一种新的大型光伏并网系统稳定性分析方法

为了解决大型光伏并网系统稳定性分析方法复杂的问题,采用等效简化的方法引入一种基于单台逆变器的辅助系统,得到该辅助系统与大型光伏并网系统稳定性的关系,进而提出一种将大型光伏并网系统稳定性分析转化为单逆变器并网系统稳定性分析的方法。研究结果表明:对于由n台规格型号相同的逆变器并联后,通过电网阻抗Zg接入理想电网的大型光伏并网系统,其稳定的判定条件为同时满足逆变器自身闭环稳定和辅助系统稳定。对于所有逆变器规格型号统一的多逆变器并联并网系统,无论所有逆变器电流环输入参考电流是否完全相同,该方法均适用。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

新能源电网中微电源并网控制策略研究

为了保证分布式发电安全并网运行,提高微电网的稳定性能,研究了微电源逆变器接口的鲁棒控制问题。该研究基于三相并网逆变器系统,建立了三阶数学模型。考虑到系统的动态模型参数的不确定性,基于Lyapunov鲁棒稳定方法设计鲁棒控制器,并将该鲁棒稳定性问题转换为线性矩阵不等式问题,给出保证系统稳定的充分条件。采用线性矩阵不等式的凸优化技术,可求得最小鲁棒性能指标和鲁棒控制器的参数。仿真结果证明了该控制方案的有效性。     

基于有源阻抗重构装置的并联并网逆变系统稳定性策略

为了提高分布式并联并网逆变器之间的稳定性和抗电网干扰的能力,首先提出一种广义阻抗模型来表征多并联并网逆变器系统的稳定性,接着提出一种有源阻抗重构策略来增加逆变器的输出阻抗：广义阻抗模型将复杂的传递函数矩阵分解为逆变器输出阻抗矩阵和电网阻抗矩阵,并从理论上推导出更高的逆变器输出阻抗,以增强系统的稳定性和抗电网干扰能力。为验证该方法的有效性,采用16台单相逆变器并联系统进行仿真,并搭建2台并联的并网逆变器平台进行实验。仿真和实验结果证明,所提出的方法能够有效地提高并联并网逆变器系统的稳定性。     

考虑长距离输电缆特性的逆变器并网系统谐波不稳定分析及抑制

长距离输电缆(LTC)与并网逆变器交互作用易引发系统谐波不稳定的风险,且忽略线路频变特性可能会导致稳定性误判。文中计及输电线路的分布参数特性和频变特性,研究如何评估这类逆变器并网系统的稳定性。首先,基于矢量匹配法对含LTC的交流系统进行等值,同时考虑逆变器的内外环控制、锁相环、控制延时等环节,建立dq旋转坐标系下逆变器并网系统高频状态空间模型;其次,采用参与因子分析方法辨识出导致谐波不稳定的关键影响环节,并基于根轨迹方法分析了LTC频变特性、延迟时间、控制器参数、电缆长度和电网阻抗对系统稳定性的影响;再次,提出了基于参数灵敏度分析和矩阵相似变换的系统稳定性改善方法,并对改进后系统的谐波稳定性进行分析;最后,基于RT-LAB构建硬件在环实验平台进行了验证,实验结果验证了理论分析的正确性。     

跟网型逆变器的非线性模型及稳定性分析方法

锁相环为并网逆变器的跟网控制提供了与电网同步的参考信息,但在弱电网下,具有非线性特性的锁相环对系统稳定性会产生一定的影响。由于舍入误差的存在,现有基于线性化锁相环模型而设计的并网逆变器存在稳定性设计不足的风险。为保证模型的准确性以及稳定性分析的可靠性,提出了一种基于非线性状态空间模型的稳定性分析方法。首先,建立了采用二阶广义积分器锁相环的LCL型并网逆变器系统的非线性状态空间模型,确立了锁相环中非线性环节的有界性条件。基于Lyapunov稳定性判据,进一步获得满足全局渐进稳定的矩阵不等式条件。通过逐点分析,明确了锁相环参数以及电网阻抗对系统稳定域的影响。实验结果表明,相比于传统的小信号模型,所提出的非线性分析方法在预测跟网型逆变器系统的稳定性上更加准确和可靠。     

考虑频率耦合效应的三相并网逆变器序阻抗模型及其交互稳定性研究

在分布式发电系统中,并网逆变器作为主要的功率接口单元,其稳定性直接关系到并网系统的可靠运行。目前在大多数阻抗分析过程中,将并网逆变器视为单输入单输出系统,忽略了频率耦合特性的影响,因而导致逆变器低频段的稳定性分析不够精确。该文针对三相LCL并网逆变器,采用多谐波线性化方法分别推导解耦双同步参考坐标系锁相环(decoupleddoublesynchronousreferenceframePLL,DDSRF-PLL)的频率特性模型和并网逆变器的输出阻抗模型。基于序阻抗分析方法和奈奎斯特稳定判据,分析频率耦合特性对并网逆变器系统稳定性的影响,并基于稳定性对锁相环结构进行改进。论文对并网系统的稳定性进行实验验证,实验结果证明了理论分析的正确性。     

弱电网下基于高带宽并网逆变器的并网系统鲁棒性提升技术研究EI北大核心CSCD

数字控制LCL型并网逆变器的固有控制延时会影响原有谐振阻尼方案的控制特性,从而降低并网逆变器在弱电网下的鲁棒性。该文首先基于不同参数建立多逆变器并联系统在弱电网下的多输入多输出矩阵,并推出确保系统进网电流稳定性以及各模块交互电流稳定性的3条判据。进一步地,基于频域阻抗法分析数字控制延时在模块采用不同开关频率的情况下对系统鲁棒性的影响,进而发现在系统中引入高带宽逆变器对于抑制低频谐振的有效性。分析高带宽逆变器模块与低频模块之间的交互稳定性,据此选取高带宽并网逆变器的开关频率。最后,搭建一台基于新型宽禁带器件GaN的高带宽并网逆变器原理样机,并将其并入低频模块并网系统中去,通过实验验证所提高带宽并网逆变器有助于提高弱电网下系统的鲁棒性,为提高分布式发电系统的稳定性提供一种新思路。     

有功功率载荷波动对分布式发电并网逆变器稳定影响分析及其改进控制策略EI北大核心CSCD

针对功率变化引起的逆变器并网稳定性波动问题,基于阻抗稳定性判据,以三相LCL型并网逆变器为例,考虑锁相环在系统中的影响,建立电流环控制的并网逆变器交流侧输出阻抗小信号模型,分析功率变化与系统稳定的交互影响。研究系统传输功率增大会导致系统稳定性变差的现象,提出引入直流端电流补偿控制策略,该方案提高了并网逆变器交流侧输出阻抗在低频段增益,增大了系统稳定裕度,有效地处理了功率因素导致的系统稳定性波动问题。同时,在响应速度方面,无论是稳态还是暂态,加入直流电流补偿后的变流器并网系统调节时间更短,响应更为迅速,调节时间只有原系统的30%左右。最后,搭建三相LCL型逆变器并网仿真系统,通过仿真验证了文中理论分析的正确性。     

弱电网条件下基于阻抗的稳定性判据重塑

弱电网条件下电网阻抗所具有的不确定性以及宽范围变化特性会严重影响逆变器并网系统的控制性能,甚至可能导致系统不稳定。当前利用电网阻抗与逆变器等效输出阻抗的比值来判定系统是否稳定的阻抗分析法,虽然在一定条件下可以判定逆变器并网系统的稳定性,但存在表征系统稳定性裕度不准确,以及当逆变器控制参数发生变化时可能导致的传统基于阻抗的稳定性判据不再适用的问题。针对上述传统阻抗分析法存在的不足,对传统基于阻抗的稳定性判据进行了重塑,重塑后基于阻抗的稳定性判据不仅能够精确表征系统的稳定性裕度,而且对变参数控制并网逆变器也具有普适性,保持了阻抗分析法的优良特性。最后,在弱电网条件下,以三相LCL型滤波的并网逆变器模型为基础,通过仿真分析验证了文中理论分析的正确性与重塑方案的可行性。     

考虑锁相环多单相光伏逆变器并联稳定性分析

诺顿等效阻抗方法是多逆变器并联系统控制稳定性分析重要方法,但其建模过程忽略锁相环,无法分析锁相环对控制稳定性影响.对现有诺顿等效阻抗方法进行改进,建立含二阶广义积分锁相环的单相并网逆变器等效导纳模型.基于该模型,分析锁相环环节对多台单相逆变器并联系统控制稳定性影响.分析结果表明,并网逆变器等效导纳的低频段特性主要由锁相环等效导纳决定,高频段特性主要由诺顿等效导纳决定.相比于现有诺顿阻抗方法,所提方法能更准确分析系统低频段控制稳定性.随着锁相环带宽和参考电流的增加,多逆变器并网系统控制稳定裕度降低,允许接入逆变器台数减少,失稳后低频振荡频率降低.基于RT-LAB平台,建立多逆变器并网实时仿真系统,结果验证了分析结论的正确性.     

LCL并网逆变器的电流双闭环控制

采用LCL滤波器作为电压型并网逆变器与电网的接口,建立LCL滤波器的数学模型,提出一种基于电网侧电流外环、逆变器侧电流内环的LCL并网逆变器控制方法。该控制方法既能有效保护功率开关,又能保证系统稳定及并网电流的单位功率因数。针对该电流双闭环控制方法,给出一种基于赫尔维茨稳定判据及李纳德-戚帕特稳定判据的内外环控制器参数设计方案。进行了LCL并网逆变器并网运行仿真与实验。仿真和实验结果验证了所提LCL并网逆变器控制方法的正确性和可行性。     

弱电网下计及锁相环影响的LCL型并网逆变器控制策略

新能源并网逆变器在弱电网下易诱发宽频带振荡.为分析振荡失稳的发生机理,首先基于复矢量传递函数方法建立了计及锁相环影响的三相LCL型并网逆变器阻抗模型,然后分析了频率耦合的机理.在此基础上推导出并网逆变器系统与电网阻抗交互作用的等价输出阻抗模型,应用阻抗稳定性判据分析了锁相环对并网逆变器稳定性的影响.为抑制锁相环对并网逆...     

基于盖尔圆定理的三相并网逆变器系统稳定判据及稳定性分析

随着愈来愈多的并网逆变器接入电网,逆变器与电网之间的阻抗交互作用对系统的稳定可靠运行是一个潜在威胁。为此,开展对并网逆变器接入电网的稳定性研究具有重要的意义。建立了在dq坐标系下的三相LCL型并网逆变器小信号阻抗模型。该模型考虑了锁相环和电流环补偿因素对逆变器阻抗特性的影响,提高了模型的精度。在此基础上,对系统的稳定性进行理论分析,系统的稳定性判定具有重要的工程指导意义。为解决传统广义Nyquist稳定判据所需计算量较大、使用困难的问题,提出了一种基于盖尔圆定理的系统稳定性判据,在保证系统稳定的同时大幅降低了计算量,可以作为一种实用的系统稳定区域估算方法。仿真和实验结果与理论分析一致,验证了所提方法的正确性。     

不平衡运行工况下并网逆变器的阻抗建模及稳定性分析

实际运行中,并网逆变器常工作在电网电压、电网阻抗和逆变器滤波电感均不平衡的复杂工况下。文中研究了在此复杂不平衡工况下并网逆变器的阻抗模型及其和电网互联系统稳定性分析策略。在并网逆变器公共耦合点电压不平衡和逆变器滤波电感不平衡运行工况下,推导了电压不平衡分量及滤波电感不平衡和各谐波分量之间的关系,建立了并网逆变器在正、负序坐标下的输出导纳模型,得出了导纳矩阵的解析表达式,并分析了正、负序及耦合导纳的特性。依据广义奈奎斯特判据和逆变器不平衡导纳表达式,给出并网逆变器在不平衡运行工况下也适用的阻抗稳定性运行判定方法。最后,对不平衡工况下所研究的系统稳定性判据的有效性进行了实验验证。     

弱电网下计及直流母线和镜像频率耦合扰动的三相LCL型并网逆变器序导纳建模及稳定性分析

为解决新能源并网系统的交互失稳问题,首先运用双谐波线性化方法,综合考虑直流母线与镜像频率耦合扰动,建立三相LCL型并网逆变器的序导纳模型;进一步将传统的矩阵序导纳模型简化为单输入单输出序导纳模型,分别分析锁相环、直流电压外环和电流内环控制器的带宽对并网逆变器导纳特性的影响规律;最后基于MATLAB/Simulink仿真平台,验证了非线性时域系统中所建序导纳模型的准确性,并通过奈奎斯特稳定判据证明了所提模型可有效地提高弱电网下并网交互系统稳定性。     

提高光伏并网逆变器在弱电网下稳定性的阻抗相角补偿控制

针对LCL型并网逆变器自身存在的谐振现象,提出一种电容电压惯性反馈控制策略来抑制其谐振尖峰。在弱电网情况下,由于电网阻抗和并网逆变器输出阻抗的相互作用,使得并网逆变器的稳定性急剧恶化。于是提出输出阻抗相角补偿加滤波器的方法,提高逆变器输出阻抗相角使其满足稳定裕度,从而提高并网逆变器在弱电网下的稳定性。在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建并网逆变器系统仿真模型,对所提方法进行仿真验证。仿真结果表明,所提方法不仅能提高并网逆变器的稳定性,而且还能改善并网电流的质量,降低谐波总畸变率。     

弱电网条件下并网逆变器的锁相环静态稳定分析

在新能源发电经由逆变器接入电网的系统中,并网逆变器的稳定性将随着接入点短路比的减小而降低。目前,学术界针对这一问题已有较多研究,但大多是基于状态空间模型线性化后利用相关控制理论进行分析,缺乏直观的机理分析。采用忽略了电流内环响应时间的准稳态模型,重点对并网逆变器中锁相环的静态稳定性进行分析,得出了与传统单机无穷大系统中类似的静态稳定判据。由此稳定判据能直观得出并网逆变器维持同步前提下的输出功率极限,并指出当并网逆变器超出此功率极限时将以过电压的形式失去稳定。采用并网逆变器的详细模型进行仿真分析,验证了所提静态稳定判据的正确性。     

基于阻抗法的并网逆变器小信号稳定功率极限分析与提高

随着可再生能源发电在电网中所占比重不断增加,由并网逆变器引发的电力系统小信号稳定性问题日益凸显。为了明确并网逆变器系统运行的功率裕量,增强系统的小信号稳定性,采用阻抗法对并网逆变器的小信号稳定功率极限进行研究。根据广义奈奎斯特稳定判据的边界条件定量计算了并网逆变器的小信号稳定功率极限。结果表明,该功率极限小于静态稳定功率极限,随着电网短路比的减小而减小,随着锁相环带宽的增大而减小。提出了一种改进锁相环结构,从控制的角度等效增大电网短路比,从而提高并网逆变器的小信号稳定功率极限。最后,通过阻抗分析和系统仿真验证了改进锁相环对于提高小信号稳定功率极限的有效性。     

弱电网下考虑锁相环影响的并网逆变器改进控制方法

由于电网阻抗的存在,并网逆变器的控制系统与电网阻抗相互耦合,弱电网条件会影响并网逆变器的稳定性。并网逆变器控制系统中通常使用锁相环来获取电网同步信息,其动态特性是影响系统稳定运行的关键因素。分析弱电网情况下锁相环输出对系统稳定性的影响,在此基础上提出一种提高系统稳定性的控制方法。在同步旋转坐标系下建立了包括电流环、锁相环和滤波器等环节的三相并网变换器阻抗模型,分析不同电网阻抗和锁相环带宽与并网逆变器稳定性的内在联系。结合阻抗模型中系统电压通过锁相环对电流环的影响,提出一种改进的前馈控制方法来减小锁相环输出影响,前馈环节中包括系统电压、锁相环动态特性和滤波器等环节。分析表明,改进的控制方法能够有效提高并网逆变器在弱电网条件下运行的稳定性。实验证明了所提方法的正确性。