光伏逆变器并网稳定控制与防孤岛保护技术研究

光伏逆变器并网稳定控制与防孤岛保护技术研究随着光伏发电的规模化应用,大量逆变器接入电网,由于电网阻抗的存在,使得逆变器与逆变器之间、逆变器与电网之间发生交互影响,产生了诸如公共耦合点谐波增大、逆变器脱网、非计划性孤岛运行等问题,对电网的安全可靠运行产生重大影响。为保证光伏逆变器安全可靠、灵活高效接入电网,本文在863课题的支持下,针对逆变器谐振脱网、传统锁相技术对异常电网电压适应性差、多逆变器防孤岛保护失效等问题,进行了系统的分析和研究,取得了一些创新性成果。揭示了数字控制时间延迟对逆变器稳定性影响的机理,得出了逆变器稳定运行的约束条件。

首先分别建立了逆变器侧电流反馈单环控制和网侧电流反馈单环控制下的逆变器模型,然后在不同数字控制时间延迟条件下,定量分析了控制频率和滤波器谐振频率之间的约束关系。同时,得出了逆变器稳定时对电流控制器比例增益的约束关系。揭示了逆变器与电网谐振的机理,提出重塑逆变器输出导纳抑制谐振的新方法。

首先在建立单/多逆变器与电网模型的基础上,发现逆变器等效输出导纳与电网导纳之比的频率特性不满足Nyquist稳定判据,这是引起逆变器-电网谐振的原因。然后通过数学分析的方法确定了逆变器侧电流反馈单环控制和网侧电流反馈单环控制下的逆变器输出导纳负实部所在的频率区间,得到了改变逆变器的控制频率和电流控制器控制参数均不能彻底消除逆变器输出导纳负实部的结论。最后提出了基于数字控制和无源阻尼相结合的输出导纳重塑方法,使逆变器等效输出导纳与电网导纳之比满足Nyquist稳定判据。

经仿真验证,所提方法有效抑制了逆变器与电网间相互作用所产生的谐振,

提高了逆变器稳定性和对电网的适应性。提出了一种适用于多逆变器并网系统的孤岛检测新方法。首先对现有孤岛检测方法进行综合比较分析,指出基于频率正反馈孤岛检测方法适合用来进行多逆变器并网系统孤岛检测。

然后提出了一种基于电力线载波通讯的Sandia频率偏移法,通过合理设计正反馈增益,实现孤岛检测性能与逆变器输出功率解耦,提高了多逆变器并网系统的孤岛检测能力,并且不受逆变器的频率测量误差和线路阻抗的影响。最后实验验证了所提方法无检测盲区,防孤岛保护时间短(小于200ms),可靠性高,并且对电能质量影响小。给出了一种电网电压适应能力强的锁相方法,提高了逆变器并网控制稳定性。

在SRF-PLL小信号模型的基础上,分析了电网电压中的负序分量和电压幅值对传统锁相环性能影响机理。通过采用解耦双同步坐标系得到电压正序分量,利用正序分量进行锁相,避免了负序分量对锁相效果的影响;通过采用归一化方法消除电压幅值变化对锁相环动态性能的影响。仿真及实验结果表明,所采用的增强型解耦双同步坐标系锁相环对电网电压的适应性好,鲁棒性强,动态响应快,不受异常电网电压的影响。

研制了 3台10kW三相光伏并网逆变器样机,并搭建了实验平台,验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。