论文总字数：24282字

摘 要

随着电力电子技术的发展和越来越多的分布式能源发电接入电网，大量的逆变器应用到配电网中，这些非线性的并网逆变器在极大地方便了分布式电源接入的同时也由于自身控制特性和参数的差异导致既能表现为感性又可能是容性，这也意味着这些装置会向电网中注入大量谐波，导致配电网的谐振特性变得十分复杂。

本文通过以多并网逆变器配电网系统作为研究对象，分析系统的谐振特性。文章首先研究了并网逆变器系统各部分的发展状况和最新技术以便于加快研究进程，之后本文研究了在dq旋转坐标系下的LCL型滤波器的PI控制策略并网电路和在αβ静止坐标系下的LCL型滤波器的PR控制策略并网电路两种不同并网逆变器控制策略的控制方式和优缺点，最终以αβ静止坐标系下的PR控制为研究重点并以此原理进行了仿真工作。

本文使用模态分析法对含有多个并网逆变器的电网系统其产生并联谐振的问题进行了研究工作，建立其节点导纳矩阵后画出模态阻抗图，根据图判断节点导纳矩阵的特征值分布，最终得到研究系统的谐振频率和模态，并根据求得的矩阵的左右关键特征向量判断系统可观测性最佳的位置，并发现左右特征向量中对应元素的幅值是相等的。最后基于PSCAD仿真平台搭建仿真模型来验证研究结论。

关键词：分布式电源；并网逆变器模型；模态分析；谐波谐振

Abstract

With the development of power electronics and more and more distributed energy generation connected to the power grid, a large number of inverters are applied to the distribution network. These non-linear grid-connected inverters greatly facilitate distributed power generation. The access can also be both inductive and capacitive due to differences in control characteristics and parameters. This also means that these components can inject a large amount of harmonics into the power grid, causing the distribution network resonance to become very resonant.

This researches analyzes the resonance characteristics of the system by taking multi-grid inverter distribution network system as the research object. The article first studied the development status and the latest technology of various parts of the grid-connected inverter system in order to speed up the research process. After that, this researches studied the two different grid-connections of the PI control in the dq rotating coordinate system and the PR control in the αβ stationary coordinate system. The control method and advantages and disadvantages of the inverter control strategy are finally focused on the PR control in the αβ stationary coordinate system and the simulation work is performed on this principle.

For the distribution network system with multiple grid-connected inverters, the modal analysis method is used to study the parallel resonance problem of the system. The distribution of the eigenvalues ​​of the system node admittance matrix is ​​analyzed within the study frequency range. The resonant modal and resonant frequency of the system are determined, and the best observed position of the system is determined based on the left and right key eigenvectors of the matrix, and it is found that the amplitudes of the corresponding elements in the left and right eigenvectors are equal. Finally, a simulation model was built based on the PSCAD simulation platform to verify the research conclusions.

Keywords: distributed power supply; grid-connected inverter model; modal analysis; harmonic resonance

目录

摘要 i

Abstract ii

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 逆变器的应用现状 2

1.3 谐波谐振的危害 2

第二章 单逆变器的并网输出阻抗模型 4

2.1 单逆变器并网结构 4

2.1.1 滤波器部分 4

2.1.2 控制器部分 5

2.1.3 脉宽调制部分 5

2.2 单相并网逆变器逆变电路数学模型 6

2.3 三相并网逆变器逆变电路数学模型 8

2.3.1 dq旋转坐标系下PI控制策略三相并网逆变器的输出阻抗模型 10

2.3.2 αβ静止坐标系下三相PR控制策略下并网逆变器输出阻抗模型 11

第三章 多逆变器的并网输出阻抗模型 14

3.1 多并网逆变器系统的诺顿等效模型 14

3.2 模态分析法的基本原理和分析步骤 15

3.3 逆变器数量对系统谐振模态的影响分析 15

第四章 仿真验证 17

4.1建立模型正确性的仿真验证 18

4.2 对模态分析法得出结论的仿真验证 20

4.3 并网逆变器数量变化时的仿真验证 21

第五章 结论和展望 25

参考文献 27

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

电能是目前世界上最方便使用和传输的能源，也是全世界适用范围最广的能源，不论是传统的火电热能还是近年来越发流行的新能源如水能风能等最终都要转化成电能才能被人类间接利用，而如何高效方便的利用能源转化成电能，最终实现节能减排和资源循环利用可持续发展是人类一直研究的重点课题。目前可再生能源的主要利用方式是分布式发电。基于可再生能源的分布式发电系统靠近用户现场，具有与环境兼容、高效、可靠性高等 优点，可以满足某些终端用户的特定要求，同时支持配电网的经济运行^[1-4]。

近年来新能源利用技术受到人们重视，相关技术也在不断发展，而新能源技术最大的问题就是会形成分布式电源，对电网造成一定的影响，虽然分布式电源通过发散的供电有效的降低了部分用户的用电费用并且提高了其用电的可靠性甚至能够作为后备电源，降低输电损耗，但它同时也增加电力系统复杂程度和对电网控制管理的难度，影响了无功功率的分布情况和短路水平，会导致电路保护更加困难，而且会引发整体电网系统电能质量降低，无法满足用户需求等一系列问题。与此同时电力电子技术和电力系统飞速发展，传统电力系统特性发生巨大改变，新能源发电机不同于传统火电发电机，其固有的机械旋转特性和输出电能方式都有了巨大的改变；而社会的发展和进步也导致用户负荷动态特性不同于以往，最终电力系统的负荷预测和发电规划等与过去大不相同，其不确定性被放大^[5-8]。分布式电源在电网中占的比例越来越大，对电力系统的网损电压和电能质量的影响越发严重，在这种情况下“微网”概念应运而生，通过形成主电网的互补电网的方式极大地提升了能源的使用效率，提高了电力系统的可靠性和灵活性，人们通过这一概念试图解决分布式电源对电力系统的不利影响，为新能源技术的发展和规模化拓宽新的路径。然而这种技术由于存在系统容量限制等缺点，当越来越多的分布式电源接入电网以后微网技术并不能完美的解决分布式电源对电网造成的不利影响，所以在这之后人们研究出新的处理方法：主动配电网技术。主动配电网技术以微网技术为基础，发展出新的方面，兼顾整体电网最优控制部分和局部区域自主控制，并且能够兼容微电网系统，能够自主协调控制新能源分布式电源部分，确保电网安全稳定运行和电能质量高，有着较高的配电网效率，能够满足当前环境需求。

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