首先将图1中的系统看作并网变流器和电网两个子系统,不考虑图1中PCC点右侧电网时可得以PCC点电压为扰动量时的并网电流控制框图如下所示:图中:GPWM(s)为数字控制和PWM调制环节引入的总延时,通常取1.5个开关周期[8]。GL(s)为被控对象,图2中各环节的s域描述为:
式中:kp、kr、ωc和ω0分别为PR控制器的比例系数、谐振系数、带宽和谐振频率;Ts为开关周期;ωb为电网电压采样前置二阶低通滤波器的截止频率,Q为其品质因数。
并网变流器在某频率下的输出阻抗最直接的求解方法是在PCC点注入该次电压扰动,然后求解并网电流在该频率下的响应,通过分析该频率下扰动电压与电流响应的幅值和相位关系得到变流器在该频率下的输出阻抗。定义:变流器并网点电压扰动与电流响应的比值为变流器的输出阻抗(电压扰动和电流响应的正方向应与电阻端电压和电流的正方向一致)。根据该定义,结合式(5)和图(3)可知,式(7)所表示的Zc(s)即为图1中并网变流器的输出阻抗。
阻抗稳定性分析法的一个重要优点在于可以根据单台并网变流器的输出阻抗快速求解多变流器并联系统的输出阻抗,根据图3所示的单台并网逆变器诺顿等效电路,同时考虑电网,可得N台变流器并联运行时整个系统的诺顿等效电路如图4所示。
根据图4中各变流器输出阻抗的串并联关系可知,N台变流器并联运行时整个系统的输出阻抗为各单台变流器输出阻抗的并联,若Rz表示N台变流器并联系统的等效输出阻抗,则:
为了便于分析,假设所有并网变流器的主电路和控制参数均相同,即Zc1=Zc2=…=ZcN,此时N台变流器并联系统的输出阻抗为:
3 基于阻抗法的多变流器并联系统稳定性仿真分析
为了采用阻抗法对使得多变流器并联系统稳定时的电网阻抗临界值及系统的失稳振荡频率进行具体分析,PR控制器中kp主要影响到系统的快速性(即系统的开环穿越频率);kr主要影响到系统的稳态跟踪误差(即谐振频率下的开环增益);ωc主要影响到系统对实际中电网频率变化的适应能力;ω0为谐振频率,由于参考电流的频率为基波频率,因此ω0取100π。综合考虑系统的快速性、稳态误差和电网频率变化适应能力,取kp=2;kr=80;ωc=4π;式(4)所描述的电网电压低通滤波器的截止频率ωb取2kHz,品质因数Q取0.707.
仿真结果分别如上图所示,可见,两台变流器并联运行时系统所能适应的最大电网等值电感分别为0.31mH和0.1mH,当电网等值电感为0.317mH和0.106mH时两台和6台变流器并联系统输出电流出现大幅振荡,系统进入不稳定状态。此外,多机图表明无论是两台还是6台变流器并联系统,系统的失稳振荡频率均为500Hz。