Active islanding detection method for the grid-connected photovoltaic generation system

This paper proposes an active islanding detection method incorporated into the control of the grid-connected inverter to protect the photovoltaic generation system from the islanding operation. The proposed active islanding detection method performs the grid-connected inverter as a virtual resistor with the operation frequency slightly higher or lower than the fundamental frequency of the utility voltage. The function of virtual resistor will not be actuated when the utility is nominal, and the grid-connected inverter can convert the DC power from the solar array to an AC power. When the strong utility is lost, the grid-connected inverter acts as a virtual resistor with the operation frequency slightly higher or lower than the fundamental frequency of the utility voltage. Thus, the frequency and the amplitude of the local load voltage will be away from their normal values under the islanding operation. Hence, the proposed active islanding detection method can immediately detect the islanding operation. A prototype is developed and tested to demonstrate the performance of the proposed active detection method. Both computer simulation and experimental results verify that the performance of the proposed active islanding detection method is expected.     

Harmonics-Based Enhanced Passive Islanding Method for Grid-Connected System

Now a day, distributed sources are emerging widely due to their advantages owing to renewable-based power generation. In this paper, a novel passive islanding method for the inverter-based grid-connected system is presented. This method can be suitably applied along with the conventional passive methods like under/over voltage and under/over frequency islanding techniques. Total harmonic distortion (THD) at the point of common coupling (PCC) is used to discriminate the islanding condition, and to safely disconnect the grid. This method has an advantage that it is able to discriminate non-detection zone (NDZ) when the local load matches the inverter output power. The results using MATLAB simulations and laboratory prototype have been presented.     

馈能型电子负载的并网控制

分析了单相馈能型电子负载的原理,主电路采用DC/DC/AC结构,DC/DC变换器采用平均电流模式下的双闭环控制,详细分析了逆变交流侧并网控制方法。基于内模控制原理,逆变器采用零误差电流跟踪并网控制方法,与普通PI控制方法相比,采用该方法后,工频条件下输出电流可以零误差地跟踪给定电流,基本不受电网电压的影响。仿真结果表明,该控制方法可以使逆变器输出电流的相位和频率无误差地跟踪电网电压的相位和频率,逆变电流为正弦,功率因数为1,可以连续调节模拟负载,并且有较好的瞬时响应。     

一种光储交直流微网并/离网无缝切换策略

微网存在并网与离网独立运行两种不同的工作模式,为解决其在两种模式之间的无缝切换问题,本文首先设计微网预同步软件算法,保证交流母线电压相位平稳连续,为并/离网的无缝切换奠定基础。其次,研究微网系统的基本结构和工作模式,结合微网系统并/离网工作模式切换时的外环输出特征,提出一种改进的外环将其应用于储能控制外环以及逆变器控制外环。该改进外环实现并/离网模式切换瞬间输出需求的重置功能,以补偿传统PI调节器切换时因线路潮流变化而引起的超调量,较好地解决了切换过程中交直流母线电压波动问题。最后,利用matlab/simulink建立光储微网系统模型对并/离网模式切换进行仿真验证,运行结果验证了所提改进策略的有效性。     

交直流混合微电网直流母线电压稳定控制技术

交直流混合微电网的直流母线电压的稳定控制对整个交直流混合微电网系统十分重要。针对交直流混合微电网中直流母线电压控制方式,提出一种实用、高效的交直流混合微电网直流母线电压自主偏差控制方法。在并网模式下,采用具有空闲模式下的直流母线电压下垂稳定控制方法,通过AC/DC变换器实现直流母线电压的稳定控制,避免了AC/DC变换器的频繁充放电操作;离网模式下,直流母线电压的稳定控制由接储能侧的DC/DC变换器控制。为了保证系统离网模式下可靠运行,直流母线侧可以接多路DC/DC储能类蓄电池,通过自主稳定控制既提高了分布式能源的利用率,又提高了空闲模式下电力电子设备的使用寿命。经试验验证,该方法具有很好的控制效果,为交直流混合微电网的发展提供了技术基础支撑。     

一种基于新型载波同相层叠PWM方法的飞跨电容型 光伏发电并网技术

针对飞跨电容型三电平光伏逆变器载波移相算法线电压谐波较高,无法灵活控制飞跨电容电压等问题,提出一种基于新型载波同相层叠PWM方法的飞跨电容型光伏发电并网方案。通过增加零电平向量分配环节,平衡飞跨电容电压,降低光伏逆变器线电压谐波。阐述了新型载波同相层叠算法基本原理,分析了该方案降低光伏逆变器线电压THD的优点。通过Matlab/Simulink数字仿真和实验样机,验证了基于新型载波同相层叠方法的飞跨电容型光伏发电并网系统能够有效跟踪最大输出功率,保证直流电压稳定,降低光伏系统输出线电压谐波。     

模块化光伏并网系统欧洲效率优化控制方法

提出一种模块化逆变器组成的光伏并网系统欧洲效率优化控制方法,各并网逆变模块共直流交流母线并联运行。分析直流母线电压变化趋势与发电功率的内在关系,在逆变模块中采用两个不同限幅值的直流母线电压调节器,根据系统发电功率的变化,自然启用相应的电压调节器,确保各逆变模块优先运行在设定的最高效率点,而当系统发电功率较大时逆变模块再转向满载运行,从而优化系统欧洲效率,且无需增加硬件成本。详细分析系统的工作原理,给出控制方法的实现方式和关键参数的设计准则。搭建实验原理样机,进行动稳态实验和效率测试。实验结果表明,系统欧洲效率提高了0.43%,验证了控制方法的有效性。     

两级式逆变器中间母线电压低频纹波抑制

两级式单相逆变器输出电压和电流都是低频交流电,输出瞬时功率中除含有直流量外还含有2倍输出频率的脉动量,造成中间母线电压出现二次纹波分量。为解决逆变环节产生的谐波引起母线电容发热从而危及母线电容的运行寿命以及母线电压脉动可能导致逆变输出电压畸变的问题,提出了一种通过改变前级直流变换器外环电压控制器参数以实现母线电压低频纹波抑制的方法,并研究了两级式直交逆变器中间母线电容电压特性,通过分析逆变环节输入电流中直流分量、二次谐波分量等表达式,从而揭示两级式逆变器中间母线电容低频电压纹波的产生及其影响因素。方法中前级直流变换器、后级逆变器均采用电压电流双闭环控制。仿真和实验结果表明该控制方法是正确、可行的,且母线电压低频纹波抑制效果明显。     

基于子模块电容能量波动的MMILC下垂控制策略

交直流混合配电网中,孤岛模式下互联换流器(interlinking converter,ILC)具有实现配网间功率平衡、维持交流频率和直流电压稳定的作用。模块化多电平互联换流器(modular multilevel interlinking converter,MMILC)作为ILC的拓扑之一,具有谐波特性好、波形质量高、开关损耗低等优势。文中提出一种适用于MMILC的两级式下垂控制策略,首先基于子模块电容能量波动特性建立了适用于MMILC的新型交直流侧统一下垂特性;然后推导得出了MMILC直流侧电压与等效子模块电容电压间的数学关系,使MMILC仍可通过直流电压偏差进行功率调节,同时设置了下垂特性曲线的死区和最低允许运行范围;最后,分别对MMILC在不同负载模式和过载情况下的控制性能进行了仿真。仿真结果表明,所提出的MMILC两级式下垂控制策略可以自动平衡不同负载模式下交直流侧配网的功率偏差,过载情况下可以瞬时闭锁,验证了控制策略的正确性和有效性。     

分散自律架构下微电网功率管理与协调控制

以包含光储单元的微电网为研究对象,首先总结分析了微电网在并网和孤岛模式下光储系统中光伏与储能的逆变器控制策略;然后提出了微电网在并网及孤岛模式下的功率管理策略,在并网模式下通过调节储能来维持公共连接点(PCC)处交换功率的恒定,在孤岛模式下通过分析微电网的多分段P/f特性曲线,针对不同运行场景基于本地信息对网内功率实施分散自律管理及控制。针对储能充电的场景,提出一种基于储能充电功率修正的管理控制策略,该策略通过改变光伏DC端口的参考电压使其偏离最大功率运行点,从而达到减发电的目的以满足储能荷电状态及最大充电功率的限制。最后基于仿真和实验对所提控制策略进行验证。     

间歇性双边无功功率扰动孤岛检测策略

孤岛检测是分布式并网发电系统的必备功能,因为孤岛的发生一般不可预测且危害极大。分析了恒功率控制模式下的并网逆变器在孤岛运行时的电压和频率,计算得出逆变器输出含无功时的非检测区。然后,给出了间歇性双边无功功率扰动的孤岛检测方法,得到消除非检测区的条件并设计了扰动参数。最后进行实验验证,结果表明该孤岛检测策略满足检测要求,对并网功率因数影响很小。     

低压微电网中并网逆变器主动移频式孤岛检测技术

在低压微电网中,线路阻抗、逆变器输出阻抗呈阻性,可以采用有功调幅、无功调频的间接电流型并网逆变器控制策略,该控制策略具有一定的反孤岛能力。推导了电阻、电感和电容负载的幅值和相角的表达式,给出了并网逆变器在孤岛运行时的无功表达式,由此得到电网故障后逆变器输出电压的频率变化数学模型,得到了有功调幅、无功调频的控制策略下逆变器孤岛检测盲区图。提出了频率正反馈的逆变器孤岛检测方法,通过在无功调频控制策略中引入频率正反馈环节,可大大减小逆变器孤岛检测盲区,给出了频率正反馈系数的选取原则。仿真结果表明,理论分析正确,所提出的孤岛检测方法可行。     

基于直流电压信号的光储系统协调控制策略

在以光伏系统、储能装置、并网逆变器、交直流负荷构成的光储系统基础上，分别对离网和并网两种运行方式的控制策略展开研究。考虑到光伏装置的随机性、储能装置的充放电属性和负载多变的现象提出直流侧电压分层控制方式。以直流电压幅值为依据，协调储能装置自适应下垂控制，同时网侧双向变流器采用虚拟同步发电技术，能较好地稳定直流侧电压，降低系统内部功率冲突，保证内部功率交换的稳定。最后通过MATLAB/Simulink在离/并网模式下，分别仿真验证系统协调控制策略的有效性。仿真结果表明:在离网模式下，与下垂控制进行对比，虚拟同步技术的引入使得系统具有较强的鲁棒性；协调控制策略保证了系统稳定并实现储能装置的有效利用。     

分布式可再生能源发电系统研究

为研究太阳能、风力等可再生能源的互补发电,提出了基于直流总线的小规模分布式发电系统的实验平台。该平台由太阳能发电、风力发电、蓄电池、飞轮、公用电网并网和负载等6个单元构成。各单元仅通过直流总线联接,自主控制。发电系统可在独立和并网两种运行模式之间在线自动平滑切换。其中,风力、太阳能发电单元成功实现了最大功率点追踪控制,飞轮单元有效补偿了直流总线电压的高频波动,电池单元解决了负载和发电单元之间的电力供需矛盾,并网单元解决了负载和发电系统之间的电力供需矛盾。通过实验验证,该发电系统在两种运行模式以及在运行模式切换时均能稳定、可靠地工作,直流总线的电压稳定在325～375V之间。     

双级式有功备用光伏虚拟同步机控制策略

大规模光伏并网发电导致电力系统面临惯性下降与调频能力不足的问题,迫切需要光伏系统主动参与电网频率调节。以双级式光伏拓扑结构为基础,提出有功备用跟踪的光伏虚拟同步机控制策略。DC\DC侧根据光伏单元运行的最大功率点确定系统的有功备用点,使系统运行在有功备用模式;当电网频率扰动时可调节光伏单元的有功输出来参与一次调频。逆变侧采用与同步机等效的下垂控制方案,将高压直流侧电容模拟为虚拟转子响应功率动态调节,并通过PI控制维持直流电容电压恒定。建立光伏有功调频的小信号模型,运用传递函数分析了直流电容参数对动态性能的影响。在辐照度突降、电网频率突变以及不同系统参数下进行仿真分析,证明了所提方案的有效性。     

基于序分量的孤岛交直流混联微电网三相解耦潮流算法

针对交直流混联微电网这类新型网络的潮流分析问题,建立了Droop型分布式电源以及AC/DC逆变器并网稳态潮流模型,并根据并网点电压对称进行三相、单相并网模型的相序分量转换。利用序电流补偿法将AC子网解耦为三序网络且并行求解,显著减小了问题求解规模;进一步建立了AC/DC逆变器两侧交流频率和直流电压耦合关系,有效解决了两子网间功率平衡问题。在序分量体系下提出了适用于直流微电网多种方式接入的孤岛交直流混联微电网三相解耦潮流算法,基于IEEE等标准配电系统的修改算例,验证了所提算法的有效性、适用性以及高计算效率。     

基于矢量解耦控制的风电并网逆变器研究

三相PWM逆变器是风力发电并网系统的主要部分,开发高性能的逆变器控制策略已成为研究的重点.在对风力发电并网逆变器系统数学模型分析的基础上,对逆变器在三相同步旋转坐标系下的数学模型进行了推导与分析,提出了一种矢量解耦控制策略,对直流侧电容电压的平衡进行了分析与补偿设计,给出了矢量解耦控制算法的软件流程.实验结果表明,该控制策略能获得较好的控制性能,并能实现单位功率因数校正.该逆变器运行效率高,可靠性好.     

交直流混合微电网运行控制策略研究

为解决交直流混合微电网中功率波动、交直流系统之间功率平衡、直流侧源荷比相对较大光伏利用率不高的问题,研究了交直流混合微电网并网运行时,在蓄电池的平抑作用下,直流侧光伏发电以恒定的功率通过交流侧并入大电网,提高直流侧光伏利用率。孤岛运行时,蓄电池作为平衡节点,和双向AC/DC变换器一起维持整个系统的电压、频率稳定,并实现交、直流系统之间功率平衡的控制方案。最后利用PSCAD/EMTDC软件对系统功率波动、并网运行向非计划孤岛运行切换、孤岛运行向并网运行切换进行了仿真验证,运行结果表明该控制方案能有效平抑系统功率波动,维持交直流混合微电网稳定运行。     

PEMFC并网发电系统建模与优化控制

结合质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）电化学特性、气体流量特性及温度特性,考虑FC模块的效率及寿命,建立基于PSCAD/EMTDC的PEMFC发电系统自定义动态模型,提出PEMFC组中FC模块运行优化算法及其并网控制策略。FC模块运行优化利用先进先出算法,实现FC模块等时运行,DC/DC变换部分采用Boost电路电压外环、电流内环的双环控制,实现DC电压平稳输出,DC/AC并网逆变器采用功率外环、电流内环的双环控制的定功率控制策略,实现系统友好同步并网。通过PSCAD/EMTDC软件平台,仿真验证了所提系统的正确性和有效性。     

微型燃气轮机发电系统孤岛及并网运行的建模与控制策略

微型燃气轮机是目前世界上新能源利用的一个主要方向,特别是在微网中得到了广泛重视,其发电系统控制对于微网并网及孤岛的稳定运行至关重要。本文采用模块化建模方法,基于Matlab/Simulink建立了微型燃气轮机发电系统(MTGS)的机电一体化仿真模型,包括微型燃气轮机本体,永磁同步发电机、整流器和逆变器四个部分。并着重研究了MTGS系统孤岛及并网运行的相关控制策略,前者采用了输出电压控制以维持负荷输出电压,后者采用了PQ解耦的双闭环控制,并提出了输出电压解耦控制与电流滞环控制相结合的新型控制策略来调节MTGS的输出功率。仿真的结果表明该策略的可行性。