摘要
可再生能源、电动汽车以及微电网的迅速发展使得并网逆变器在电网中的占比越来越高，控制器、逆变器与交流电网之间的谐波交互耦合作用愈加复杂，对电能质量准确评估和系统稳定性分析提出了挑战。传统的逆变器建模方法对开关函数进行了平均化处理，忽略了开关动作的谐波分量，从而不能准确地分析逆变器内部的谐波耦合现象。作为电力电子领域一种新的建模方法，谐波状态空间(harmonicstatespace,HSS)建模方法将时域内周期变化量转换为频域内的常量，可以很好地体现逆变器中各次谐波的交互耦合现象，具有很高的建模精度。本文采用HSS理论对三相并网逆变器进行建模，基于HSS模型对三相并网逆变器的谐波耦合特性及稳定性展开研究。 本文首先介绍了HSS理论的相关知识，以单相空载变压器和静止无功补偿器为例，推导出相应的HSS模型。通过该模型研究系统中各次谐波幅值和相位的动态变化特性；并基于HSS方程对系统稳态响应进行精准快速计算，验证了HSS模型的优势；最后通过与EMTP、Simulink仿真结果进行对比得到验证。 然后本文以三相LCL型并网逆变器为研究对象，将并网逆变器的时域开关函数模型转变为频域下的HSS模型。针对并网逆变器HSS模型较为冗余的问题，通过构造相移矩阵对HSS模型进行简化，在保证原有HSS模型精确度的前提下，得到降阶的并网逆变器HSS模型，提高了运算效率；针对并网逆变器中的交直流谐波耦合现象，通过HSS模型推导相应的谐波传递函数矩阵，分析交直流谐波耦合特性，通过谐波传递函数矩阵绘制耦合导纳幅值图，直观地分析谐波耦合关系的强弱，并进行了仿真验证。 最后本文采用HSS理论对闭环状态下的并网逆变器进行建模，给出了详细的建模过程，建立了闭环状态下并网逆变器的HSS模型；针对闭环模式下并网逆变器强非线性的特点，提出了一种适用于闭环控制系统的三相并网逆变器小信号HSS建模方法，通过仿真验证了小信号HSS模型的准确度；通过计算小信号HSS模型的特征值判断系统的稳定性，分析控制器参数变化对系统稳定性的影响；当系统发生不稳定振荡时，可通过小信号HSS模型的特征值准确判断系统的振荡频率，为系统稳定性评估和控制器参数优化提供指导。与Simulink仿真结果进行对比，验证了小信号HSS模型的准确性以及系统稳定性分析的正确性。
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