双模式三相逆变器并/脱网冲击分析和无缝切换控制研究

三相逆变器广泛应用于太阳能、风能等新能源发电领域。伴随着分布式发电及微电网的快速发展，独立/并网双模式运行的发电系统成为电力电子与电力系统领域交叉研究的热点。为实现大电网和分布式发电系统的协调稳定运行，三相逆变器并/脱网切换瞬态过程分析和无缝切换成为其中的关键技术之一。本课题力图揭示系统中各环节、器件参数及控制对切换瞬态过程的冲击影响，形成较为完善的无缝切换和双模稳定运行的设计理论和设计方法。内容为：本课题以电路原理为基础，建立不同时刻下模式切换暂态数学微分方程，研究系统变量、器件参数对产生暂态冲击及对电网或负载的影响分析，以寻求最优控制变量和无缝切换控制策略；开展控制模式与工作模式的不同组合模型对并/脱网的冲击影响，寻求最佳的并/脱网切换模式；提出应用物理冲量的概念研究三相逆变器并/脱网冲击更小的最优切换时刻；研究适合三相并网逆变器和多台逆变器的孤岛检测方法，用于实现逆变器强迫脱网控制。

本项目研究的“双模式三相逆变器并/脱网冲击分析和无缝切换控制”是可再生能源分布式发电的重要组成部分。研究分布式发电系统的并网运行问题，消除它对电网的负面影响，改善其电能质量，确保分布式发电系统独立及并网运行时的稳定性，将为高效、高质量、高稳定性和更经济的分布式发电系统的发展提供重要的理论基础。.　　本项目开展了三相并网逆变器并脱网切换过程中引起电流电压冲击的机理及影响研究，开展了双模式LCL三相逆变器模型建立及并脱网无缝切换控制策略研究，提出了加权无缝切换控制策略，可保证切换瞬态变量受控实现无缝切换。本项目从新的思路研究独立运行和并网运行平滑切换，即独立运行和并网运行采用相同的控制模式，从而避免了控制模式切换，提出基于自适应下垂控制的三相逆变器双模式运行及平滑切换统一控制策略，包括带低通滤波器的虚拟阻抗控制、主动同步控制和P-FD/Q-VI改进下垂控制三部分，实现了独立运行与并网运行统一控制及无缝切换。开展了多逆变器并网运行对孤岛检测的影响研究，该内容为本项目的特色研究工作之一。以往的孤岛检测方法有的只适合单相逆变器而不适合三相，有的适合单机而不适合多级，本项目开展了被动孤岛检测方法对多机并网适应性分析、主动电流扰动孤岛检测方法对多机并网适应性分析、带正反馈的主动移频孤岛检测方法(AFDPF)对多机并网适应性分析研究，得出有意义的结论：被动孤岛检测方法在多机并网的情况下，不影响其检测盲区范围 ；主动电流扰动孤岛检测方法在多机并网的情况下盲区变大，因此方法不适合多机并网的情况；带正反馈的主动移频孤岛检测方法，在多机的情况下与单机无区别，但更适合于单相逆变器，在三相系统中实现复杂。针对三相并网逆变器孤岛检测的特殊性，提出基于01序列的主动式非破坏性孤岛检测方法和基于锁相环的相位扰动孤岛检测方法，能够快速准确的检测孤岛的发生，属于非破坏性孤岛检测，能够防止电网不平衡情况下的误动作，且适合于三相逆变器和多机并网运行孤岛检测。开展了高频链三相矩阵式逆变器研究。开展了不平衡电网下三相逆变器并网控制及谐波抑制策略研究，提出基于正负序解耦的双电流内环前馈控制策略，以抑制逆变器的负序电流。通过上述研究，为实现分布式发电系统安全经济高效优质的并网运行奠定了基础。