大型光伏并网系统谐振机理及抑制策略研究

This project investigates the resonance between the large-scale photovoltaic(PV) plant and the grid in order to improve the stability and power quality of the large-scale grid-connected PV system. It's based on the theory and technology of PV, modeling, stability, inverter control, simulation analysis and experimental verification to study the system stability considering the affect of the PV plant capacity, inverter nonlinear factors and equivalent grid impedance. The objective of this project is to develop a stability criterion to determine the system is stable or not, and then research inverter control strategy to suppress harmonic and instability caused by resonance. The project aims to reveal the resonance mechanism of the large-scale grid-connected PV system and develops a new inverter control system which has a function of suppressing resonant. So that it can laid the theoretical foundation for promoting the development and application of the large-scale PV plant. This project has important engineering value and scientific significance.

本项目以大型光伏并网系统为研究对象，以提高大型光伏电站的系统稳定性和并网电能质量为研究目标，探索大型光伏电站与电网之间的谐振机理。项目基于光伏发电、系统建模、稳定性判定、逆变器控制、仿真分析以及实验验证等理论和技术，在建立大型光伏并网系统数学模型的基础上，探讨光伏电站容量、逆变器非线性因素、等效电网阻抗对系统稳定运行的影响，提出大型光伏并网系统稳定性判定准则，研究抑制谐振引发的谐波含量超标以及不稳定问题的逆变器控制策略。该项目旨在揭示大型光伏并网系统的谐振机理，开发拥有谐振抑制功能的新型光伏逆变器控制系统，为大型光伏电站的发展及其推广应用奠定理论基础，具有重要的工程价值与科学意义。

大型光伏电站接入到电网阻抗较大的弱电网时，电网阻抗会导致基于LCL滤波器的大型光伏电站阻尼策略失效，引发大型光伏电站与电网之间的谐振。此外，随着光伏电站容量的不断增加，逆变器的大量并联将导致并网逆变器的等效电网阻抗发生改变，加剧大型光伏电站与电网之间的谐振。. 本项目以大型光伏并网系统为研究对象，在建立大型光伏并网系统数学模型的基础上，研究了大型光伏电站与电网之间的谐振交互机理，并提出抑制系统谐波谐振的控制策略。项目的主要研究成果为：（1）当各台并网逆变器参数完全相同时，研究了大型光伏并网系统的谐振稳定性机理，并通过研究电网阻抗对系统谐波放大能力的影响揭示了系统的谐振机理；（2）当各台并网逆变器的参数不一致时，研究了大型光伏并网系统中不同逆变器之间以及逆变器与电网之间的交互作用机理，得出了大型光伏并网系统的稳定性判据；（3）为了提高弱电网条件下并网逆变器系统的稳定性，先后提出了基于逆变器导纳重构的谐振抑制策略（通过在并网点电压前馈中引入相位滞后环节来校正逆变器导纳的相频特性）、基于相位裕度自适应补偿的谐振抑制策略（通过相位超前环节对开环传递函数的相位进行补偿）和一种增强大型光伏电站对电网阻抗适应能力的逆变器参数设计方法；（4）考虑光伏并网逆变器中存在的数字控制延时，研究了数字控制延时大小对大型光伏并网系统稳定性的影响，提出了基于递归无限长单位冲击响应滤波器原理的新型电容电流反馈回路，以扩大并网逆变器有效阻尼区域；（5）考虑大型光伏电站多配备无功补偿装置，研究了并联SVG装置对大型光伏并网系统稳定性的影响，以并网逆变器电流内环为控制对象，应用相位补偿环节消除SVG对系统相位裕度的影响，保证了系统的稳定运行。. 本项目揭示了大型光伏并网系统的谐振稳定性机理，提出了增强系统稳定性和抑制谐波谐振的控制策略，为大型光伏电站的发展及推广应用奠定了理论基础，具有重要的工程价值与科学意义。