劉人志，陳 卓，唐文博，朱家文

弱電網(wǎng)下計及鎖相環(huán)影響的LCL型并網(wǎng)逆變器控制策略

劉人志，陳 卓，唐文博，朱家文

(貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

新能源并網(wǎng)逆變器在弱電網(wǎng)下易誘發(fā)寬頻帶振蕩。為分析振蕩失穩(wěn)的發(fā)生機理，首先基于復(fù)矢量傳遞函數(shù)方法建立了計及鎖相環(huán)影響的三相LCL型并網(wǎng)逆變器阻抗模型，然后分析了頻率耦合的機理。在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)與電網(wǎng)阻抗交互作用的等價輸出阻抗模型，應(yīng)用阻抗穩(wěn)定性判據(jù)分析了鎖相環(huán)對并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定性的影響。為抑制鎖相環(huán)對并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來的不利影響，提出了擾動電壓前饋補償?shù)母倪M控制策略。最后通過Matlab/Simulink搭建模型進行仿真，驗證了基于所建立阻抗模型判別穩(wěn)定性的準(zhǔn)確性和改進控制策略的有效性。

弱電網(wǎng)；LCL型并網(wǎng)逆變器；鎖相環(huán)；阻抗模型；復(fù)矢量；控制策略

0 引言

為應(yīng)對能源危機和環(huán)境污染，基于可再生能源的分布式發(fā)電被廣泛應(yīng)用[1-4]。然而分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的輸電線路阻抗和變壓器較大，使電網(wǎng)呈現(xiàn)弱電網(wǎng)特性[5-8]。作為可再生能源發(fā)電單元與電網(wǎng)之間的能量變換接口，并網(wǎng)逆變器和電網(wǎng)間的穩(wěn)定性問題已經(jīng)成為一個重要的研究熱點[9-11]。鎖相環(huán)(Phase-locked loop, PLL)為并網(wǎng)系統(tǒng)提供同步頻率和相位[12]。電網(wǎng)呈弱電網(wǎng)特性時，并網(wǎng)系統(tǒng)與電網(wǎng)阻抗發(fā)生交互作用極易造成并網(wǎng)點電壓擾動，首先將會影響PLL獲取相角信息的準(zhǔn)確性，進而影響控制環(huán)節(jié)，從而對整個并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響[13]。因此，弱電網(wǎng)下并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)進行計及PLL影響的穩(wěn)定性分析和控制策略研究是十分必要的。

基于阻抗模型的分析方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)與電網(wǎng)交互的穩(wěn)定性分析。文獻[14-15]研究表明在對并網(wǎng)逆變器進行域小信號阻抗建模時，由于PLL影響會使q-q通道呈現(xiàn)負阻抗效應(yīng)，該效應(yīng)隨著PLL帶寬的增加愈加不利于并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定；其中文獻[15]基于廣義奈奎斯特判據(jù)(Generalized Nyquist Criterion, GNC)對并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析。文獻[16]根據(jù)直驅(qū)風(fēng)機的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出直驅(qū)風(fēng)電機組在坐標(biāo)系下的總阻抗矩陣模型，并采用聚合RLC方法對并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性進行分析。文獻[17]在靜止坐標(biāo)系下基于諧波線性化的方法推導(dǎo)出考慮PLL前后的三相LCL型并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的小信號正負序阻抗模型，指出由于PLL的引入，逆變器的阻抗等效電路多出了一條PLL等效阻抗的并聯(lián)支路，但其忽略了正負序間的耦合，會導(dǎo)致對系統(tǒng)穩(wěn)定性作出不準(zhǔn)確的判斷；基于此，文獻[18]建立了L型并網(wǎng)逆變器考慮正負序耦合的序阻抗模型矩陣，通過GNC能準(zhǔn)確判定系統(tǒng)穩(wěn)定性。文獻[19-20]通過構(gòu)造復(fù)空間矢量，利用復(fù)矢量傳遞函數(shù)可以將并網(wǎng)逆變器由多輸入多輸出系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為單輸入單輸出系統(tǒng)，降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度，且能夠凸顯系統(tǒng)中的頻率耦合關(guān)系；同時根據(jù)復(fù)矢量理論和拉普拉斯頻移特性可以同時在靜止坐標(biāo)系下和同步坐標(biāo)系下建立并網(wǎng)系統(tǒng)阻抗模型。文獻[21]利用復(fù)矢量傳遞函數(shù)將系統(tǒng)正負序變量統(tǒng)一到一個復(fù)矢量中建立了三相L型并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)自導(dǎo)納和伴隨導(dǎo)納模型；文獻[22]在文獻[21]的基礎(chǔ)上得到了三相L型并網(wǎng)逆變器與弱電網(wǎng)系統(tǒng)交互作用的系統(tǒng)等價輸出導(dǎo)納，并且利用該等價輸出導(dǎo)納可以直接采用Nyquist穩(wěn)定判據(jù)進行判穩(wěn)，避免了GNC的計算復(fù)雜和無法判斷系統(tǒng)穩(wěn)定裕度等問題。

為了抑制PLL對并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定性的影響，現(xiàn)有研究提出的方法主要基于逆變器自身阻抗重塑，可以分為PLL參數(shù)、控制器參數(shù)重新設(shè)計和鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)的改進。文獻[17]基于對PLL頻率特性的建模分析，給出了綜合考慮弱電網(wǎng)條件、并網(wǎng)電流質(zhì)量和跟蹤性能的PLL參數(shù)設(shè)計方法。文獻[23]基于PLL對整個并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定研究，給出了兼顧系統(tǒng)的相角裕度要求與動態(tài)性能PLL參數(shù)的設(shè)計方法。文獻[24]建立了考慮PLL的并網(wǎng)逆變器小信號模型，分析得出適當(dāng)減小PLL增益參數(shù)可在一定程度上提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。文獻[25]研究了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電流控制在弱電網(wǎng)情況下的適用性，提出了電流控制的重新設(shè)計。文獻[17,23-25]通過設(shè)計PLL或控制器參數(shù)來重塑阻抗，可能會影響系統(tǒng)的動態(tài)性能或應(yīng)用范圍有限。文獻[26]通過構(gòu)建具有復(fù)數(shù)濾波器結(jié)構(gòu)的PLL和在電流控制環(huán)節(jié)加入串聯(lián)超前校正以改善逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)對弱電網(wǎng)的適應(yīng)能力，該方法相對使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

本文利用復(fù)矢量傳遞函數(shù)方法推導(dǎo)出計及PLL影響的三相LCL型并網(wǎng)逆變器阻抗模型，分析了頻率耦合機理，基于阻抗穩(wěn)定性判據(jù)分析了PLL對并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響，為了抑制PLL的影響，提出了擾動電壓前饋的控制策略，該策略能在不影響動態(tài)性能前提下有效抑制頻率耦合、改善系統(tǒng)穩(wěn)定性。最后通過仿真分析，驗證了理論分析的正確性和所提控制策略的可行性。

1 三相LCL型并網(wǎng)逆變器阻抗模型

圖1為基于傳統(tǒng)控制策略的三相LCL型并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。其中，電感1、2和電容構(gòu)成了LCL濾波器，dc為直流側(cè)電壓，1、c和2分別為逆變器側(cè)電感電流、濾波電容電流和并網(wǎng)電流，g和pcc分別為電網(wǎng)電壓和公共耦合點(Point of Common Coupling, PCC)電壓，Zg為電網(wǎng)阻抗。c為電容電流前饋系數(shù)，pll為PLL輸出相角，i()為PI控制器。

圖1 三相LCL型并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)框圖

1.1 三相LCL型并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)小信號模型

式中；pp和pi分別為PLL中的比例參數(shù)和積分參數(shù)；0為g的幅值。

圖2 計及鎖相環(huán)影響的LCL型并網(wǎng)變流器小信號模型

1.2 并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)阻抗模型

根據(jù)式(5)可知PLL引入擾動均與pll、pdq和*pdq有關(guān)，因此可將圖2中的PLL三部分?jǐn)_動進行合并，合并及等效變換后如圖3所示，圖中，為取共軛環(huán)節(jié)，p為電壓擾動傳遞函數(shù)。

圖3 等效變換

其中，x1、x2如式(6)、式(7)所示。

由LCL并網(wǎng)逆變器主電路穩(wěn)態(tài)工作點處各變量之間的關(guān)系，式(9)可轉(zhuǎn)換成式(10)。

式中，2、分別為PCC點并網(wǎng)電流、電壓的穩(wěn)態(tài)工作點。

基于圖3，根據(jù)輸出阻抗的定義，可以推出LCL型并網(wǎng)逆變器的輸出阻抗模型，如式(11)—式(13)。

式中：o1()和o2()為并網(wǎng)變流器在兩個耦合頻率下的輸出阻抗；o()為不考慮PLL的電流增益的傳遞函數(shù)，具體傳遞函數(shù)表達式如式(14)所示。

2 等價輸出阻抗及穩(wěn)定性分析

2.1 頻率耦合現(xiàn)象機理

基于頻率耦合現(xiàn)象，當(dāng)在PCC點施加擾動電壓pdq時，會產(chǎn)生一對互為共軛的并網(wǎng)擾動電流pdq2、*pdq2，擾動電流流經(jīng)電網(wǎng)阻抗g產(chǎn)生對應(yīng)頻率電壓擾動信號進而使PCC點產(chǎn)生擾動，PCC點擾動電壓與擾動電流的關(guān)系式為

式中：g為電網(wǎng)阻抗轉(zhuǎn)換到坐標(biāo)系的形式；g、*g互為共軛。

由式(11)可得：

結(jié)合式(11)、式(15)—式(17)可以得到并網(wǎng)逆變器與弱電網(wǎng)系統(tǒng)的交互關(guān)系如圖4。

圖4 并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)阻抗交互關(guān)系

Fig. 4 Interaction between grid-connected inverter and grid impedance

基于1.2節(jié)及本節(jié)分析表明弱電網(wǎng)下并網(wǎng)逆變器頻率耦合現(xiàn)象的機理在于：(1) 由于PLL不對稱輸出的影響，一個電壓信號的激勵不僅會產(chǎn)生與自身同頻的電流響應(yīng)，還會產(chǎn)生其共軛頻率的電流，即并網(wǎng)逆變器形成了單輸入雙輸出的響應(yīng)特性；(2) 由于電網(wǎng)阻抗的存在，兩個頻率的響應(yīng)電流又會在并網(wǎng)耦合點處產(chǎn)生對應(yīng)頻率的擾動電壓，擾動電壓通過PLL對控制環(huán)節(jié)產(chǎn)生影響進而又會對并網(wǎng)電流產(chǎn)生影響，如此交替循環(huán)，使得兩個頻率分量相互耦合。

2.2 并網(wǎng)逆變器等價輸出阻抗的建立

由式(12)、式(13)可得

將式(20)代入式(19)可得

式中，pll表示為PLL引入的輸出阻抗，其表達式為

2.3 鎖相環(huán)對并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定性影響

根據(jù)文獻[28]對Nyquist穩(wěn)定判據(jù)衍變得到的阻抗穩(wěn)定性判據(jù)知，在強電網(wǎng)下并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，弱電網(wǎng)(考慮最惡劣情況，電網(wǎng)阻抗設(shè)置為純電感g(shù))下并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)可轉(zhuǎn)化為：在含有g(shù)、eq的波德圖中，g與eq幅頻特性曲線交接處頻率對應(yīng)的eq的相位大于-90o，則系統(tǒng)穩(wěn)定，否則系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此，弱電網(wǎng)下研究PLL對并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定性的影響可以等價成PLL對并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)等價輸出阻抗的影響。圖5給出了并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)o、pll和eq的波德圖。

根據(jù)式(22)可知，并網(wǎng)逆變器的等價輸出阻抗eq可以等效為不考慮PLL影響的逆變器輸出阻抗o和考慮PLL影響引入的輸出阻抗pll并聯(lián)。圖5中eq在低頻段與pll走勢相近、在高頻段與o走勢相近，因此，PLL主要影響并網(wǎng)逆變器輸出阻抗低頻段頻率特性，由圖可知，pll的引入使eq在低頻段幅頻特性曲線降低、相頻特性曲線小于-90o的范圍大大擴大，均嚴(yán)重影響了弱電網(wǎng)下并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，因此，增大o2阻抗幅值(抑制頻率耦合)有助于提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。

圖5 并網(wǎng)逆變器輸出阻抗波德圖

3 抑制鎖相環(huán)影響的改進控制策略

弱電網(wǎng)下PLL受電壓擾動的作用造成并網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)頻率耦合現(xiàn)象對并網(wǎng)變流器穩(wěn)定性造成影響，因此，基于文獻[29]的三相LCL型并網(wǎng)逆變器電網(wǎng)電壓前饋思想提出了PLL引入的擾動量前饋的策略來抑制PLL對并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的負面影響。

3.1 抑制弱電網(wǎng)下鎖相環(huán)影響改進控制的提出

由圖3知因PLL影響引入的擾動量為

結(jié)合式(2)、式(3)、式(8)、式(10)、式(24)，可推導(dǎo)得到

將式(5)代入式(26)得

結(jié)合式(25)、式(27)得

由式(28)得到由PLL影響引入的擾動電壓量p，本文的改進控制策略是在控制環(huán)節(jié)處前饋注入-fhp來抑制PLL對并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定性的不利影響(其中fh為一階高通濾波器)，并網(wǎng)逆變器采用改進控制時的小信號框圖如圖6。

圖6 改進控制下的并網(wǎng)逆變器的小信號模型

Fig. 6 Small signal model of grid-connected inverter under improved control

根據(jù)圖6，結(jié)合式(28)，得到本策略的擾動電壓前饋補償量cp為

結(jié)合式(11)和圖6可以得到基于擾動電壓前饋補償后的系統(tǒng)輸出阻抗模型co1、co2為

圖7 擾動電壓前饋補償對頻率耦合現(xiàn)象的影響

Fig. 7 Influence of the disturbance voltage feedforward compensation on the frequency coupling phenomenon

由圖7可知，采取擾動電壓補償方案的co2的阻抗幅值在全頻域明顯大于傳統(tǒng)控制的o2，因此采用擾動電壓補償?shù)母倪M控制策略能夠有效抑制耦合現(xiàn)象，進而抑制PLL的影響，提升并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定性。

由圖3、圖6可知，與傳統(tǒng)控制的小信號模型對比，可以看出基于擾動電壓補償?shù)目刂撇呗缘葍r于在電壓擾動支路引入了一個低通濾波器1-fh，此時PLL的閉環(huán)傳遞函數(shù)可等效為(1-fh)pll、帶寬減小，從而抑制了弱電網(wǎng)下PLL對并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定性造成的負面影響。因此，高通濾波器fh帶寬的設(shè)計應(yīng)以PLL帶寬和g與eq的交接頻率為上限。

3.2 擾動電壓前饋補償方案的實現(xiàn)

基于式(10)、式(29)可以得到電壓補償策略的改進電流控制框圖如圖8。

圖8 電壓擾動前饋控制方法

圖9 不同控制方法下等價輸出阻抗波德圖

由圖9可知，在傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相位穩(wěn)定裕度不滿足穩(wěn)定要求時，擾動電壓常數(shù)項補償和全補償輸出阻抗的頻率響應(yīng)都能顯著提高系統(tǒng)的相位，使g與eq幅頻特性曲線交接處頻率對應(yīng)的eq的相位大于-90o，系統(tǒng)滿足阻抗穩(wěn)定性判據(jù)穩(wěn)定，且常系數(shù)項擾動電壓補償與全補償策略相位提升相差不大，所以常系數(shù)項擾動電壓補償能很好地提升控制策略的穩(wěn)定性能。因此，本文提出的控制策略中僅考慮對PLL引入的電壓擾動的常數(shù)項進行前饋補償，此時控制框圖中的部分變量變?yōu)?/p>

4 仿真驗證

為了驗證本文理論分析的正確性以及所提控制策略的有效性，從PLL帶寬、電網(wǎng)強度、頻率耦合現(xiàn)象和動態(tài)性能影響等方面對傳統(tǒng)控制和本文所提出的改進控制并網(wǎng)波形進行對比。按照圖1的系統(tǒng)框圖在Matlab/Simulink仿真平臺搭建了傳統(tǒng)控制和所提控制策略的三相LCL型并網(wǎng)逆變器模型，表1為主要系統(tǒng)參數(shù)。

表1 并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)參數(shù)

4.1 鎖相環(huán)帶寬變化

圖10為采用傳統(tǒng)控制，g為6 mH時PLL帶寬分別為10 Hz、30 Hz時g、eq的波德圖，根據(jù)阻抗穩(wěn)定性判據(jù)可以看出當(dāng)PLL帶寬為10 Hz 時并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定、PLL帶寬為30 Hz時并網(wǎng)系統(tǒng)不穩(wěn)定。

圖10 鎖相環(huán)帶寬變化時的Zg、Zeq波德圖

圖11為圖10所對應(yīng)情形的三相LCL型并網(wǎng)逆變器進行PLL帶寬跳變的并網(wǎng)電流時域仿真波形。0.5 s前、后PLL帶寬分別為10 Hz、30 Hz，從圖中看出：PLL帶寬為10 Hz時，并網(wǎng)電流波形良好，諧波含量低，并網(wǎng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)PLL帶寬突變?yōu)?0 Hz時，并網(wǎng)電流產(chǎn)生畸變、發(fā)散，系統(tǒng)最終失去穩(wěn)定。時域仿真結(jié)果與理論判穩(wěn)分析相符，證明了本文理論分析的正確性。

圖11 鎖相環(huán)帶寬跳變時的并網(wǎng)電流波形

圖12中，g為6 mH、PLL帶寬為30 Hz時采用改進控制時的g、eq頻率特性曲線，由阻抗穩(wěn)定性判據(jù)知此時并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定。

圖12 鎖相環(huán)帶寬為30 Hz時傳統(tǒng)、改進控制波德圖

圖13為圖12對應(yīng)情形的并網(wǎng)電流時域仿真波形，波形良好，諧波含量低，表明并網(wǎng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，改進控制策略能夠有效改善并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。理論與實際對應(yīng)，驗證了改進控制策略的有效性。

圖13 鎖相環(huán)帶寬為30 Hz時采用改進控制并網(wǎng)電流波形

4.2 電網(wǎng)強度變化

本文以電網(wǎng)的阻抗值大小表征電網(wǎng)強度，圖14 中有采用傳統(tǒng)控制時PLL帶寬為30 Hz、g為5 mH時的g、eq的頻率特性曲線，根據(jù)阻抗穩(wěn)定性判據(jù)可以看出當(dāng)電網(wǎng)阻抗為5 mH并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定。由4.1節(jié)知同等情況下，g為6 mH并網(wǎng)系統(tǒng)失穩(wěn)。

圖14 Lg=5 mH的Zg、Zoe波德圖

圖15為三相LCL型并網(wǎng)逆變器進行電網(wǎng)阻抗跳變時的并網(wǎng)電流時域仿真波形。0.5 s前、后g分別為5 mH、6 mH，從圖中看出：在g為5 mH時，并網(wǎng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)g突變?yōu)? mH時，并網(wǎng)電流產(chǎn)生畸變、發(fā)散，系統(tǒng)最終變?yōu)槭Х€(wěn)。時域仿真結(jié)果與理論判穩(wěn)分析相符，證明了本文理論分析的正確性。

圖15 電網(wǎng)強度跳變時的并網(wǎng)電流波形

4.3 頻率耦合現(xiàn)象的抑制

圖16、圖17分別為g=5 mH時并網(wǎng)系統(tǒng)的電流控制方式跳變時的并網(wǎng)電流和對應(yīng)并網(wǎng)電流的諧波含量圖。0.5 s前、后分別采用傳統(tǒng)控制和改進控制，圖17中0.5 s前的波形雖然穩(wěn)定但含有大量諧波，0.5 s后波形良好、諧波含量低。由圖18(a)可以看出，采用傳統(tǒng)控制存在明顯頻率耦合現(xiàn)象，由圖18(b)可以看出，采用改進控制頻率耦合現(xiàn)象得到很好的抑制，系統(tǒng)穩(wěn)定性得到改善。

圖16 Lg=5 mH時控制策略突變時的并網(wǎng)電流

圖17 Lg=5 mH時傳統(tǒng)、改進控制并網(wǎng)電流諧波含量

4.4 系統(tǒng)動態(tài)性能的影響

某時刻分別在傳統(tǒng)控制和改進控制的穩(wěn)定運行系統(tǒng)中，將電流參考值iref由20 A階躍至30 A，得到并網(wǎng)電流給定階躍時的時域仿真波形如圖18所示。圖18(a)為傳統(tǒng)控制的并網(wǎng)電流波形，過渡到穩(wěn)定的時間為0.12 s；圖18(b)為所提改進控制的并網(wǎng)電流波形，過渡到穩(wěn)定的時間為0.04 s。對比圖18(a)、圖18(b)可知，加入所提改進控制方法后，系統(tǒng)動態(tài)性能沒有變差。

因此，所提控制方法能在不影響動態(tài)性能的前提下很好地提升并網(wǎng)穩(wěn)定性。

圖18 加入所提改進策略前后的并網(wǎng)電流

5 結(jié)論

本文利用了復(fù)矢量傳遞函數(shù)方法推導(dǎo)出計及PLL影響的三相LCL型并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)阻抗交互作用的等價輸出阻抗模型，能夠很直觀地突顯出PLL引入的擾動電壓，采用阻抗穩(wěn)定性判據(jù)分析了PLL對并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定性的影響。為了抑制PLL對并網(wǎng)逆變器的不利影響，提出了擾動電壓前饋補償?shù)目刂撇呗浴Ｔ摬呗栽诶碚撋夏軌驅(qū)︻l率耦合現(xiàn)象進行抑制、等效減小PLL帶寬，提高了并網(wǎng)逆變器的穩(wěn)定性；在實現(xiàn)上簡單、效果顯著且可以保留PLL的動態(tài)響應(yīng)。本文所采取的阻抗建模方法和控制策略，不僅適用于并網(wǎng)分逆變器的穩(wěn)定性分析和控制，同樣對于其他并網(wǎng)型設(shè)備也具有一定的借鑒意義。

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Control strategy of an LCL type grid-connected inverter with the influence of a phase-locked loop under a weak power grid

LIU Renzhi, CHEN Zhuo, TANG Wenbo, ZHU Jiawen

(College of Electrical Engineering, Guizhou University, Guiyang 550025, China)

In a new energy grid-connected inverter it is easy to induce wide-band oscillation under a weak power grid. To analyze the occurrence mechanism of oscillation instability, the impedance model of a three-phase LCL grid-connected inverter considering the influence of phase-locked loop is established based on the complex vector transfer function method. Then the mechanism of frequency coupling is analyzed. The equivalent output impedance model of the interaction between grid-connected inverter system and grid impedance is derived, and the influence of phase-locked loop on the stability of the grid-connected inverter is analyzed using, an impedance stability criterion. To limit the adverse effect of the phase-locked loop on the stability of the grid-connected inverter system, an improved control strategy of disturbance voltage feedforward compensation is proposed. Finally, a Matlab/Simulink model is built to verify the accuracy of the stability judgment based on the established impedance model and the effectiveness of the improved control strategy.

weak power grid; LCL grid-connected inverter; PLL; impedance model; complex vector; control strategy

10.19783/j.cnki.pspc.210569

貴州省科技計劃項目資助([2018])5615)

This work is supported by the Science and Technology Plan of Guizhou Province (No. [2018]5615).

2021-05-15；

2021-12-28

劉人志(1996—)，男，碩士研究生，研究方向為新能源并網(wǎng)的穩(wěn)定性；E-mail: 1034787262@qq.com

陳 卓(1980—)，女，通信作者，博士，教授，研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制。E-mail: chzh1230@163.com

(編輯 葛艷娜)