弱电网简介

随着化石能源的稀缺问题以及化石燃料燃烧带来的环境问题日益凸显，光伏太阳能作为新型能源中最容易被获得的一种，广泛地被应用于我们的日常的生活和生产活动当中，近年来，光伏发电并网技术的突破使得太阳能的应用越来越呈现出一种大范围，大容量的上网趋势。除此之外其他分布式电源的并入也使得我国的电网逐渐庞大，这种大规模多元化的电网模式有利有弊，虽然带来了诸多好处，但是随之而来的电网电能质量问题以及并网逆变器性能问题也向该领域学者们提出了新的挑战。

分布式发电不同于传统的发电技术，它建立在大量电力电子设备的应用之上，分布式电源大量入网，给电力系统带来了电压闪变、谐波污染等问题，接入配电网的分布式电源还会对继电保护系统造成威胁，然而最主要的是电网由此被引入了大量非线性负载；此外，由于我国的风光能源大量集中于西北部等较偏远地区，因此集中发电，远距离输电作为一种更为经济高效的生产、输送方式而被更多地采纳，远距离输电线路不可避免地给我们的电网引入大量线路阻抗。在非线性负载以及线路阻抗的共同作用下，实际应用当中的电网不能够再被忽略，稍呈现出感性，并且当光伏设备接入电网的位置发生变化时，相对于公共耦点的电网感抗也会随之浮动，“弱电网”被用来定义这种非理想情况下的电网。

逆变器等效电流源输入配电网的电流，虽然经过LCL滤波器滤波，但仍然含有一定的谐波含量。当逆变器与理想配电网并联运行时，并联连接点的电压由理想电网决定，电流中的谐波分量对电压几乎不会产生影响。但在弱电网条件下，由于电网阻抗的原因，逆变电流源中的谐波分量会流过阻抗，带给系统谐波电压，从而影响公共耦合点电压的总谐波畸变率，加重系统的谐波含量。

文献 分析了在弱电网条件下，电网阻抗以及并联逆变器个数对光伏并网逆变器谐振特性，动态响应，稳定性和谐波电流的影响，根据分析得出结论，电网等效电感值的增加，会降低系统的谐振频率，减慢动态响应速度，影响系统的稳定性；电网等效电阻值的增加对系统谐振频率和动态响应没有影响，但是会影响系统的稳定性；并联逆变器个数不仅降低谐振频率，而且使系统产生额外的谐振尖峰，并且随着个数的增加，动态响应速度变慢，系统变得不稳定。总之，弱电网条件下，微电网并网系统在电网阻抗的影响下性能变差，甚至运行不稳定，并网数量也受到了一定的限制，而且，由于电网阻抗的存在，使注入电网的谐波电流产生了谐波电压，增加公共连接点电压的谐波分量，加重了系统的谐波含量，并使系统的带载能力受到了影响。

文献 将滤波电容支路中串联的电阻，替换成了与电容并联的虚拟电阻，以减少系统的功率损耗，该方法需将电容电流引入到电压调制信号中。并设法增加并网逆变器的等效输出阻抗。通过分析，得到了逆变器的等效输出阻抗，再利用并联虚拟电阻的方法，对输出阻抗进行了校正，使其增大，提高LCL型逆变器对弱电网的适应能力。仿真实验验证了理论的正确性，不加虚拟电阻的情况下，电网阻抗大到一定范围后，微电网并网逆变器系统不稳定，并联虚拟电阻的情况下，电网阻抗大到一定范围后，微电网并网逆变器系统不稳定，并联虚拟阻抗后，系统运行稳定。

为了解决电力行业所面临的问题，新能源发电作为生力军逐渐崛起，而这一生力军的主要力量表现为并网发电、独立发电以及多能源互补发电。作为上述形式之一的并网发电系统，又可以详细分为分布式发电并网和集中式发电并网。然而，这两种并网形式虽然结构各异，但也有其共同之处，表现为：电能质量的随机波动性、谐波含量较高，同时需要为系统设置抗孤岛检测保护功能。

基于光伏发电可再生、无污染以及蕴藏量丰富的优点，其在电网中所占的容量比例逐渐扩大。由光生伏特效应得出光伏组件发电模型，其可以看作直流电源。由其产生的直流电能不能直接与交流电网相连接，需要经过能量转换，这个转换的过程称之为“逆变”，而这个进行能量转换的设备，即为逆变器。逆变器作为连接光伏发电组件与低压配电网的桥梁，其性能好坏直接影响流入电网的电流质量，进而影响电网运行的稳定性。

对于弱电网中的多机并网系统而言，每台逆变器其自身存在谐振可能，每两台逆变器之间相互耦合，逆变器与电网通过电网阻抗进行耦合，这三种情况同时存在于弱电网条件下的多机并网系统中，导致多机并网系统稳定性下降甚至不稳定。如果对用电负荷造成损坏，甚至对使用负荷的人身造成伤害，严重的甚至可以导致电网的瘫痪。这些不仅仅影响人民生活，而且会使对国民经济造成损失，后果不堪设想。因此，弱电网中多机并网运行时，其稳定与否便举足轻重。

在分布式电网中，多台逆变器同时并网，且电网环境不再是传统意义上电网阻抗可以忽略不计的大电网，而是存在背景谐波与电网阻抗的弱电网，这就导致多机并网系统稳定性受到严重威胁。一旦多机并网系统失去稳定性，那么整个电网系统也会受其影响，所以当弱电网中多机并网时，对其稳定性的相关研究具有重要意义。

文献 根据此前学者们所建立的多机并网的开环阻抗模型，综合考虑逆变器的闭环控制，建立弱电网中多台逆变器并网的闭环模型，并分析闭环控制对多机并网稳定性的影响。在此闭环模型基础上得出结论：弱电网中多机并网系统的零极点分布受电网阻抗大小以及每台逆变器的闭环控制的影响，同时，改变其零极点分布即能改善其稳定性。文献提出采用调节器重构的控制方法调整多机并网系统的零极点分布，进而提高多机并网的稳定性。

文献 全面研究了光伏逆变系统与所接入电网相互作用的关系，揭示了大容量光伏电站集中接入电网将导致运行品质和控制性能劣化的问题，提出了光伏逆变系统接入弱电网运行可行域的概念和计算方法，从控制器结构和参数两方面研究了扩展光伏逆变系统接入弱电网运行可行域的措施，并得出了以下结论 ：

（1）建立了单级式光伏逆变系统基础数学模型，给出了系统主电路参数和控制设计方法，搭建了基于PSCAD/EMTDC平台的联网光伏逆变仿真系统，为光伏逆变系统接入弱电网运行分析与控制研究提供了有效的研究分析工具。

（2）提出了一种考虑稳定裕量约束的可行域边界分析方法。构建了松弛稳定裕量约束的光伏逆变系统控制器结构和控制器参数的优化调整方法。改善了光伏逆变系统接入弱电网的运行控制性能。

（3）提出了一种改进定压调节性能的光伏逆变系统无功优化控制策略，拓展了满足接入点电压调节约束的运行可行域，改善了光伏逆变系统接入弱电网的电压调节能力，规避了潜在的电压失稳风险。

（4）开发了联网光伏逆变仿真系统，可以仿真各种电网连接条件下光伏逆变系统的运行行为，可用于校验考虑控制器稳定裕量约束和接入点电压调节约束的光伏逆变系统接入弱电网的运行可行域边界，校核控制器结构和控制器参数的优化调整的效果。2100433B

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