分布式发电系统中并网逆变器控制技术研究

LCL型并网逆变器的控制技术是基于可再生能源的分布式发电系统中一项重要的研究内容。除阻尼LCL滤波器的谐振尖峰外，还需要抑制电网背景谐波对并网电流波形质量的影响；解决电网阻抗对并网逆变器稳定性的影响；阻尼容性负载引起的多次谐振尖峰；解决整流性负载对并网电流波形质量的影响。本项目将揭示电网背景谐波与并网电流之间的物理关系，提出有效抑制背景谐波影响的控制策略。在此基础上，建立典型电网阻抗的数学模型，提出快速、准确检测电网阻抗的方法以及在线优化调节器参数的设计方法。结合所建立的电网阻抗模型，揭示本地负载(特别是容性负载和整流性负载)对控制系统影响的机理，提出阻尼多次谐振的有源阻尼方法以及抑制整流性引起并网电流振荡的控制策略，保证并网逆变器稳定工作，同时并网电流满足谐波标准。

基于可再生能源的分布式发电是实现国民经济可持续发展和解决环境污染问题的重要途径。研究分布式发电系统中并网逆变器的控制技术，确保分布式发电系统并网稳定运行，将为高效和更经济的开发利用可再生能源提供重要的理论基础，对我国能源结构调整、环境保护和可持续发展具有战略性全局性的重要意义。本项目针对单相和三相LCL型并网逆变器，提出了电网电压全前馈方法，有效减小电网电压谐波对并网电流影响的控制策略；针对基于电容电流反馈有源阻尼的LCL型并网逆变器，提出了一种有效的双闭环设计方法；针对数字控制存在计算延时和PWM延时，揭示了电容电流反馈有源阻尼对系统阻尼特性的影响，并提出了双闭环的设计方法，保证并网逆变器安全可靠运行；针对数字控制下的LCL型并网逆变器，提出了电容电流即时反馈有源阻尼的方法，消除了数字控制延时，有效提高了系统对电网阻抗的鲁棒性；针对三相并网逆变器，提出了通用二阶和三阶复数滤波器两种锁相环前置滤波器，前者可以有效减少低电压穿越过程中锁相环对电网电压正负序分量的提取时间，后者能够在保证锁相环动态性能的前提下，有效提高锁相环对电网电压谐波的抑制能力；针对LCL并网逆变器带本地整流性负载，提出采用双电感电流反馈，同时加入负载电流前馈的控制策略，外环采用重复控制器以保证逆变器带整流性负载时，并网电流具有良好的正弦度，该控制策略还可以有效抑制电网电压谐波对并网电流的影响，减小并网电流的稳态误差，且并网逆变器对电网阻抗鲁棒性强；针对LCL型并网逆变器的滤波器的两个电感，提出了将其集成在一副磁芯上的磁集成方法，有效减小了磁芯体积和重量。通过上述研究，实现了分布式发电系统中并网逆变器安全可靠的并网运行。