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阻抗法在多變流器并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用

 
發(fā)布者: 發(fā)布時(shí)間:2025-3-18 閱讀:56

1 單臺(tái)變流器輸出阻抗的定義

圖中:Vdc為直流側(cè)電壓;uinv為變流器交流側(cè)逆變輸出電壓;LRL分別為并網(wǎng)濾波電感及其等效電阻;ig為變流器輸出電流;upcc為公共并網(wǎng)點(diǎn)(Point of Common Coupling, PCC)電壓;Lg為電網(wǎng)等值電感;ug為電網(wǎng)電壓;f為用于改善變流器啟動(dòng)性能和電網(wǎng)電壓諧波抑制能力的電壓前饋通道;GPR(s)為電流控制器,這里采用對(duì)交流信號(hào)具有較強(qiáng)跟蹤能力的比例諧振(proportional resonant,PR)控制器,其在諧振頻率處具有較大的增益,可大大減小穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差GF(s)為用于電壓采樣的低通濾波器;并網(wǎng)電流給定不影響電流環(huán)的穩(wěn)定性,此處以無(wú)功發(fā)生器為例,指令電流中包含了用于維持直流側(cè)電壓穩(wěn)定的有功電流分量和設(shè)置的無(wú)功電流分量。

首先將圖1中的系統(tǒng)看作并網(wǎng)變流器和電網(wǎng)兩個(gè)子系統(tǒng),不考慮圖1中PCC點(diǎn)右側(cè)電網(wǎng)時(shí)可得以PCC點(diǎn)電壓為擾動(dòng)量時(shí)的并網(wǎng)電流控制框圖如下所示:
圖中:GPWM(s)為數(shù)字控制和PWM調(diào)制環(huán)節(jié)引入的總延時(shí),通常取1.5個(gè)開(kāi)關(guān)周期[8]GL(s)為被控對(duì)象,圖2中各環(huán)節(jié)的s域描述為:  

式中:kp、kr、ωc和ω0分別為PR控制器的比例系數(shù)、諧振系數(shù)、帶寬和諧振頻率;Ts為開(kāi)關(guān)周期;ωb為電網(wǎng)電壓采樣前置二階低通濾波器的截止頻率,Q為其品質(zhì)因數(shù)。    
由圖2可導(dǎo)出并網(wǎng)變流器輸出電流表達(dá)式為

并網(wǎng)變流器在某頻率下的輸出阻抗最直接的求解方法是在PCC點(diǎn)注入該次電壓擾動(dòng),然后求解并網(wǎng)電流在該頻率下的響應(yīng),通過(guò)分析該頻率下擾動(dòng)電壓與電流響應(yīng)的幅值和相位關(guān)系得到變流器在該頻率下的輸出阻抗。定義:變流器并網(wǎng)點(diǎn)電壓擾動(dòng)與電流響應(yīng)的比值為變流器的輸出阻抗(電壓擾動(dòng)和電流響應(yīng)的正方向應(yīng)與電阻端電壓和電流的正方向一致)。根據(jù)該定義,結(jié)合式(5)和圖(3)可知,式(7)所表示的Zc(s)即為圖1中并網(wǎng)變流器的輸出阻抗。

2 多變流器并聯(lián)系統(tǒng)輸出阻抗的求解

阻抗穩(wěn)定性分析法的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)在于可以根據(jù)單臺(tái)并網(wǎng)變流器的輸出阻抗快速求解多變流器并聯(lián)系統(tǒng)的輸出阻抗,根據(jù)圖3所示的單臺(tái)并網(wǎng)逆變器諾頓等效電路,同時(shí)考慮電網(wǎng),可得N臺(tái)變流器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的諾頓等效電路如圖4所示。

根據(jù)圖4中各變流器輸出阻抗的串并聯(lián)關(guān)系可知,N臺(tái)變流器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的輸出阻抗為各單臺(tái)變流器輸出阻抗的并聯(lián),若Rz表示N臺(tái)變流器并聯(lián)系統(tǒng)的等效輸出阻抗,則:

為了便于分析,假設(shè)所有并網(wǎng)變流器的主電路和控制參數(shù)均相同,即Zc1=Zc2=…=ZcN,此時(shí)N臺(tái)變流器并聯(lián)系統(tǒng)的輸出阻抗為: 

3 基于阻抗法的多變流器并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性仿真分析

為了采用阻抗法對(duì)使得多變流器并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的電網(wǎng)阻抗臨界值及系統(tǒng)的失穩(wěn)振蕩頻率進(jìn)行具體分析,PR控制器中kp主要影響到系統(tǒng)的快速性(即系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)穿越頻率);kr主要影響到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差(即諧振頻率下的開(kāi)環(huán)增益);ωc主要影響到系統(tǒng)對(duì)實(shí)際中電網(wǎng)頻率變化的適應(yīng)能力;ω0為諧振頻率,由于參考電流的頻率為基波頻率,因此ω0100π。綜合考慮系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)態(tài)誤差和電網(wǎng)頻率變化適應(yīng)能力,取kp=2;kr=80;ωc=4π;式(4)所描述的電網(wǎng)電壓低通濾波器的截止頻率ωb取2kHz,品質(zhì)因數(shù)Q取0.707.

仿真結(jié)果分別如上圖所示,可見(jiàn),兩臺(tái)變流器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)所能適應(yīng)的最大電網(wǎng)等值電感分別為0.31mH0.1mH,當(dāng)電網(wǎng)等值電感為0.317mH0.106mH時(shí)兩臺(tái)和6臺(tái)變流器并聯(lián)系統(tǒng)輸出電流出現(xiàn)大幅振蕩,系統(tǒng)進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)。此外,多機(jī)圖表明無(wú)論是兩臺(tái)還是6臺(tái)變流器并聯(lián)系統(tǒng),系統(tǒng)的失穩(wěn)振蕩頻率均為500Hz

 

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