[发明专利]一种用于并网逆变器和弱电网之间的串联自适应稳定器

说明书

本发明公开了一种用于并网逆变器和弱电网之间的串联自适应稳定器(SAS)。SAS通过重塑电网阻抗的方式来解决并网逆变器(GCI)与弱电网之间的不稳定问题。与传统的稳定方法不同，SAS不需要知道关于GCI的信息，因此将其视为一个黑盒稳定模块。SAS与GCI和电网阻抗串联，它只消耗非常小的功率，效率较高，经济性较好。SAS通过非常简单的自适应电流控制器实现，无任何附加的锁相环(PLL)，在实际应用中容易实现。此外，SAS还自动匹配不同的GCI，具有良好的自适应性和鲁棒性。

技术领域

本发明属于分布式发电、微电网技术领域，具体涉及一种用于并网逆变器和弱电网之间的串联自适应稳定器(SAS)。

背景技术

分布式发电对于高效利用可再生能源，改善能源结构，应对全球气候变化具有重要意义。同时，该技术兼具安装地点灵活、能源利用率高、输电线路损耗少等优点，因而获得了世界各国的广泛关注，并在北欧诸国得到了广泛的应用。在实际应用中，分布式发电机组往往通过并网逆变器(GCI)为电网提供能量，以期达到高度自主化，模块化的目标，同时兼具可扩展性和可维护性的优点。在这一过程中，GCI通常被视作电压源转换器，并通过LCL型滤波器或者经典的L型滤波器与电网直接相连。然而，无论是LCL型GCI还是L型GCI，它们都可能在弱电网情况下导致PCC点电压不稳定的问题。此外，即使单台GCI单独运行稳定，当多台GCI并联运行时，该系统也可能变得不稳定。其主要原因是GCI输出阻抗与电网阻抗不匹配。

为了解决上述稳定性问题，各类新型技术层出不穷，而这些技术的主要关键点均围绕在如何重塑GCI的输出阻抗上。譬如，利用无源和有源阻尼技术来解决输出阻抗的谐振峰值问题。利用有源阻尼器在公共耦合点(PCC)处并联连接，以期重塑GCI输出阻抗。利用电网电压前馈机制并将其集成到GCI控制中，从而减轻可变电网阻抗对GCI输出阻抗的影响。

然而，所有上述现有的改善稳定性的方法都集中于如何重塑GCI阻抗上，换言之，GCI内部信息对于上述方法的成功应用是不可或缺的。而这一要求实际上阻碍了电力电子系统的模块化发展。例如，如果改变GCI，控制器则需要根据来自新GCI的新信息再次重新设计原始稳定方法，这显然增加了研发周期以及时间成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种一种用于并网逆变器和弱电网之间的串联自适应稳定器(SAS)，与上述传统技术相反，SAS不改变GCI的输出阻抗，转而关注如何重塑电网阻抗，无需知道GCI的任何信息，SAS可以被视为黑盒稳定器模块自行匹配不同的GCI；此外，SAS还通过非常简单的电流控制器根据不同的GCI自适应地形成电网阻抗；从效率上讲，由于SAS的固有的串联连接方式，SAS在实际工作中仅产生非常小的功率损耗，也兼具高效率，经济性良好的优点，提高系统暂态稳定性及动态性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于并网逆变器和弱电网之间的串联自适应稳定器(SAS)，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：根据并网逆变器与弱电网连接的拓扑推导包含了滤波器的等效阻抗模型，从而给出并网逆变器等效为非理想电流源情形下对应的电流表达式I_inv(s)，并导出等效输出阻抗表达式Z_inv(s)以及弱电网侧等效阻抗Z_g(s)表达式；

步骤2：在同一个波特图中同时画出并网逆变器输出阻抗与弱电网侧等效阻抗，确定两者交接频率f_int及其相位关系，确定频率不稳定区域；

步骤3：设计SAS等效串联阻抗Z_SAS，使得Z_SAS在(|Z_SAS||Z_g(s)|)且靠近f_int的频率范围内现出高阻性质，同时相位满足在其他频率范围内，理想|Z_SAS|波特图幅值部分为小于0dB平行于实轴的直线；