并网逆变器降阶模型及其构建方法的分析与对比

并网逆变器的小信号模型是判断系统稳定性和参数设计的重要工具。并网逆变器的完整状态方程描述会附带较多冗余信息,采用适当的降阶模型能够方便系统参数整定与调试。然而现有的一些典型降阶模型适用面较窄,在特定工况下精度较低或随着参数的变化而失去通用性。首先,通过等效惯性常数与等效阻尼系数的概念建立了通用的功率环模型;通过单边傅里叶分析指出传统的三阶模型仅适用于分析大惯性、高阻尼系统;通过输出阻抗分析指出电磁五阶模型精度对于控制参数较为敏感。为了解决降阶模型精度的问题,利用逆变器时间尺度自然分离的特性,提出了一种基于时间常数的模型降阶方法,所提方法简单、有效,并导出了可靠、简洁的高带宽降阶模型,所得模型精度高、适用面广。最后,通过对比实验验证了理论分析的正确性和所提降阶方法与降阶模型的有效性。     

附加频率控制双馈风电场频率响应特性建模与参数辨识

随着风电渗透率的增加,风电机组参与电力系统调频已成为间歇式风电消纳的共识.为实现含高比例风电电力系统频率特性的高效准确分析,该文首先建立了附加频率控制下双馈异步风电机组(DFIG)双输入(风速、频率)-单输出(并网功率)频率响应模型,并通过劳斯近似,依次建立了DFIG频率响应4阶和2阶模型;进而针对双馈风电场整体频率响应特性的建模需求,结合矩阵束法和最小二乘法,设计了采用数据重构的双馈风电场频率响应降阶模型参数辨识算法;最后,基于DFIG单机并网系统和含双馈风电场的扩展IEEE 30节点系统,通过对比Matlab/Simulink电磁暂态仿真结果,分别验证了频率响应降阶模型和所提参数辨识算法的准确性和有效性.     

基于同调等值的多变流器系统聚合降阶建模

电网故障时,多锁相环同步型变流器系统面临严重的暂态同步失稳问题。然而多变流器系统模型阶数高,交互耦合复杂,给暂态同步稳定分析带来严峻挑战。为此,该文提出基于同调等值的多变流器系统聚合降阶方法。首先建立了多变流器系统等值摇摆方程,发现阻抗压降的差异是导致同母线与不同母线变流器同调特性差异的原因。在此基础上,提出基于阻抗压降的多变流器系统同调判据。接着,在功率约束条件下给出同调变流器群等值电路参数的计算方法,并借助惯性中心的概念通过聚合锁相环摇摆方程,得到等值控制参数的计算方法。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件与RT-LAB实验平台验证了所提同调等值方法的有效性。     

弱电网下负序控制对变流器并网系统稳定性影响分析

变流器并网运行时,因实现负序控制目标带来的变流器控制结构改变可能会存在恶化系统小干扰稳定性问题,该问题在弱电网背景下更加突出。首先介绍了不平衡电网下基于比例积分-准谐振(proportional-integrational quasi-resonant,PIR)控制的负序控制策略,然后建立平衡电网下考虑负序控制策略的变流器并网系统幅相阻抗模型和原-对偶复电路。其次,通过分析因负序控制带来的变流器侧幅相阻抗模型中导纳元素阻抗特性的变化,判断负序控制对系统稳定性的影响,进一步基于广义阻抗判据分析了负序控制如何影响系统稳定。研究结果表明弱电网下负序控制可能会使变流器并网系统存在次同步和100 Hz左右的振荡失稳风险。最后,通过仿真验证了理论分析结果的有效性。     

基于平衡截断法的线性负虚系统模型降阶

基于平衡截断理论来探讨线性负虚系统的模型降阶问题,针对无结构限制的一般线性负虚系统,借鉴关于正实系统模型降阶的现有方法,提出了一类基于求解负虚系统Lure方程组的平衡截断模型降阶算法,通过分析负虚系统Lure方程组平衡解的奇异值特性以及相应的降阶模型参数矩阵秩特性,指出了这类算法在负虚系统模型降阶中所存在的局限性;为克服这一局限,进一步提出了基于同时求解系统Lure方程和系统Lyapunov方程的平衡截断模型降阶算法,该算法可对任意线性负虚系统生成满足负虚特性的降阶模型;还给出这两类算法下的模型逼进的误差上界估计。针对带有二级结构和对称系统参数矩阵的线性负虚系统,基于合同变换法给出了一类保持系统负虚性和结构特征的平衡截断算法,并对理论结果的正确性和算法的有效性通过若干数值算例进行了说明。     

LCL型并网逆变器分裂电容电流控制方法稳定性分析与优化

LCL型并网逆变器是储能变流器完成交直流双向转化的重要组成部分,功率损耗和控制复杂是其阻尼控制策略两大主要问题。首先提出了一种基于分裂电容中间电流控制无源阻尼优化方法,通过改变电流反馈点来改变传递函数使系统降阶,并对其稳定性进行了分析,以阻尼电阻功耗最小为标的,对阻尼电阻取值和电容分裂比例进行了优化,进一步抑制了谐振,同时优化了控制器参数设计,提高系统稳定性。该方法可在不增加控制环路的基础上实现系统降阶,确定使系统稳定的更小阻尼电阻取值,降低阻尼损耗。在研制的储能变流器样机上,对所提方法与传统方法进行了对比验证。实验结果表明,所提方法可有效抑制LCL谐振,获得良好的并网电能质量,同时在简化控制基础上也降低了阻尼损耗,提高了系统效率。     

逆变型分布式电源模型的多时间尺度降阶分析及稳定一致性证明

微网中逆变型分布式电源(inverter interfaced distributed generator,IIDG)包含频率控制、测量延时和电磁暂态等多个时间尺度,是一个复杂的非线性系统。该文以微网中基于下垂控制的IIDG为研究对象,建立包含功率下垂控制器、电压电流双环控制器以及滤波器和线路的IIDG完整模型。根据奇异摄动理论,对IIDG完整模型进行多时间尺度特征划分,并对模型进行忽略快动态降阶处理。通过IIDG小信号模型的特征提取,对IIDG模型降阶前后的静态稳定一致性进行证明。利用系统稳定域边界二次近似方法,对IIDG模型降阶前后的暂态稳定一致性进行证明。通过单机系统及三机微网示范工程系统的时域仿真结果证明所提的IIDG时间尺度划分方法和降阶方法的有效性,能为微网中IIDG动态特性分析提供降阶简化模型。     

弱电网下LCL型并网逆变器的高鲁棒性加权平均电流控制策略

加权平均电流(weighted average current,WAC)控制方法由于其环路降阶特性,在并网逆变器系统中得到了广泛的应用。然而,传统WAC控制方法并未充分考虑数字控制延时对并网逆变器系统造成的影响。该文分析表明,数字控制延时引入的相位滞后导致传统WAC控制方法不再具备环路降阶特性,而使得环路增益中出现一个随电网阻抗变化的反向谐振峰,使并网系统存在失稳的风险。针对此问题,该文提出一种基于超前补偿器的高鲁棒性WAC控制策略,该策略利用前馈通道中引入的超前补偿器来补偿反向谐振峰频率范围内的相位滞后,以此来实现环路降阶特性及弱电网适应性。对比分析和实验研究表明,所提控制策略能够保留传统WAC控制的降阶优点,同时对弱电网亦有很强的适应能力。     

适用于次同步振荡分析的直驱风电场平衡降阶方法

直驱风电场(direct-drive wind farm,DDWF)并入弱交流系统存在发生次同步振荡(sub-synchronous oscilla￣tion,SSO)的风险。由于DDWF模型阶数较高,实际分析时须降阶处理。现有平衡降阶方法在分析SSO问题时,无法在降阶过程中精确保留系统SSO模式。针对此问题,文中提出一种适用于SSO分析的平衡降阶方法。该方法基于参与因子分析,保留与SSO模式强相关的状态变量,并结合Hankel奇异值确定降阶阶数,建立与全阶系统模型SSO特性和动态特性都一致的降阶系统模型。首先,对DDWF并入弱交流系统的全阶小信号模型进行平衡变换,建立平衡系统模型。然后,对平衡系统模型进行参与因子分析,结合Hankel奇异值确定保留状态变量集合,再利用残差降阶法建立降阶系统模型。最后,对全阶系统模型和降阶系统模型进行对比验证,结果表明所提降阶方法适用于DDWF并入弱交流系统SSO问题的研究。     

基于相位补偿和虚拟阻抗优化的LCL型并网变流器改进控制

LCL型并网变流器常采用同步旋转坐标系下基于变流器侧电感电流的并网控制,但LCL型滤波器和数字延迟的dq轴模型均存在轴间耦合,制约了并网性能,且随着开关频率降低,性能恶化更为明显。针对该问题,文中在建立LCL型并网变流器复矢量模型的基础上,对并网变流器耦合特性和传统解耦方案进行分析。针对现有方案的不足,提出了一种基于相位补偿和虚拟阻抗优化的LCL型并网变流器改进控制策略,通过零极点图详细分析了虚拟阻抗对系统耦合程度及系统阻尼特性的影响,进而给出了确定3个参数优化值的方法。最后,仿真和实验结果表明,与现有方案相比,所提策略能够实现对系统耦合程度及阻尼特性的独立控制,有效实现解耦并改善系统动态性能。