组串式并网逆变器柔性解耦控制及高效高冗余技术研究

String-type grid-connected inverter has the advantages of strong matching ability, more suitable for the attenuation inconsistency of components, maintenance and replacement will also be convenient, and more generating capacity, which becomes one of the preferred schemes of photovoltaic plant. However, the harmonic oscillation in multi-string grid-connected inverter interacted with the weak grid is increasing, and more efficient and reliable inverter is required by the severe application environment. The solutions to these key problems will propose by this project: (1) A flexible decoupling control strategy for the control delay will propose to solve the compatibility of a wide range control frequency and the resonant frequency, which can improve the stability of grid-connected inverter; (2) Build the model of the coupling weak grid, and propose flexible feedforward control and flexible controller scheme to increase the output impedance of middle and high frequency and improve the interaction stability of the inverter and grid; (3) Propose an new inverter and control strategy, which can realize control-type soft switching and adapt to a wide range of instantaneous power rely on its redundancy, and enhance the efficiency and reliability of the inverter in a wide range of power and harsh application environment. The technical breakthrough above can provide a theoretical and technical basis for high performance string-type grid-connected inverter.

组串式并网逆变器具有组串匹配性好、更适应组件衰减不一致、更换维护方便、发电效益高等优点，成为光伏电站的优选方案之一。但是多机组网的组串式并网逆变器与耦合弱电网交互的谐波振荡现象日益加重，且恶劣的应用环境对逆变器的高效可靠提出了更高要求。本申请项目针对这些关键问题提出相应解决方法：(1)提出控制延时的柔性解耦策略，解决宽范围控制频率与谐振频率的兼容性，提高并网逆变器自身稳定性；(2)建立耦合弱电网模型，提出柔性前馈与柔性控制器方案，增强逆变器中高频段的输出阻抗，提升逆变器与电网的交互稳定性；(3)构建一种兼顾控制型软开关、利用自身冗余度适应宽范围瞬时功率的逆变器及其控制方法，提升宽范围功率与恶劣应用环境下逆变器的高效与可靠性。上述技术突破可为高性能组串式并网逆变器提供相应的理论与技术基础。

LCL型逆变器是光伏并网发电系统中的关键设备，逆变器稳定是设备接入电网的重要前提条件，而稳定性研究主要包括逆变器系统自身稳定性及与电网交互稳定性两个方面。项目研究数字控制延时对LCL型并网逆变器自身稳定性的影响，研究LCL并网逆变器与弱电网交互的稳定性，并分别给出对应的补偿与改进控制策略。提出PWM即时加载结合电容电流一阶高通负反馈补偿环节的控制方法(PWM即时加载+HBF)，以补偿有源阻尼环路谐振频率段的延时，该补偿控制策略提高了并网逆变系统控制频率与LCL谐振频率的兼容性，以始终维持系统最小相位属性，减小了控制延时对系统稳定性的影响；进而提出谐振前馈控制思想，以降低电网阻抗在谐振频率段的幅值响应，提高系统开环传函的稳定裕度，并减小入网电流稳态误差。. 为了进一步提高并网逆变器的性能，项目从过零点附近的电流畸变和电感电流脉动大等关键问题着手开展系统性研究。分析了该逆变器采用单极性调制和双极性调制时的工作原理，阐述了采用单极性调制的优势，并且介绍了单路结构逆变器的控制框图和主要参数的设计方法，根据仿真和实验波形，指出了电感电流临界连续型逆变器的关键问题。抑制过零点附近的电流畸变对提高逆变器输出电流的质量至关重要,从数学角度和物理角度分析了过零点附近的控制难点。比较了传统的过零点附近电流畸变抑制方案的优缺点，在此基础上提出了单极性和断续双极性混合调制的逆变器控制方案。为了进一步提高逆变器的功率密度和输出电流质量，研究了两路交错的电感电流临界连续型逆变器控制方案。建立了交错控制性能的评价指标，分别分析了开环交错控制方法、交叉耦合主从控制方法和基于PLL的闭环交错控制方法的控制原理和控制性能，结果表明基于PLL的闭环交错控制中主从模式的控制性能最优，搭建了逆变器并网实验平台并进行了验证。. 项目的研究对提高并网逆变器接入弱电网下的稳定性以及效率提升具有重要参考价值。