基于电压定向矢量控制的光伏逆变器在弱电网中的强迫振荡分析

《IEEE Transactions on Power Delivery》：Forced Oscillation Analysis of Voltage-Oriented Vector Control-Based PV Inverter Connected to Weak Power Grids

光伏逆变器同步参考系矢量控制中的功率耦合效应与强制振荡抑制机理研究。针对MPPT控制引入的间谐波引发系统强制振荡问题，提出考虑RRPC通道的频率域分析模型，通过可视化相量图揭示弱网下PLL动态特性导致的功率耦合机制，结合伯德图分析控制参数对振荡放大倍数的影响规律，并基于仿真与硬件在环实验验证方法有效性。

　　

摘要：

基于同步参考框架的矢量控制（SRF-VC）被广泛应用于单级光伏（PV）逆变器中，用于将电能传输到电网。然而，在SRF-VC中，超调效应和功率耦合（即实功率与无功功率的耦合，RRPC）可能会导致振荡放大和强迫振荡问题，尤其是在实功率参考值（Pref）出现谐波干扰时，这种现象是由最大功率点跟踪（MPPT）控制引起的。本文提出了一种频域分析模型，用于研究在MPPT引起的Pref振荡源存在的情况下，超调和RRPC对强迫振荡的影响。首先，介绍了由MPPT引起的Pref谐波，这些谐波可能是强迫振荡的来源；接着通过可视相量图分析了SRF-VC的功率耦合机制，这种耦合是由于弱电网中锁相环（PLL）的动态响应较慢所导致的。随后，推导了考虑RRPC通道的频域模型，以分析Pref处于亚同步/超同步共振频率时振荡放大的特性。此外，利用所提出的频域模型的伯德图研究了不同控制参数对强迫振荡幅度的影响。最后，通过仿真和控制硬件在环（Control-Hardware-In-Loop, CHIL）测试验证了超调和RRPC对强迫振荡的影响。

引言

随着光伏（PV）系统在弱电网中的渗透率不断提高，系统的稳定性和电能质量问题日益突出，这对电力系统的安全运行构成了挑战[1]、[2]、[3]。许多研究关注小信号稳定性或瞬态稳定性问题，发现PV系统的负阻尼是不稳定性的主要原因[4]、[5]、[6]。另一方面，与电网相连的PV系统被认为是向电网输送谐波的来源之一，从而导致电能质量下降[7]、[8]、[9]、[10]，其中直流电压谐波就是由最大功率点跟踪（MPPT）控制引起的[7]。此外，MPPT引起的谐波可能是PV电力系统发生强迫振荡的根源，这将是本文的主要研究内容。