并網(wǎng)逆變器作為可再生能源與電網(wǎng)之間的能量交換接口，已成為分布式發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分。但是，數(shù)字控制LCL型并網(wǎng)逆變器的固有控制延時(shí)會(huì)影響原有諧振阻尼方案的控制特性，從而降低并網(wǎng)逆變器在弱電網(wǎng)下的魯棒性。提高弱電網(wǎng)下數(shù)字控制并網(wǎng)逆變器對(duì)寬范圍可變電網(wǎng)阻抗的魯棒性在實(shí)際工程應(yīng)用中尤為重要。提高并網(wǎng)系統(tǒng)魯棒性的途徑之一是減小數(shù)字控制延時(shí)。由于數(shù)字控制延時(shí)中的計(jì)算延時(shí)為調(diào)制信號(hào)裝載與采樣的時(shí)間間隔，因此減小計(jì)算延時(shí)最直接的方法就是改變采樣瞬間或調(diào)制信號(hào)裝載瞬間的時(shí)序。另一種減小數(shù)字延時(shí)的方法是通過(guò)采用適當(dāng)?shù)目刂品桨竵?lái)補(bǔ)償數(shù)字控制延時(shí)以擴(kuò)大電容電流有源阻尼等效阻抗的虛擬正阻區(qū)域頻率邊界。有關(guān)方案對(duì)提高并網(wǎng)系統(tǒng)的魯棒性均帶來(lái)了有效幫助，但由于它們都需對(duì)現(xiàn)有的已進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)的并網(wǎng)逆變器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（包括控制算法等）進(jìn)行改變和重塑，故可能帶來(lái)開(kāi)發(fā)周期及成本的增長(zhǎng)。近年來(lái)電力電子裝置的發(fā)展呈現(xiàn)高頻化的趨勢(shì)，在新型寬禁帶器件完全取代目前的普通Si器件之前，低頻與高頻電力電子裝置并存的局面必然存在。而探究如何有效利用高頻化所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)具有重大意義，其中一種效益就是生成高頻電力電子模塊以改善原有系統(tǒng)穩(wěn)定性，這在直流微電網(wǎng)系統(tǒng)中已有所體現(xiàn)。如在有學(xué)者針對(duì)直流微電網(wǎng)中恒功率負(fù)載的不穩(wěn)定性情況，通過(guò)儲(chǔ)能單元和高帶寬功率變換器將等效負(fù)載阻抗設(shè)定為一個(gè)自適應(yīng)智能電阻，使系統(tǒng)本身在負(fù)載點(diǎn)動(dòng)態(tài)地保持穩(wěn)定性，同時(shí)可有效減小系統(tǒng)尺寸。其中的高帶寬功率變換器采用了新型寬禁帶器件氮化鎵（GaN）來(lái)提高開(kāi)關(guān)頻率，以實(shí)現(xiàn)其高帶寬特性。然而，上述效益獲取方式尚未應(yīng)用于交流場(chǎng)合。南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院的沈姝衡、方天治、章益凡，在2022年第21期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，考慮將新型寬禁帶器件引入交流并網(wǎng)場(chǎng)合中，得到基于GaN的高頻（高帶寬）并網(wǎng)逆變器，以抑制原有系統(tǒng)在弱電網(wǎng)下的的低頻諧振。這一方案無(wú)需更改原逆變器模塊的控制方式，從而為提高分布式發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與魯棒性提供新的思路。他們指出，實(shí)際上隨著高頻逆變模塊并入電網(wǎng)，會(huì)形成高頻與低頻裝置并存的局面，故有必要對(duì)多個(gè)模塊并聯(lián)并網(wǎng)系統(tǒng)中不同開(kāi)關(guān)頻率對(duì)系統(tǒng)在弱電網(wǎng)下魯棒性的影響加以分析，而目前亦鮮有文獻(xiàn)對(duì)基于參數(shù)不同的多機(jī)并聯(lián)并網(wǎng)系統(tǒng)展開(kāi)研究。研究人員首先基于不同參數(shù)建立多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)在弱電網(wǎng)下的多輸入多輸出矩陣，并推出了確保系統(tǒng)進(jìn)網(wǎng)電流穩(wěn)定性以及各模塊交互電流穩(wěn)定性的三條判據(jù)。他們進(jìn)一步基于頻域阻抗法，分析了開(kāi)關(guān)頻率不同對(duì)于多機(jī)并聯(lián)系統(tǒng)在弱電網(wǎng)下魯棒性的影響。結(jié)合各模塊等效輸出導(dǎo)納的相頻特性曲線，通過(guò)引入的高帶寬逆變器在原低頻逆變器模塊諧波頻率范圍所具有的正導(dǎo)分量，以對(duì)目前弱電網(wǎng)下的低頻諧振進(jìn)行有效阻尼，為提高弱電網(wǎng)下并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的魯棒性提供了一個(gè)新的思路。同時(shí)基于低頻模塊與高頻模塊并聯(lián)系統(tǒng)分析了交互電流的穩(wěn)定性，為高帶寬逆變器開(kāi)關(guān)頻率的選擇提供了依據(jù)。
本文編自2022年第21期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“高帶寬數(shù)字控制LCL型并網(wǎng)逆變器及其提高并網(wǎng)系統(tǒng)魯棒性的諧振抑制技術(shù)研究”。本課題得到國(guó)家自然科學(xué)基金和江蘇省自然科學(xué)基金的支持。
