【顶刊复现】跟网型逆变器小干扰稳定性分析与控制策略优化Matlab代码
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🔥 内容介绍
一、弱电网对跟网型逆变器稳定性的影响
弱电网特性：弱电网具有阻抗较大和短路比小的特点。较大的电网阻抗会改变逆变器与电网之间的功率传输特性，增加了系统的复杂性。短路比小意味着电网对逆变器输出变化的容纳能力有限，这些特性共同作用，使得系统稳定性面临挑战，限制了跟网型逆变器的功率传输能力。
稳定性分析模型建立：为深入研究弱电网下跟网型逆变器的稳定性，建立小信号扰动状态空间模型与阻抗模型。小信号扰动状态空间模型基于系统的动态方程，通过对系统在稳态工作点附近进行线性化处理得到。它能够描述系统在受到微小扰动时各状态变量的变化关系，为稳定性分析提供基础。阻抗模型则从电路阻抗的角度，分析逆变器与电网之间的相互作用，有助于理解功率传输过程中的稳定性问题。
稳态工作点计算与稳定性分析：提出计算稳态工作点的方法，稳态工作点是系统正常运行时的状态，对其准确计算是进行稳定性分析的前提。通过计算状态空间矩阵的特征值位置来判断系统的稳定性。特征值在复平面上的分布决定了系统的动态特性，若特征值实部大于零，则系统不稳定；实部小于零，系统稳定。根据特征值分析给出稳定性边界，明确系统在不同条件下的稳定范围。
二、经典矢量电流控制的局限性
功率限制问题：当跟网型逆变器采用经典的矢量电流控制时，系统存在功率限制。研究发现，系统的最大输出功率有限，当超过 0.6 p.u.（标幺值）时，系统即失去稳定。这严重限制了逆变器在弱电网环境下的功率传输能力，无法充分发挥其效能。
不稳定因素剖析：进一步分析表明，锁相环（PLL）的负电阻特性是引起系统不稳定的主要因素。锁相环在跟网型逆变器中起着关键作用，它用于跟踪电网电压的相位和频率，使逆变器输出与电网同步。然而，其负电阻特性会导致系统出现不稳定现象，特别是在功率传输较大时，这种不稳定影响更为明显。
三、阻抗重塑法改进策略
策略提出背景：为提高逆变器的输出功率，克服经典矢量电流控制的局限性，采用阻抗重塑法改进策略。该策略旨在通过调整逆变器的输出阻抗特性，改变其与电网之间的相互作用，从而提升系统的稳定性和功率传输能力。
策略优势：阻抗重塑法在保留逆变器较快动态响应的同时，能将动态功率限制扩展至静态功率限制附近。使得系统在 0.9 p.u. 附近依然保持稳定，相比经典矢量电流控制，显著提高了逆变器的输出功率，增强了系统在弱电网环境下的运行能力。
四、考虑控制方案稳定性时锁相环相关研究
动态功率极限问题：在考虑控制方案的稳定性时，锁相环（PLL）的负阻特性导致了小信号稳定极限，即动态功率极限。由于小信号稳定极限可以通过不同的控制方法得到改善，因此成为研究热点。动态功率极限限制了逆变器在保证稳定运行前提下的功率输出能力，如何突破这一限制成为研究的关键。
模型建立与方法提出：文献介绍了一种简化的 d - q 小信号阻抗模型来描述锁相环的不稳定因素。该模型从 d - q 坐标系下分析锁相环对系统阻抗的影响，清晰地揭示了导致不稳定的因素。基于此模型，提出了一种初始小信号阻抗整形方法来抵消锁相环引起的主要不稳定因素。在此基础上，进一步提出一种改进的控制方案，通过详尽的数学分析，证明该方法可以将动态功率限制扩展到静态功率限制，从理论上解决了动态功率极限的问题。最后通过仿真和实验验证了该方法的有效性，为实际应用提供了可靠的依据。
五、仿真模型简介相关背景
逆变器主电路：逆变器主电路是实现电能转换的核心部分，它将直流电能转换为交流电能并接入电网。其拓扑结构和参数设计直接影响逆变器的性能，如输出电压、电流质量，功率传输能力等。在研究跟网型逆变器稳定性和控制策略优化时，准确建模逆变器主电路是进行仿真分析的基础，不同的主电路结构对系统稳定性和控制效果有着不同的影响。
坐标变换及功率计算：坐标变换在逆变器控制中起着关键作用，常用的有 abc 坐标系到 d - q 坐标系的变换。通过坐标变换，可以将三相交流系统中的复杂问题简化为在 d - q 坐标系下的直流问题，便于分析和控制。功率计算则是评估逆变器性能的重要环节，通过准确计算逆变器输出的有功功率和无功功率，能够了解逆变器在不同工况下的运行状态，为稳定性分析和控制策略优化提供数据支持。例如，在分析锁相环对系统稳定性影响时，功率计算结果可以帮助判断系统在不同功率传输情况下的稳定性变化。
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⛳️ 运行结果
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📣 部分代码
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🔗 参考文献
[1] Huang L , Wu C , Zhou D ,et al.A Double-PLLs-Based Impedance Reshaping Method for Extending Stability Range of Grid-Following Inverter Under Weak Grid[J].IEEE Transactions on Power Electronics, 2022(37-4).DOI:10.1109/TPEL.2021.3127644.
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