逆变器数控延时对大容量光伏电站稳定并网容量影响及其控制研究

发布时间：2020-05-25 14:14

【摘要】：近年来,随着可再生能源的大力发展,光伏发电开始由补充能源向替代能源过渡,光伏电站的容量也日益增大。然而,光伏电站中光伏逆变器控制系统的数字控制延时,会使得系统的控制性能降低甚至出现不稳定现象,从而限制并网光伏电站容量的扩展。因此,本文基于国家自然科学基金课题“大型光伏并网系统谐振机理及抑制策略研究(51477021)”,以大容量光伏电站的稳定并网运行为目标,深入研究光伏并网逆变器数字控制延时对大容量光伏电站稳定性的影响,并探讨针对数字控制延时的并网逆变器控制方法,对于大容量光伏电站的设计和稳定并网运行具有一定的理论研究价值和工程实际意义。基于对大容量光伏并网系统并网结构的比较分析,针对光伏逆变器普遍采用数字控制系统的现状,首次在考虑光伏逆变器控制系统中数字控制延时的情况下,建立了大容量光伏并网系统的诺顿等效模型。根据所建立的系统模型,探究了数字控制延时对大容量光伏并网系统稳定性的影响,发现电网等效阻抗会引起光伏并网逆变器数控延时的相互耦合,从而导致大容量光伏并网系统稳定性降低,且数字控制延时值越大,稳定性降低越显著。该研究将数字控制延时对并网系统稳定性的影响分析从单逆变器并网系统拓展到多逆变器并网系统,突破了目前仅从单逆变器并网系统研究数字控制延时对系统稳定性影响的局限性,从而实现了对数字控制延时对并网系统稳定性影响的整体把握,为数字控制延时影响的进一步研究奠定了基础。光伏逆变器中的数字控制延时会影响大容量光伏电站的稳定性,而大容量光伏电站的稳定性又直接关系到其稳定并网的容量,因此基于大容量光伏并网系统的等效模型,利用根轨迹法研究了数字控制延时对系统稳定并网容量的影响。其中的研究结果表明,大容量光伏电站稳定并网的容量将随着逆变器中延时的增加而降低,而具有更小延时的逆变器的接入会使得原系统的稳定性得到提高,进而能够扩大系统稳定并网容量的上限,且原系统中所具有的逆变器数目越少或是逆变器延时值越大,扩大作用越明显;此外,当具有多延时值逆变器的系统中延时较小的逆变器的数目比例更高时,系统能获得更大的稳定性,从而能够拥有更大的可扩展容量。研究中有关不同延时情况下大容量光伏电站稳定并网容量的讨论和确定,为大容量光伏电站设计和扩建过程中电站容量的确定,及考虑数字控制延时不同的光伏逆变器成本不同和电站容量确定的情况下,电站中不同延时光伏逆变器的搭配和数目选择提供了参考,有利于大容量光伏电站经济效益的提高。为了减小数字控制延时对大容量光伏并网系统稳定性的影响,提升大容量光伏电站稳定并网的容量,本文提出了一种基于递归无限长单位冲击响应滤波器原理的新型电容电流反馈回路。该方法利用数字滤波器的准确线性相位特性去逼近所需要的延时补偿性能,以达到扩大并网逆变器有效阻尼区域的目的,使得系统在数字控制延时存在以及系统可能谐振频率范围增大的情况下,仍能够具有足够大的有效阻尼区域,进而确保了并网逆变器系统的稳定性和对电网阻抗变化的高鲁棒性。与采用传统电容电流反馈回路的大容量光伏电站相比,采用新型电容电流反馈回路的大容量光伏电站的稳定并网容量提升了一半多,说明新型电容电流反馈回路能够有效降低逆变器中数字控制延时对大容量光伏并网系统的影响,进而提高了大容量光伏电站的并网稳定性,有利于光伏电站大容量规模化的发展。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM464

【参考文献】