级联三相桥并网逆变器功率解耦控制策略研究.pdf
哈尔滨理工大学能源动力硕士学位论文
级联三相桥并网逆变器功率解耦控制策略研究
摘要
在当今不可再生能源逐渐枯竭的环境下,随着我国新能源发电装机容量不
断升高,现代电力系统呈现出“双高”的特性,导致系统呈现无转动惯量和低阻
尼的问题。虚拟同步发电机(VSG)这一概念的提出,可以有效的解决上述问
题。但是VSG输出的有功功率和无功功率存在着功率耦合,会引起功率稳态偏
差、动态振荡甚至导致系统失稳。本文以二级联三相桥逆变器为研究对象,针
对并网工况下存在的功率解耦问题进行研究。
首先,对功率天然自平衡且更适合三相大功率场合、输出电压更高的级联
三相桥逆变器进行研究,并分析该拓扑结构下的电量关系。针对传统载波移相
调制策略带来的直流电压利用率低、谐波含量高的问题,设计一种直流电压利
用率高、谐波含量低的CPS-TPWM调制策略。基于数学分析,得到三角化率与
直流电压利用率和总谐波含量的函数。通过分析该函数,设计合适的三角化率,
可以有效提高直流电压利用率并降低谐波含量。并通过仿真实验验证CPS-
TPWM调制策略的正确性和合理性。
其次,针对在弱惯量、低阻尼的环境下,传统VSG“准稳态”三阶模型无
法正确描述系统低频主导特征根的问题,本文提出一种电磁动态五阶模型,在
控制参数变化的环境下能够准确描述系统的低频主导特征根。该模型基于一种
时间常数的模型降阶策略,通过保留快速子模型和慢速子模型在时间尺度上重
叠的主导特征根,即影响系统中低频特征根的输电线路动态过程,拓宽降阶模
型的频域,提升降阶模型描述低频特征根的准确性。并通过仿真实验验证本文
所提出电磁动态五阶模型的有效性和适用性。
再次,针对传统VSG自适应虚拟阻抗解耦策略中没有考虑系统动态过程、
解耦不彻底的问题,本文提出一种考虑系统动态过程、解耦彻底的自适应动态
虚拟阻抗解耦策略,可以提高稳态工作点解耦的精度、拓宽解耦策略适用范围。
通过分析动态增益矩阵,论证在弱电网、大功角、高线路阻抗比的环境下,系统
动态过程呈现强耦合的特性。通过自适应动态虚拟阻抗直接补偿消除有功环路
与无功环路之间的耦合量,实现系统功率解耦,解决强耦合引起系统稳定性和
控制性能差的问题。通过仿真实验验证本文所提出自适应动态虚拟阻抗解耦策
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略的可靠性和优势。
最后,搭建基于DSP和FPGA双芯片控制的逆变控制器,在并网的多种工
况下,通过实验验证自适应动态虚拟阻抗解耦策略的准确性和适用性。
关键词虚拟同步发电机;降阶模型;功率耦合;级联三相桥逆变器
-II-
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ResearchonPowerDecouplingControlStrategyfor
CascadedThree-PhaseBridgeGrid-Connected
Inverters
Abstract
Inthecurrentenvironmentwherenon-renewableenergyresourcesaregradually
depleting,astheinstalledcapacityofnewenergygenerationinChinacontinuesto
increase,modernpowersystemsexhibitcharacteristicsofdualhigh,leadingto
issuesofnorotationalinertiaandlowdampinginthesystem.Theintroductionofthe
VirtualSynchronousGenerator(