光伏并网发电系统与电网间阻抗匹配关系及系统稳定性研究

面对全球环境的恶化和化石能源步入枯竭的严峻形势，光伏并网发电以其清洁可再生发电的突出优势，愈来愈受到各国的重视和强力推动。大量致力于提高系统效能和稳定性，降低成本的研究正加速展开。.申请者在已往研究的基础上，提出从阻抗分析的角度探索光伏并网发电系统与电网之间匹配关系的完整描述和系统稳定性判断准则。在分析并网发电系统和电网的电气特性及动态性能基础上，分别建立两者的阻抗模型，以揭示在不同频段、工作状态等条件下系统结构和参数的时变性和非线性变化规律，奠定光伏并网发电系统与电网之间匹配关系的理论分析基础。在此基础上，采用数字仿真的方法进一步推出逆变器输出阻抗和电网阻抗之间的量化关系，建立基于阻抗匹配的通用分析方法，为研制高性能光伏并网逆变器提供技术支持和理论指导，为实现光伏并网系统与电网之间的协调稳定运行和快速动态响应提供科学依据。

本项目以单相光伏并网发电系统为研究对象，从阻抗分析的角度研究光伏并网发电系统与电网之间的匹配关系和系统稳定性判断准则。在分析光伏发电系统和电网的电气特性及动态性能基础上，分别建立系统孤岛运行和并网运行两种情况下的逆变器输出阻抗模型。在此基础上，对光伏发电系统孤岛和并网两种运行模式，利用阻抗匹配原则分别建立了其阻抗稳定性判断标准，并结合逆变器输出阻抗模型分析了主电路及控制环节各参数变化对系统稳定性的影响，并通过时域方法证明分析结果的正确性，从理论上阐明阻抗分析方法的合理性和可行性。阐述恒功率负载的负阻特性及其影响系统稳定性的原因，结合输出滤波电感变化对系统稳定性的影响，提出了虚拟电感控制方法，从孤岛和并网两种情况分别分析了虚拟电感的实现方法，并用实验验证了所提方法的正确性。虚拟电感控制作为虚拟阻抗控制方法中的一种，在提高系统稳定性基础上可降低实际元器件的体积和重量，进而提高逆变器功率密度、降低系统成本，同时该方法对于系统的动态响应速度和谐波问题也有一定改善作用。在研究单一光伏并网发电系统与电网间阻抗匹配关系及系统稳定运行控制方法的基础上，将研究内容作进一步扩展，把光伏发电系统作为微网中的微源，进一步从微网的角度对多个光伏逆变器的阻抗匹配原则和系统稳定性进行研究，提出一种基于逆变器输出导纳域的微网系统稳定性判断方法，该方法通过对底层逆变器的输出导纳进行设计以保证并联系统具有足够的稳定裕度，实验结果证明了所提方法的正确性。在该基金资助下，共发表SCI、EI检索论文15篇，授权及申请发明专利各1项，培养博士2名，硕士7名。除了顺利达到预期目标外，以该基金为起点和基础，科研团队中的年轻教师成功获批两项青年基金，以新能源为切入点，课题组后续研究工作将会更加深入。