弱电网条件下并网逆变器锁相环耦合干扰机理及干扰抑制研究

In weak grid system, due to the existence of impedance network, grid-connected inverter and weak grid system influence each other, leading to the occurrence of coupling interference. This affects the stability of phase-locked loop output and the whole system directly. In order to probe into the coupling interference mechanism of phase-locked loop of grid-connected inverter in weak grid system, this project tends to construct phase-locked loop system model in the perspective of the overall system. And then it divides coupling interference into system impedance network coupling.and multi- inverter cross-coupling, probing into two coupling interference mechanisms and their influence on phase-locked loop. Through the influence analysis of coupling interference on phase-locked loop and the whole system stability, this project discusses numerical condition of its influence on multi-inverter parallel system stability, to find out the optimization scheme of phase-locked loop parameters. Besides, this project explores the suppression strategy of power grid background signal interference and coupling interference, so that the grid-connected inverter grid synchronization interference in weak grid system can be reduced. This project is innovative in that it is not a traditional independent phase-locked system analysis, but the synchronization system analysis of weak power grid with impedance network. Through the research on coupling mechanism, stability analysis and interference suppression scheme design, this study deduces the coupling interference of phase-locked loop of grid-connected inverter in weak grid system. The research finds have important theoretical significance and practical application value for the design of grid-connected inverter phase-locked loop and weak grid system planning.

在弱电网系统中，由于系统阻抗网络的存在，并网逆变器与弱电网系统之间相互影响，形成耦合干扰，直接影响锁相环输出和整体系统的稳定性。为了探究弱电网系统对并网逆变器锁相环的耦合干扰机理，本项目以整体系统的角度建立锁相环系统模型，将耦合干扰分为系统阻抗网络耦合和多逆变器交叉耦合，探究两种耦合干扰机理和对锁相环的影响；分析耦合干扰对锁相环及整体系统稳定性的影响，研究耦合干扰对多逆变器并联系统稳定性影响的数值条件，寻找锁相环参数优化配置方案；探究锁相环的电网背景信号干扰和耦合干扰抑制策略，解决弱电网环境下并网逆变器电网同步干扰问题。项目研究由传统的独立锁相系统分析扩展到含阻抗网络的弱电网同步系统分析，采用耦合机理研究、稳定性分析、干扰抑制方案设计的研究路线，解决弱电网系统中并网逆变器锁相环耦合干扰问题，研究结果对于并网逆变器设计和弱电网系统规划具有重要的理论意义和实际应用价值。

弱电网条件下，由于系统阻抗网络的存在，并网逆变器与弱电网系统之间相互影响，形成耦合干扰，直接影响锁相环输出和整体系统的稳定性。本项目以弱电网并网逆变器锁相环为研究对象，进行锁相环耦合干扰机理及干扰抑制研究。（1）项目从弱电网系统的角度分析并网逆变器锁相环模型，通过将逆变器及外电网作为锁相环干扰支路，建立了含耦合干扰同步的锁相环模型，分析了不同电网阻抗状态、不同锁相环结构条件下，耦合干扰对于锁相环影响情况，给出了弱电网条件下锁相环耦合干扰机理及其与锁相环之间的数值关系。（2）研究了并网逆变器锁相环与电流环的状态关系，建立锁相环-逆变器-弱电网耦合系统模型；分析了多逆变器输出阻抗耦合关系，建立多逆变器并联的弱电网系统模型。研究表明：弱电网条件下，以逆变器为主体进行分析，可以得到与以逆变器为主体研究相同的结论，锁相环以负阻尼特性附加导纳形式影响系统稳定性。（3）针对锁相环耦合干扰问题，本项目分析了系统稳定性与锁相环结构和参数的关联特性，提出了级联锁相环结构和一种基于滤波器传输矩阵变换的锁相环结构，提升并网系统的稳定性。研究表明，针对耦合干扰问题，可设计干扰抑制的方法：为信号传递通道设计滤波环节，改进系统阻抗特性，从源头上实现干扰信号滤除。（4）探究了附加虚拟阻抗改善系统稳定性的方法，设计了电网电压比例微分前馈策略和一种基于锁相环特性的虚拟阻尼前馈补偿策略，并基于电网阻抗估计，给出一种基于虚拟阻抗补偿锁相环控制策略。研究表明，针对耦合干扰问题，可设计干扰补偿的方法：对耦合干扰支路建模，从逆变器电流控制环路附加虚拟阻抗支路和锁相环附加虚拟阻抗支路两个方面考虑，通过附加虚拟阻抗补偿耦合干扰对系统的影响，提高系统稳定性。针对弱电网系统中并网逆变器锁相环耦合干扰问题，本项目的研究成果形成了较为系统的理论体系，可为复杂环境下逆变器并网提供理论支持。