弱电网对光伏并网逆变器电流滞环控制的影响分析

　　0 引言

　　以风能和太阳能等可再生能源为代表的分布式发电系统(Distributed Power Generation System，DPGS)在电力系统的应用比重日益增加，并逐渐改变电网结构，在并网发电、提高系统稳定性、抑止谐波、无功补偿、电能质量管理等方面发挥着独特和重要的作用。光伏并网发电是太阳能在电源领域的主要发展方向，在光伏系统并网之前，需要并网变换器实现能量转换和滤波器滤除开关谐波分量。光伏并网的一个非常重要的问题是电网和光伏系统相互影响的分析，本文主要研究弱电网对光伏系统的影响。

　　传统的变换器是将电网视为理想的电压源，或者看作忽略输出阻抗的光伏发电机，但如果考虑分布式发电系统的并网模型，理想的电网模型将不再适用。在偏远的农村地区，光伏变换器将电能从长输电线路输送出来，电网阻抗不能忽略，电网和光伏发电系统联系比较弱，即所谓的弱电网，弱电网阻抗可能造成变换器控制环不稳定，特别是用作有源滤波器的电力变换器对电网阻抗非常敏感。

　　近年来，国内外学者进行大量有关电网阻抗对线性控制器即谐振控制器影响的研究，但这些研究对电流滞环等非线性控制器并不一定可行。变换器对电网的影响实际上由各国政府的电力规定和国际IEEE 或IEC 标准约束，主要包括注入电网的电能质量、有功和无功控制、电流波形谐波畸变和电网故障条件下的系统稳定性(RideThrough Capability)。电流滞环控制算法因其具有故障条件下的快速响应、鲁棒性和优质的电能输出，在电力变换器的控制系统广泛应用。电流滞环控制器通过高阶电网滤波器LCL 并入电网，能有效改善总谐波畸变率( THD)，但可能造成谐振问题，如果与具有电感-电阻(L-R) 特性的弱电网连接，将影响系统的稳定性，引起电能质量问题。电流滞环控制器虽然在实际中应用广泛，但其非线性的特性，使保持系统的鲁棒性和稳定性变得困难。

　　本文主要分析具有L-R 特性的弱电网对基于L 滤波和LCL 滤波的电流滞环控制器的影响，推导出以L 并网的电抗和电阻限定条件，并分析LCL 结构并网的有源阻尼、开关频率特性和系统稳定性等关键问题，为滤波器和控制器的优化设计及系统稳定性分析，提供重要的理论基础。

　　1 弱电网对L 并网的影响分析

　　1. 1 电网模型

　　电网可被认为是和一个两端口网络相连的电压源，基于L 滤波器的光伏并网拓扑图如图1 所示。

图1 基于L 滤波器的光伏并网结构拓扑结构。

　　电网模型由传递函数A、B、C、D 的参数表示为：

　　式中Ug———电网等效电源电压