非理想电网下并网系统阻抗重塑及鲁棒优化控制.pdf

摘要

随着新型电力系统的发展以及新能源并网渗透率的升高，高比例新能源和高比

例电力电子装备正成为电力系统发展的重要趋势和关键特征，并网逆变器在该场景

中扮演着重要角色。因新能源转化的电能需经远距离线路阻抗传输，并网点呈现电

网薄弱态势，且弱电网等效的电网阻抗宽范围变化，影响并网电流控制及交互系统

稳定性。此外，新能源并网还面临着电网电压畸变及不平衡的挑战，造成锁相环输

出频率波动，恶化并网电流质量。上述复合的非理想电网形态将成为新能源电力系

统运行的常态。因此，本文研究复杂电网形态下并网逆变器的失稳机理，并分别采

用电网电压前馈和锁相环前置滤波的阻抗重塑方法，提出相应优化控制，使得并网

系统适应不同电网形态。

首先，根据坐标变换和模型线性化的数学方法，建立基于极坐标系的并网逆变

器-电网交互系统各环节的动态导纳模型，推导基于幅相特性曲线和奈奎斯特曲线的

广义阻抗判据，并给出交互系统主电路及控制回路参数设计依据。

其次，针对弱电网下并网系统的失稳问题，利用并网逆变器侧和电网侧输出导

纳幅相曲线及奈奎斯特曲线，分析交互系统各个控制环节动态及交互动态在并网逆

变器与弱电网间相互作用时的影响机理。依据上述失稳机理，采用电网电压前馈阻

抗重塑方法，增强电网阻抗宽范围变化下交互系统的鲁棒性，提升弱电网下交互系

统的稳定性。为了进一步增强弱电网及不平衡电网下交互系统的鲁棒性，采用双二

阶广义积分锁相环的前置滤波阻抗重塑方法，保证交互系统对电网阻抗宽范围变化

的适应性，同时抑制不平衡电网下交互系统锁相环输出的相角及频率波动，提升并

网电流质量，通过广义阻抗判据及仿真平台验证上述两种阻抗重塑方法的有效性。

最后，针对弱电网、不平衡及畸变电网形态影响并网系统的稳定性和电能质量

问题，基于上述锁相环前置滤波的阻抗重塑方法，提出双二阶广义积分锁相环前置

多级滤波的优化控制，利用广义阻抗判据验证控制参数整定的合理性，增强电网参

数宽范围变化时交互系统的鲁棒性，并佐以仿真平台验证采用所提优化控制的交互

系统对复杂电网形态的普适性，为复合工况下新能源电力系统稳定运行提供相应的

理论方法。

关键词：并网逆变器；锁相环；非理想电网；广义阻抗；鲁棒性

I

ABSTRACT

Withthedevelopmentofnewpowersystemsandtheincreaseofgrid-connected

penetrationofnewenergysources,ahighproportionofnewenergyandahighproportion

ofpowerelectronicequipmentarebecominganimportanttrendandkeyfeatureofthe

developmentofpowersystems,andgrid-connectedinvertersplayanimportantroleinthis

scenario.Becausetheelectricenergyconvertedbynewenergyneedstobetransmitted

throughlong-distancelineimpedance,thegrid-connectedpointisweak,andthe

equivalentimpedanceoftheweakgridchangesinawiderange,whichaffectsthe

grid-connectedcurrentcontrolandthestabilityoftheinteractivesystem.Inaddition,the

grid-connectedenergyalsofacesthechallengesofgrid