中国电力 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (3): 20-30.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202402044
• 高比例新能源接入电网的协调控制与优化运行 • 上一篇 下一篇
收稿日期:
2024-02-19
出版日期:
2025-03-28
发布日期:
2025-03-26
作者简介:
基金资助:
Pengcheng PAN1,2(), Wenshun HAN1,2(
), Xueli GUO3
Received:
2024-02-19
Online:
2025-03-28
Published:
2025-03-26
Supported by:
摘要:
光伏直流升压汇集系统中,DC/DC换流器内部LC电路与开关电路因阻抗匹配而产生谐振问题,从而导致系统稳定性变差甚至崩溃。针对换流器因阻抗匹配产生的谐振问题,提出了有源和无源阻尼协同控制以消除谐振的方法。首先,建立了在不同工况下的换流器运行小信号阻抗模型。其次,利用阻抗比判据对比分析系统稳定性差异,并讨论了不同虚拟电阻对系统稳定性的影响。最后,通过将产生谐振峰值处的角频率点与其相邻正常角频率点的等效阻抗幅值之比限定为[0.95, 1.15],将阻尼电阻值在最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制下换流器的闭环输出阻抗幅值提高了约1.5倍。研究结果表明,相比仅采用有源或无源阻尼法,所提协同控制策略使得产生谐振处的幅值由–15 dB增加到40.5 dB,提高约4倍,且系统具有较大的幅值和相角裕度,可有效提高系统的稳定性。
潘鹏程, 韩文舜, 郭雪丽. 基于有源和无源阻尼协同控制的光伏直流升压汇集系统谐振抑制[J]. 中国电力, 2025, 58(3): 20-30.
Pengcheng PAN, Wenshun HAN, Xueli GUO. Resonance Suppression of Photovoltaic DC Boost Collection System Based on Active and Passive Damping Cooperative Control[J]. Electric Power, 2025, 58(3): 20-30.
换流器 | 参数 | 数值 | ||
DC/DC换流器 | 滤波电容 Ci/F | |||
滤波电容 Co/F | ||||
Boost电感 L/H | 0.003 | |||
虚拟电阻控制滤波电感 L1/mH | 0.001 | |||
虚拟电阻控制滤波电阻 R1/Ω | 0.002 | |||
MPPT控制PI参数 kp1 | 100 | |||
MPPT控制PI参数 ki1 | 0.1 | |||
定直流电压控制PI参数 kp2 | 0.1 | |||
定直流电压控制PI参数 ki2 | 5 | |||
变压器容量/kW | 500 | |||
变压器变比 nT | 1:20 | |||
半桥MMC | 电平数 | 71 | ||
额定容量/(MV·A) | 2 | |||
额定直流电压/kV | 60 | |||
桥臂电感/H | 0.003 | |||
子模块电容/F | ||||
子模块通态电容/Ω | 0.001 | |||
MMC外环控制参数 kp3 | 10 | |||
MMC外环控制参数 ki3 | 0.01 | |||
MMC内环控制参数 kp4 | 8 | |||
MMC内环控制参数 ki4 | 0.06 |
表 1 光伏系统参数及控制参数
Table 1 PV System parameters and control parameters
换流器 | 参数 | 数值 | ||
DC/DC换流器 | 滤波电容 Ci/F | |||
滤波电容 Co/F | ||||
Boost电感 L/H | 0.003 | |||
虚拟电阻控制滤波电感 L1/mH | 0.001 | |||
虚拟电阻控制滤波电阻 R1/Ω | 0.002 | |||
MPPT控制PI参数 kp1 | 100 | |||
MPPT控制PI参数 ki1 | 0.1 | |||
定直流电压控制PI参数 kp2 | 0.1 | |||
定直流电压控制PI参数 ki2 | 5 | |||
变压器容量/kW | 500 | |||
变压器变比 nT | 1:20 | |||
半桥MMC | 电平数 | 71 | ||
额定容量/(MV·A) | 2 | |||
额定直流电压/kV | 60 | |||
桥臂电感/H | 0.003 | |||
子模块电容/F | ||||
子模块通态电容/Ω | 0.001 | |||
MMC外环控制参数 kp3 | 10 | |||
MMC外环控制参数 ki3 | 0.01 | |||
MMC内环控制参数 kp4 | 8 | |||
MMC内环控制参数 ki4 | 0.06 |
类型 | 参数 | 数值 | ||
主变 | 容量/(MV·A) | 2 | ||
变比/kV | 220/35 | |||
连接方式 | Ynd | |||
短路阻抗/% | 10 | |||
交流电网 | 电压等级/kV | 220 | ||
直流线路 | 电阻LLine/mH | 13 | ||
电感RLine/ Ω | 0.54 |
表 2 系统主变及电网参数
Table 2 Main transformer and AC parameters in the system
类型 | 参数 | 数值 | ||
主变 | 容量/(MV·A) | 2 | ||
变比/kV | 220/35 | |||
连接方式 | Ynd | |||
短路阻抗/% | 10 | |||
交流电网 | 电压等级/kV | 220 | ||
直流线路 | 电阻LLine/mH | 13 | ||
电感RLine/ Ω | 0.54 |
图 13 DC/DC在不同控制策略下加入不同阻尼电阻后${Z'_{{\text{PV}}}}$的Bode图
Fig.13 Bode diagram of $ {Z'_{{\text{PV}}}} $under different control strategies by adding different X
图 14 有源和无源阻尼协同控制下换流器输出Bode图和环路增益Nyquist图
Fig.14 Bode diagram of converter output and loop gain Nyquist diagram under active and passive cooperative control
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