弱电网下多逆变器并机谐振失稳量化定责及抑制策略研究

The harmonic instability under weak grid condition for paralleled multi-inverter system is researched in this project. Different kinds of harmonic instability problems in various application fields using diversiform topology structure are unified. The contribution of each inverter to system instability is evaluated quantitatively, and efficient instability suppression strategy is given. The main content of research are as follows: (1) common analysis of harmonic instability problems for paralleled multi-inverter system; in the perspective of global admittance frequency domain characteristics, this project analyzes the interactive couplings in the parallel system qualitatively and quantitatively; the efficient and real-time harmonic instability criterion is proposed; (2) the quantitative responsibility analysis of each inverter for harmonic instability, and the harmonic instability factor of each inverter is determined to evaluate the responsibility effectively, which will make the direct target of instability suppression clear; (3) global and hybrid instability suppression strategy, which could improve the system damping characteristics at the resonance frequency of global admittance is proposed. This project would break through the key technical problems about harmonic instability under weak grid condition and could promote the technical field development of power conversion, including renewable energy, energy storage and active power filter. The research content have important theoretical research value and application prospects.

本项目围绕弱电网下多逆变器并机谐振失稳问题展开研究，提出将不同应用领域、多类型拓扑结构的多逆变器并机谐振失稳问题进行统一，将逆变器对于系统级失稳的影响程度进行量化分析，并给出有效的谐振抑制策略。研究内容包括：①多类型逆变器规模化并机谐振失稳的共性问题分析，从全局导纳频域特性的角度出发，定性和定量分析多逆变器并网系统交互耦合关系，提出高效实时的谐振失稳判据；②多逆变器并机谐振失稳责任的量化分析，对并网逆变器带来的谐振失稳责任进行有效评估和划分，确定并网逆变器对谐振失稳的责任因子，定性和定量的明确出谐振抑制的直接目标；③多逆变器并机系统全局混合型高效谐振抑制策略，改善并机系统全局导纳谐振频次处阻尼特性，有效抑制谐振失稳现象。本项目研究成果将突破弱电网下多逆变器并机谐振失稳关键技术难题，推动可再生能源并网、储能以及大规模全有源型谐波治理等并网电能变换领域的发展，具有重要的理论研究价值和应用前景。

多逆变器并联拓扑广泛应用于可再生能源并网、储能及电能质量治理等领域，是当前增加整机系统容量的有效手段。然而，弱电网条件下的并机系统容易发生谐振失稳现象，影响电网设备的安全使用。本项目针对该问题开展了深入的研究。..首先，研究了多类型逆变器规模化并机谐振失稳的共性问题分析及判据，包括谐振失稳共性问题分析、电气等值建模分析、交互耦合关系定性及定量分析、高效实时谐振失稳判据等。建立了全导纳形式的并机系统两端口诺顿等效电路，得到了电网阻抗不可忽略条件下的并机系统电流响应表达式；从全局导纳频域特性的角度，定性和定量分析了多逆变器并机系统交互耦合关系，揭示了谐振失稳现象的本质原因；提出了高效的谐振失稳判定方法。接着，研究了多逆变器并机谐振失稳量化定责方法，包括失稳谐振点分析、定量责任因子分析、单台逆变器对所有失稳谐振点的责任因子和频次高低权重分析；单台逆变器对并机系统谐振失稳的总定量责任因子分析。在交互耦合谐振失稳分析的基础上，确定了多逆变器规模化并机系统的失稳谐振点信息；以单台逆变器为分析对象，研究了其对于某频次失稳谐振点的定量责任因子；然后确定该台逆变器对所有失稳谐振点的责任因子和频次高低权重，得到该台逆变器对系统谐振失稳的总定量责任因子。通过对于谐振失稳责任的量化分析，定性和定量的明确出了谐振抑制的直接目标。最后，研究了多逆变器并机系统全局混合型高效谐振抑制策略，包括间接抑制方法分析、基于分布式及集中式导纳重塑的多逆变器并机系统谐振抑制策略、集中式和分布式结合全局混合型谐振抑制策略等。..本项目研究了弱电网条件下多逆变器并机谐振失稳量化定责及抑制策略，尤其解决了失稳责任量化定责的问题。共发表论文SCI论文4篇（含第一作者IEEE trans论文2篇）、EI论文1篇；申请发明专利3项，授权1项。本项目研究成果可以应用于分析多变换器并联的复杂并网情况，具有很好的应用前景。