单电流闭环多重PR控制的LCL型逆变器

针对LCL型逆变器谐振尖峰以及对并网电能质量影响的问题,采用比例电容电流与并网电流叠加的电流反馈算法消除LCL型逆变器固有谐振尖峰带来的影响,并在比例谐振控制器基础上增加多个谐振环,用于抑制并网电流低频谐波和谐振电流含量,从而提升对电网电流控制的准确性和并网系统的稳定性。最后设计了2kW并网逆变器LCL型滤波器参数,在Matlab/Simulink上仿真与实验平台验证了控制算法的可行性。     

基于比例谐振和谐波补偿控制技术的单相逆变并网研究

电网电压背景谐波的干扰在并网系统中是不可避免的,这会给并网电流带来大量的低阶谐波.提高开关频率能够抑制低阶谐波,却带来大量的高阶谐波.针对基于比例谐振控制(PR)和谐波补偿(HC)控制器的LCL型单相并网逆变器,详细分析了电流控制器参数对系统性能的影响,通过对并网电流的稳态误差、相位裕度和幅值裕度的分析得出满足要求的控制器各参数选择范围,结合系统的稳定性分析来选择控制器参数.仿真结果证明所给出的控制策略和参数设计方法是可行的.     

一种改进的QPR并网逆变器控制策略

针对传统准比例谐振(QPR)控制策略不能在电网电压畸变条件下有效抑制并网电流谐波的缺点,设计了一种改进的QPR电流控制器.以三相并网逆变器为研究对象,在αβ静止坐标系下建立了三相并网逆变系统的数学模型和Simulink仿真模型,揭示了传统QPR控制在电网电压畸变时对并网电流质量影响的机理,分析了改进的QPR电流控制器的优越性.仿真结果表明,改进的QPR控制策略对比传统的QPR控制具备更强的抗干扰能力,在电网电压畸变时,能有效抑制并网电流的谐波畸变.     

基于有源谐波电导法的光伏逆变器 集群谐振抑制策略

为抑制光伏逆变器集群并入电网引起的谐振,提出一种基于有源谐波电导法的光伏逆变器集群谐振抑制策略。首先,基于PI控制器下电容电流内环,电网电流外环的双闭环控制,分析双闭环控制下单台逆变器谐振抑制效果。其次,在保持控制系统不变的情况下,针对多台逆变器谐振问题,在光伏并网系统中加入有源滤波电导,不仅有效抑制逆变器低频谐波电流汇入网侧系统,还提高逆变器抗扰动能力,从而抑制逆变器集群引起的谐振问题。最后,通过Matlab/Simulink软件仿真验证了光伏逆变器集群谐振能被有效抑制,仿真结果表明谐波电导法对多逆变器谐振有抑制效果。     

基于特定谐波消除的矩阵变换器性能优化方法

针对矩阵变换器输入LC滤波器容易引起输入电流谐振的问题,选择输入侧谐振点附近的特定谐波作为抑制对象,提出基于特定谐波消除的输入滤波器参数优化与谐振抑制方法,以提升输入性能.分析输入LC滤波器及常规谐振抑制方法的工作原理,采用多个约束条件对滤波参数进行最优设计,以谐振点附近特定谐波的抑制效果作为阻尼电阻的选择依据,给出具体的优化设计步骤.将特定谐波消除的思想引入主动谐振抑制方法中,提出采用陷波滤波器采集滤波电容中特定谐波量反馈到控制回路的策略.搭建基于Matlab/Simulink的仿真模型,仿真实验表明,利用所提的输入滤波器参数优化方法和主动谐振抑制方法,使得输入电流总谐波畸变率分别下降了98.5%和99.3%.抑制处理后的系统具有良好的稳定性.     

并网逆变器功率和合成谐波阻抗联合控制策略

为了抑制电网中因非线性负载和电力电子器件的大量使用而产生的谐波,给出了并网逆变器的给定功率和合成谐波阻抗联合控制策略.该策略能够根据给定的有功功率和无功功率控制系统,并且在电流环电压环上加入了谐波阻抗环.Matlab/Simulink结果显示,该控制策略能够在实现并网逆变器并网的同时起到有效抑制电网谐波的作用.仿真结果表明,此方法能够抑制电流谐波,也使得电网电压谐波得到有效抑制,并避免了电网线路上的谐振.     

自适应陷波滤波器的并网逆变器相位超前补偿方法

逆变侧电流反馈控制的LCL型并网逆变器广泛地应用于实际中,然而在数字控制下,控制延时改变了系统的相位特性,进而影响系统的稳定性。为此,提出了一种基于自适应陷波滤波器(adaptive notch filter,ANF)的相位超前补偿方法。首先,利用陷波器的相位超前环节对控制延时产生的相位滞后进行补偿,从而避免系统相位在谐振频率处穿越-180°,改善了系统的稳定性并增强其对弱电网的鲁棒性。其次,采用ANF算法对系统的谐振频率进行估计,并根据估计值动态调整陷波频率,扩大了谐振频率稳定区间,进一步提高了系统对LCL参数波动的适应能力。最后,对所提方法进行实验验证,结果表明:基于ANF补偿方案的并网逆变器稳定性良好,且相比传统的陷波方案,该方案对电网阻抗及LCL参数波动具有更好的鲁棒性,更利于LCL并网逆变器在弱电网工况下的控制。     

基于PR控制的电流控制型逆变器研究

为了克服采用比例谐振（PR）控制的并网逆变器对电网非基频处干扰信号的抑制能力较弱的缺点,提出了一种电压前馈谐波补偿策略,即将电网中存在的3、5、7等高次谐波反馈到逆变器的控制端.通过对并网逆变器系统的理论分析建立了逆变系统的数学模型和Simulink仿真模型,对系统运行过程进行了仿真研究.仿真结果表明,采用电压前馈谐波补偿策略的逆变并网系统能够实现输出对参考无静差跟踪的要求,有效地减小电网中的干扰,使得输出中的总谐波畸变度（THD）由3.61%降低到0.31%,可应用于并网逆变器设计中.     

锂电池能量回收系统的进网电流优化控制技术

为了改善锂电池能量回收系统并入电网的电能质量,针对系统核心组成部分并网逆变器进行研究.通过建立基于LCL滤波器的并网逆变器的系统模型,说明该系统对控制方案所提出的要求,并指出传统的基于电网电压定向的PI控制方案无法在满足稳定性要求的同时实现良好的控制性能.引入一种重复控制与PI控制相结合的复合控制方案来弥补原有控制方案的不足.通过系统仿真以及样机实验证明,该方案对由电网电压畸变所引起的进网电流中的谐波成分具有较好的抑制能力,能够在不增加系统硬件复杂程度的前提下获得较好的进网电流波形.     

Power Control Based on State Space Strategies for Grid-Oriented Inverters with LCL Filters

面向LCL型并网变换器的状态空间功率控制策略研究

陆春宇,花为,胡铭觐

（东南大学 电气工程学院,南京 211189）

摘要：

针对带LCL滤波器的网侧变换器三阶数学模型,分析了其复杂动态特性及可能影响系统稳定性的谐振问题。为实现LCL型系统的有源阻尼谐振抑制及提升电流调节性能,提出一种考虑参数整定的状态空间电流调节策略,相关参数基于模型等效方法计算获得。相比于传统有源阻尼方法,本文将扩展状态观测器与电流控制策略相结合,有效避免了额外传感器的使用,同时结合滤波策略的同步锁相环能够有效抑制电网电压。最终,基于上述策略构建的双闭环功率调节器能够有效提升功率控制的动态性能及稳态精度。仿真结果验证了调节策略的有效性。

关键词：LCL型并网变换器,状态空间电流控制,同步锁相环,闭环功率控制

     

电网不平衡下基于SOGI的MMC环流抑制策略

模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）的设计和分析通常是在电网平衡下进行,但在实际运行中交流电网是不平衡。电网不平衡将导致MMC桥臂环流的直流分量不再相等,含有2倍频的正序、负序和零序分量,使系统损耗增加,影响系统性能。首先,本文根据MMC的数学模型和相单元的瞬时功率分析环流的产生机理,得到电网不平衡时环流各分量的等效电路。然后,提出一种电网不平衡下基于二阶广义积分器（second order generalized integrator,SOGI）的环流抑制策略,该策略将三相环流中2次谐波分量与不相等的直流分量分离后单独抑制,采用比例积分（proportional integral,PI）控制经SOGI提取桥臂环流的正序、负序2倍频分量,采用准比例谐振（proportional resonant,PR）控制环流的零序2倍频分量。最后,在PSCAD/EMTDC平台中搭建217电平的MMC系统模型,将本文所提环流抑制策略与传统环流抑制策略、采用准比例谐振器控制环流抑制策略和采用比例积分谐振（proportional integral resonant,PIR）控制环流抑制策略进行仿真实验对比。实验结果表明：在单相非金属接地故障时,与其他3种环流抑制策略作对比,本文策略能将环流的2倍频分量抑制到0.000 6 kA,将谐波畸变率降低到0.03%,表明所提策略的优越性;同时在两相非金属接地故障时,本文策略能将环流的2倍频分量抑制到0.003 9 kA,谐波畸变率降低到0.22%。仿真实验结果验证了本文方法的有效性。     

An Improved Repetitive Control Strategy for LCL Grid-Connected Inverter

This paper proposes a cascade repetitive control strategy based on odd internal mode, and combines it with proportional-integral (PI) control to establish a compound repetitive control system for improving the quality of grid connected current of LCL grid connected inverter. More specifically, the proposed method could effectively improve the control effect of grid-connected current of LCL inverter, restrain current harmonics and reduce the distortion rate of grid-connected current. Simulation experiment is conducted to verify the proposed repetitive control strategy, and the verification results show that, compared with traditional PI control, the proposed improved compound repetitive control strategy has a higher response speed, and the steady-state and dynamic performance have also been significantly improved.     

基于混合直流的受端电网黑启动方法及协调恢复策略

作为直流输电的新方向,混合直流结合了传统以及柔性直流系统的优点,可在电网黑启动中发挥重要作用。为明确混合直流参与黑启动的技术条件与控制方法,针对两端电网换相换流器–模块化多电平换流器（line commutated converter–modular multilevel converter,LCC–MMC）混合直流输电系统,提出了受端电网大停电情况下基于混合直流的黑启动方法及受端电网协调恢复策略。根据黑启动不同恢复阶段特征,首先,明确了在起始阶段受端系统全黑情况下混合直流的启动方法,包括送端LCC换流器和MMC受端换流器的启动及控制方法。然后,针对黑启动初期的弱交流系统阶段,采用可增强系统稳定性的混合直流虚拟同步协调恢复策略;在系统达到一定强度后,提出了相应的控制策略及不同控制方式间的平滑切换方法。最后,在PSCAD/EMDTC软件中进行了仿真验证,结果表明：黑启动初期LCC采用耗能电阻启动能有效满足最小启动电流限制;MMC经限流电阻启动后采用无源网络控制可实现无源端交流电压的建立,并维持系统电压和频率在稳定范围内;在非黑启动电源机组和负荷并网后,交流系统强度改变,所提的3阶段控制切换策略能够有效实现各阶段平滑过渡,且在弱交流系统阶段采用虚拟同步控制可保证弱交流系统阶段的系统稳定性,3阶段控制策略与两阶段恢复策略相比具有显著的优势,从而验证了所提黑启动方法和协调恢复策略的有效性。     

双谐波注入的弱电网阻抗在线检测方法

弱电网的主要电气特性之一为高电网阻抗,电网阻抗的增大会改变控制系统受控对象的模型阶数,影响逆变器控制环路增益、带宽和控制性能,对光伏逆变器并网电能质量和稳定运行带来不利影响.为实现电网阻抗的在线检测以进一步优化逆变器控制策略,以弱电网下单相光伏并网逆变器为研究对象,在对其控制系统进行建模与分析基础上,研究基于谐波电流注入的电网阻抗在线检测方法.首先从理论上对单谐波电流注入法和双谐波电流注入法进行对比分析;进而从仿真角度对两种方法在检测精度、逆变器并网电流THD值影响方面进行验证;最后选定双谐波电流注入法作为主要研究方法,该方法周期性地向电网注入两种不同频率的谐波,利用检测元件获得并网点处的电压和电流信息,经由傅里叶分析处理后可得电参量中所包含的特定次谐波分量,进一步计算可得电网阻抗的实时值.实验结果表明:双谐波电流注入法可以实现对电网电阻和电感的准确辨识,与传统单谐波注入法相比,该方法不仅无需计算相角信息,同时具有更高的检测精度.     

Resonance Suppression Strategy for Humanoid Robot Arm

To address the problem of resonance in the control of a robot arm, a resonance suppression strategy is proposed for a single-joint humanoid robot arm based on the proportional-resonant(PR) controller. First, an arm joint model of the humanoid robot is established. Then the influence of resonance frequency on the performance of the control system with the robot arm is analyzed. The voltage fluctuation of the drive motor caused by the changes in arm motion is recognized as the disturbance of the current loop. The PR controller has the characteristic of disturbance rejection at a specific frequency. The output fluctuation of the driving system caused by the change of arm motion state at the resonance frequency is suppressed. Therefore the output current of the inverter will not be affected by the vibration of the arm at the resonance frequency. Finally, the control system is verified by MATLAB/Simulink simulation. The simulation results demonstrate that the control strategy for the humanoid robot arm based on the PR controller can suppress the resonance of the arm effectively, improving the dynamic performance and system stability.     

光伏并网发电系统中的最大功率点跟踪控制

为实现光伏并网系统的最大功率点跟踪控制,提出了一种适用于基于混合控制的级联逆变器的光伏并网发电系统的双级控制策略.通过电流瞬时值反馈滞环控制,将输入电压控制(功率控制环)和光伏系统入网电流控制(电能质量控制环)解耦,简化了控制器设计.首先对该双级控制策略进行了分析,然后对瞬时值反馈单元控制器参数进行了设计,最后进行了仿真和实验.仿真和实验结果验证了所提出的控制方法的有效性,表明该双级控制策略可在进行最大功率点跟踪的同时保证入网电流质量     

光伏并网逆变器的控制策略研究

阐述了一种基于空间矢量变换的三相并网逆变器的控制策略。建立了在两相同步旋转坐标系dq下的逆变器的数学模型,提出了基于空间矢量变换的电压电流双闭环控制策略,实现了并网电流的有功分量与无功分量的独立控制,并给出电流环的解耦控制与电网电压的前馈控制。提出了一种新的空间矢量算法。仿真结果显示,采用该控制策略可以很好地改善并网电流质量,并可实现高功率因数并网。