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隨著煤、石油以及天然氣等不可再生能源的日益枯竭，環(huán)境問題日益嚴重，利用可再生能源發(fā)電的分布式發(fā)電技術(shù)得到快速發(fā)展，故其在電網(wǎng)中所占的容量也在不斷增加。由于分布式發(fā)電系統(tǒng)呈散落分布狀，需要大量變壓器及較長的輸電線路接入大電網(wǎng)，造成電網(wǎng)存在不可忽略的電網(wǎng)阻抗，這種電網(wǎng)通常稱為弱電網(wǎng)。

同時，電網(wǎng)運行方式的變化也導致了電網(wǎng)阻抗呈寬范圍變化的特點。而并網(wǎng)逆變器作為可再生能源發(fā)電與電網(wǎng)的接口，電網(wǎng)阻抗的存在會嚴重影響逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)的控制性能甚至導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

目前針對弱電網(wǎng)下并網(wǎng)逆變器的穩(wěn)定性控制問題，許多學者采用不同的分析方法給出了多種解決方案。但是這些研究多關(guān)注于逆變器控制器本體的穩(wěn)定性，系統(tǒng)穩(wěn)定性分析過程較為復雜。為此，專家們提出基于阻抗的穩(wěn)定性分析方法，該方法把逆變器和電網(wǎng)視為兩個單獨的子系統(tǒng)，以阻抗的形式來表示其外特性，并采用基于阻抗的穩(wěn)定性判據(jù)來分析二者之間的交互穩(wěn)定性。

通過上述研究分析，國家電能變換與控制工程技術(shù)研究中心（湖南大學）、上海電力大學電氣工程學院的研究人員，在重塑基于阻抗的穩(wěn)定性判據(jù)理論基礎(chǔ)上，采用數(shù)學方法推導并建立了電流雙閉環(huán)控制LCL型并網(wǎng)逆變器的諾頓等效串、并聯(lián)阻抗模型。通過對阻抗模型的阻抗特性進行分析，提出一種保持等效電流源串聯(lián)輸出阻抗不變，優(yōu)化并聯(lián)輸出阻抗特性的阻抗重塑控制技術(shù)。

圖1 LCL逆變器并網(wǎng)運行的總體控制結(jié)構(gòu)

圖2 電網(wǎng)阻抗檢測算法流程

圖3 并聯(lián)阻抗重塑諾頓等效電路

該阻抗重塑技術(shù)包含三部分：電網(wǎng)阻抗檢測單元、相位裕度定點補償單元和幅值矯正單元。其中電網(wǎng)阻抗檢測單元實現(xiàn)電網(wǎng)阻抗的實時在線檢測，并將其檢測信息送入到相位裕度定點補償單元；相位裕度定點補償單元首先根據(jù)送入的電網(wǎng)阻抗信息利用重塑的基于阻抗的穩(wěn)定性判據(jù)計算得到交截頻率與對應(yīng)的相位裕度，然后根據(jù)獲取的交截頻率與相位裕度確定補償環(huán)節(jié)參數(shù)，實現(xiàn)相位裕度的精確補償；同時為了實現(xiàn)定點補償需要幅值矯正單元進行幅值修正。

該阻抗重塑控制技術(shù)不僅能夠在電網(wǎng)阻抗寬范圍變化過程中，保持逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)具有恒定的穩(wěn)定裕度，而且在考慮電網(wǎng)阻抗存在檢測誤差的情況下，依舊能夠保證系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。而且在投入系統(tǒng)后具有響應(yīng)速度快、動態(tài)性能好的優(yōu)點。

以上研究成果發(fā)表在2020年第6期《電工技術(shù)學報》，論文標題為“弱電網(wǎng)下具有定穩(wěn)定裕度的并網(wǎng)逆變器阻抗重塑分析與設(shè)計”，作者為涂春鳴、高家元、趙晉斌、張云飛、郭祺。