LCL型有源电力滤波器的强鲁棒性控制器优化设计

LCL型有源电力滤波器能有效补偿电网谐波,但LCL型滤波器存在谐振问题,电容电流比例反馈有源阻尼是抑制LCL谐振的主要方式。然而,在数字控制下,谐振频率会随电网阻抗变化,导致反馈系数选取困难。针对该问题,研究了适应电网阻抗宽范围变化的反馈系数选取方法,推导不同反馈系数和谐振频率下的系统稳定条件,优化设计适应电网阻抗变化的反馈系数。此外,随着电网阻抗增加,LCL谐振频率减小,系统带宽变窄,有源电力滤波器采用传统准PR控制补偿高次谐波时,系统相频曲线在控制器谐振点容易穿越-180o线,导致系统不稳定。提出加入相位补偿环节以提升控制器增益处相角,并给出详细设计方法。理论分析表明,所提强鲁棒性控制器优化设计方法,可使有源电力滤波器在保证良好谐波补偿能力的同时具有更宽的稳定运行范围。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

大型光伏电站谐波谐振机理研究

大型光伏电站与理想电网之间不可忽略的电网阻抗使光伏电站与电网之间以及光伏电站内各并联逆变器之间产生交互作用,这种交互作用会引发大型光伏电站的谐波谐振。为研究大型光伏电站的谐波谐振机理,建立了系统解耦模型,将多逆变器并联系统转化为单逆变器系统进行研究。在解耦模型基础上推导出系统谐振频率、阻尼比以及稳定裕度与电网阻抗及并联逆变器个数之间的函数关系,分析了电网阻抗及并联逆变器个数对系统稳定裕度的影响,从闭环增益角度揭示了大型光伏电站谐波谐振机理。研究结果表明,电网阻抗不会引起系统有源阻尼失效,谐波谐振现象是由电网阻抗引起的系统稳定裕度降低而导致的。仿真及实验结果验证了理论分析的正确性。     

一种基于虚拟阻抗的HAPF谐振抑制方法

针对HAPF系统中无功补偿电容FC易与电网阻抗发生谐振影响谐波治理和系统稳定问题,提出一种基于虚拟阻抗的谐振抑制方法,采集PCC点电压构建了谐振抑制阻尼函数,使之等效为并联在FC两端的阻抗,使系统的谐振频率始终大于补偿的谐波频率,不仅可实现较高的谐波补偿精度,而且可提高系统的稳定性。最后在一台30 kVA的HAPF平台上对所提出的方法进行了试验验证,试验结果表明了该方法的有效性。     

基于负低-高通滤波器的并网电流反馈新型有源阻尼方法EI北大核心CSCD

基于并网电流反馈的有源阻尼方法常用来抑制LCL型并网逆变器的谐振尖峰,现有方法会放大高频噪声、降低并网电流质量。因此提出了基于负低-高通滤波器的并网电流反馈新型有源阻尼方法,在抑制谐振尖峰的同时,也降低了对高频信号的增益,进一步提高并网电流质量。采用极点配置法,围绕系统的稳定裕度以及有源阻尼效果设计新型有源阻尼的参数;随后讨论了LCL参数和电网阻抗变化时新型有源阻尼控制系统的鲁棒性。仿真与实验结果证明,该方法使得控制系统对高频噪声有更好的抑制作用,在不同的工况下均具有良好的稳定裕度,在电网阻抗变化时下依然可以有效抑制谐波电流。     

弱电网下抑制谐振频率偏移的并网逆变器谐波谐振控制策略

弱电网下LCL滤波并网逆变器可能因系统开环截止频率附近的稳定裕度太低而引发入网电流谐波谐振等稳定性问题.基于上述考虑,以单相并网逆变器双闭环控制模型为例,揭示了弱电网下系统谐波谐振产生机理以及稳定裕度与滤波器谐振频率偏移之间的关系,推导了最小谐振频率偏移条件以及最小谐振频率偏移对电流控制器的影响.鉴于此,提出了一种弱电网下抑制谐振频率偏移的并网逆变器谐波谐振控制策略,并给出了该策略的详细实现方案和参数设计方法.相较于传统控制策略,所提控制策略可以有效抑制滤波器谐振频率偏移对系统中低频段动态性能的影响,而且不论是否考虑电网电压比例前馈环节,并网逆变器的等效输出阻抗增益均无明显变化,且高于传统控制策略的阻抗增益,系统鲁棒性得到保证.最后,仿真与实验结果验证了所提控制策略的有效性.     

基于LADRC与模糊自适应的新型有源阻尼谐振抑制策略

针对LCL型并网逆变器固有谐振属性容易引起系统谐振，影响系统稳定性的问题，采用无需增添额外传感器的并网电流反馈有源阻尼(GCFAD)法抑制谐振，并引入高通滤波器(HPF)抑制传统GCFAD中二次微分环节对高频谐波电流的放大效应。为应对电网阻抗变化导致谐振频率偏移时阻尼参数难以根据系统变化进行实时调节，提出一种基于线性自抗扰的新型并网电流反馈模糊自适应有源阻尼控制策略(FHPF-LADRC)，进一步提高系统的鲁棒性。使用频域分析法分析新型有源阻尼控制对抑制系统谐振峰值和高频谐波衰减的效果，通过仿真结果验证了新型有源阻尼控制策略不仅有效提高系统阻尼效果，还增强系统稳定性和谐波抑制力，具有较好的可行性。     

大规模光伏并网系统谐振机理及稳定性分析

在弱电网下或者装机容量增加时,大规模光伏并网系统易引发谐波谐振,危及光伏电站的正常稳定运行。针对上述问题,以大规模光伏并网系统为研究对象,分别从系统阻尼、闭环控制等角度揭示了大型光伏电站和电网之间的谐振机理。研究结果表明:LCL滤波器自身的有源阻尼策略并不会导致大规模光伏并网系统引发谐振,引发谐振的关键因素在于并网逆变器自身的稳定裕度。电网阻抗、装机容量、系统参数设计、控制策略等因素的综合效应可以使并网逆变器在某一特定条件下运行到临界稳定状态附近而引发谐振,谐振将导致入网电流在相应谐振频段产生大量谐波。如果稳定裕度进一步减小,系统将逐步由谐振状态过渡到振荡、发散等不稳定状态。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。     

注入式混合型有源滤波器研究

提供了一种大容量、低成本的注入式混合型有源滤波器以适用于高压系统同时进行谐波抑制和无功补偿,其中,利用大容量无源滤波器实现谐波抑制和无功补偿;采用有源滤波器改善系统滤波效果并阻尼无源滤波器与系统阻抗之间的串、并联谐振。讨论了采用检测电网电流的控制策略时,注入式混合型有源滤波器的工作原理,其基本思想是通过对有源部分进行适当控制来等效增大电网支路的谐波阻抗。从抑制电网阻抗与无源滤波器之间的串、并联谐振,改善无源滤波器的滤波效果以及提高整个系统的鲁棒性3个方面详尽分析了注入式混合型有源滤波器的稳态补偿特性。相关仿真结果及工程应用效果均证明了该混合型有源滤波器对于同时进行谐波抑制和无功补偿的可行性。     

基于电容电流反馈的新型HAPF谐振抑制方法

针对有源电力滤波器和无功补偿电容器组成的混合型有源电力滤波器(HAPF)的系统谐振问题,提出了一种基于无功补偿电容器电流反馈的新型HAPF谐振抑制方法。该方法在传统有源电力滤波器电流控制的基础上,通过增加电容电流反馈控制环节,增强系统阻尼,抑制系统谐振。基于该方法,分别就谐波检测电流包含和不包含电容器电流2种情况,详细分析了在电网谐波电压和负载谐波电流2种谐波源激励作用下,系统发生串、并联谐振时的谐振抑制特性。理论分析和实验结果表明,该方法能够有效抑制系统串、并联谐振,提高系统稳定裕度,并对负载谐波电流具有理想的补偿效果。     

弱电网下提高并网逆变器稳定性的相角方法

电网阻抗不断增加,其与并网逆变器阻抗频率交截处相角会越来越低,基于电容电流反馈有源阻尼法抑制谐振尖峰可能失效,容易发生低次谐波振荡,并网逆变器趋于不稳定。从阻抗法的角度,建立LCL型单相并网逆变器系统阻抗模型,提出电网电压前馈相角提升方法,提高电网阻抗与逆变器输出阻抗频率交截处的相角达到稳定裕度的要求,采用该方法能有效提高并网逆变器系统在阻抗变化下的稳定性。     

基于模糊自适应PI的并网逆变器相位补偿控制策略

为了解决LCL谐振和模糊自适应PI控制的稳定裕度在高阻抗情况时无法满足系统要求的问题,采用电容电流反馈有源阻尼,即在电容侧并联虚拟阻抗来抑制谐振尖峰,并在模糊自适应PI控制的基础上,引入超前补偿控制策略,提高逆变器在高网络阻抗情况下输出阻抗的相位裕度,保证模糊自适应PI控制的稳定性。仿真结果表明：该方法提高了逆变器等效输出阻抗的相位裕度,保证了系统在高网络阻抗时也能够稳定运行。     

LCLLC并网逆变器有源阻尼的延迟补偿方法

针对电容电流反馈的有源阻尼用于抑制LCLLC并网逆变器控制系统的谐振尖峰时,数字控制系统存在的延时会导致系统失稳的问题,提出一种超前相位补偿方法。当电网阻抗变化时,LCLLC滤波器的谐振频率会靠近采样频率的1/6,有源阻尼不能有效抑制谐振,导致系统失稳,通过在电容电流反馈回路中设计串联超前相位补偿器,有效降低系统延时的影响,提高系统应对电网阻抗变化时的鲁棒性。通过搭建一台3 kVA的单相LCLLC并网逆变器样机,验证了所提方法的有效性。     

考虑电网阻抗影响的光伏并网逆变器稳定性与谐振分析及设计

电网阻抗的存在可能引发光伏并网逆变器的谐波谐振,甚至不稳定。通过建立单相光伏并网逆变器的等效阻抗模型和等效控制模型,分析系统稳定性和谐振的关系,指出当光伏并网逆变器处于临界稳定状态时,系统由于阻抗匹配而出现谐振现象,且阻抗匹配的频率为系统开环截止频率。为降低并网电流中的谐波含量,应使光伏并网逆变器始终具有足够的稳定裕度,为此提出了"坚强的"光伏并网逆变器设计方案,且给出了详细的设计步骤。仿真和实验结果表明,所提的光伏并网逆变器能够输出较高质量的并网电流,其对电网阻抗具有很强适应性。     

弱电网下抑制谐波谐振的LCL型并网逆变器鲁棒性CCFAD方法

LCL型并网逆变器采用电容电流反馈有源阻尼在弱电网下进行并网电流控制时，如果系统环路谐振频率高于1/6的采样频率，数字控制延时会导致并网逆变器在较宽范围变化的电网阻抗影响下鲁棒性较差甚至失稳。通过分析指出，电容电流反馈有源阻尼环路可等效为并联在滤波电容两端的虚拟阻抗Z_eq(s),表现出的负阻特性是造成系统失稳的主要原因。鉴于此，提出一种采用负一阶惯性环节进行电容电流反馈有源阻尼的鲁棒性方法，在电容电流阻尼环路中引入惯性环节，利用频率稳定性分析对所提方法进行详细论述，并给出相关参数的设计过程。理论分析表明，该方法可保证Z_eq(s)在LCL滤波器谐振频率有效范围内始终处于正阻特性范围，不仅提高系统的稳定裕度，并网系统的谐波谐振也得到抑制。此外，该方法具有较好的灵活性，当采用电容电压反馈有源阻尼控制并进行锁相时，可节省一组电流传感器的使用。最后，通过实验验证了所提方法的有效性。     

LCL型逆变器接入弱电网下的谐振分析及抑制方法研究

光伏逆变器并联接入弱电网时,会与时变的电网阻抗产生交互耦合,影响系统稳定性,甚至引发谐波谐振问题。针对此问题,首先,本文建立了LCL型光伏逆变器并联系统的等效电路模型,利用阻抗分析法对弱电网条件下光伏逆变器并网系统的稳定性条件进行了分析,得出逆变器输出阻抗与电网阻抗在谐振频率处具有一定的相角裕度才能使系统稳定运行的结论;其次,提出一种电网电压前馈附加相位超前补偿的控制策略,该策略能够适应不同电网阻抗的接入条件,使系统在谐振频率处具有一定的相角裕度,避免谐振的发生;最后,通过仿真和实验验证了所提出的谐振抑制策略的有效性。     

一种提高弱电网下LCL型并网逆变器鲁棒性的相位超前补偿策略

LCL型并网逆变器中,电容电流反馈有源阻尼法可以有效抑制LCL滤波器的谐振。但是,数字控制延时会改变电容电流反馈有源阻尼效果,从而影响系统对电网阻抗的鲁棒性。为削弱数字控制延时的不利影响,提出相位超前补偿方法以补偿电容电流反馈的控制延时。通过分析不同谐振频率下系统的稳定性,得出改进后系统的增益裕度要求都能被满足,并设计出相位超前补偿器的参数。接着,为保证电网阻抗变化时系统的稳定性,给出电容电流反馈系数的设计方法。当采用选取的电容电流反馈系数时,分析加入相位超前补偿器前后的闭环极点轨迹。最后,通过一台1kW原理样机,验证了所提出理论研究的有效性。     

提高弱电网下LCL型并网逆变器稳定裕度的改进前馈策略

传统比例电网电压前馈能够抑制电网背景谐波对并网逆变器的影响,但是在弱电网下比例前馈会引入电网阻抗,电容电压相关信息的正反馈,大幅降低电流控制的开环相位裕度,严重影响了并网逆变系统的可靠性.首先建立了弱电网下并网逆变器的数学模型,分析了弱电网下电网电压前馈导致系统不稳定的机理;然后提出了一种电容电流补偿的电网电压前馈方案,在保留对电网背景谐波抑制的优点下提高了系统性能,同时基于系统相位裕度、截止频率仍然下降的问题,提出了一种采用超前环节的补偿方案,显著提高系统性能;最后搭建仿真模型进行验证,结果证明所提控制策略的有效性.     

基于并网电流反馈的新型有源阻尼方法

LCL型滤波器具有比单L滤波器更好的滤波效果,但是其容易使系统引发谐振,并导致系统不稳定。在基于LCL型滤波器的并网逆变器中,为了保证系统的稳定性,通常会采取相关的有源阻尼措施。目前常用的电容电流比例反馈有源阻尼需要引入额外的高精度电流传感器导致系统成本的增加,因此提出了一种基于并网电流反馈的新型有源阻尼方法。该阻尼环节能够给阻尼环的开环传递函数提供一定的相位偏移从而使得阻尼内环稳定,并达到良好的阻尼效果。与无阻尼单并网电流反馈控制相比,引入所提有源阻尼能够降低有效阻尼区间的频率下限,提高了系统对电网阻抗变化的鲁棒性。文章还围绕系统的稳定裕度以及稳态精度探讨了阻尼环节参数与电流控制器参数的设计方法,并给出了简单便捷的参数设计步骤。最后,仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。     

智能型电力有源滤波器

常用的谐波抑制方法包括改造或弃用谐波源型设备、装设无源滤波器,以及采用电力有源滤波器.用户侧的改造一般很难实施,弃用电力电子设备和节能设备会增加电能的消耗,故很少采用.无源滤波器由电感、电容和电阻组成,受系统阻抗影响大,谐振点偏移会使其补偿效果降低,如果谐振点谐波与电网背景谐波接近,很可能产生谐波放大和共振情况.电力有源滤波器具有等效成电流源的特性,不受电网参数影响,补偿效果稳定。它有完善的保护措施,可靠性高。下面介绍一下智能型电力有源滤波器的四项技术特点。     

DVR系统中无功补偿电容谐振分析及抑制

针对动态电压恢复器(DVR)系统中由无功补偿电容器可能引起的谐振问题及抑制方法进行了研究。结果表明:当补偿电容器位于电网侧时,电容器与电网等效电感之间的谐振会引起电网电压畸变,此时DVR能稳定运行,但谐波补偿效果会减弱;当补偿电容器位于负载侧时,电容器与DVR滤波电感之间的谐振很容易使系统阻尼不足导致系统不稳定。将补偿电容器引入控制环,通过减小负载电流的前馈系数可以增大系统阻尼,保证系统稳定。仿真结果验证了上述分析的正确性。