mathematical model and Norton equivalent circuit of LCL inverter parallel system were established，and the influence of voltage feedforward control on the stability margin of the system was analyzed by impedance method. Aiming at the limitations of traditional voltage feedforward control，a new voltage feedforward control strategy based on advanced phase compensation was proposed，which not only retains the advantages of voltage feedforward control，but also increases the phase angle margin of the output impedance of the grid-connected inverter，and improves the adaptability of grid-connected inverters to weak grids. Finally，the feasibility of the new control strategy was verified by simulation.
基金项目：国家重点研发项目（2018YFC1505502-04）；四川省科技厅资助项目（2018GZ0394）；成都市科技局（2019-RK00-00155-ZF） 作者简介：张硕文（1996—），男，硕士研究生，Email：542143242@ 通讯作者：苗虹（1971—），女，博士，副教授，Email：1604681549@
关键词：弱电网；并网逆变器；相位补偿；电压前馈鲁棒性 中图分类号：TM464 文献标识码：A DOI：10.19457/j.1001-2095.dqcd21418
A Control Strategy for Improving the Adaptability of Grid-connected Inverter to Weak Power Grid ZHANG Shuowen，MIAO Hong，ZENG Chengbi
Key words: weak grid；grid-connected inverter；phase compensation；voltage feedforward；robustness
为了减少温室气体排放和对化石能源的依 赖，新能源得到了广泛发展和应用。然而随着大 量新能源设备和较长输电线的引入，使得电网的 感性阻抗变得不可忽略，电网越来越呈现弱电网 特性[1-3]，并且电网阻抗的存在将导致滤波器谐振 频率向低频区域移动，这会影响电流控制系统的 鲁棒性。在已有的文献中，有很多关于弱电网运 行情况下抑制谐振并改进电流控制稳定性的方 法介绍以及讨论。
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电气传动 2021 年 第 51 卷 第 9 期
张硕文，等：增强并网逆变器对弱电网适应能力的控制策略
理并没有给出详细的解释。文献[7]提出通过减 少前馈增益来提高并网逆变器稳定裕度，但是电 压前馈增益的减少会使逆变器输出阻抗减小，不 利于并网电流谐波的抑制。文献[8]从并网逆变 器锁相环的静态稳定性角度出发，求出保持并网 逆变器稳定的极限功率，但是作者没有考虑电流 内环响应时间，因此理论结果与实际情况有一定 差别。文献[9]提出了一种基于瞬时无功功率理 论的新型并网逆变器控制策略，作者通过采用直 流侧电压控制方式稳定逆变器直流侧电压进而 降低并网电流谐波。文献[10]对锁相环进行了改 进，利用谐波消除模块消除电网电压中的谐波分 量，有效地降低了谐波对输出相角的影响，改善 了并网电流的输出波形。文献[11]讨论了通过电 流电容反馈进而实现谐振的抑制，但这种传统的 单一阻尼控制策略并没有得到很理想的并网电 流波形，存在一定的谐波失真。