弱电网下基于准静态模型的混合控制微电网逆变器同步稳定性研究

当多逆变器并联接入弱电网时,高电网阻抗与逆变器间的相互作用,易引发逆变器并网同步过程中的稳定性问题。针对弱电网下电流电压混合控制型微电网(HMG)逆变器的同步稳定性,通过建立准静态模型,分析锁相环(PLL)和虚拟同步机(VSG)在HMG系统中的同步机制,讨论PLL和VSG同步环间相互作用对电流(电压)控制型逆变器稳态工作点的影响,进而得到弱电网下HMG同步稳定性与电网阻抗、电网电压之间的关系。在此基础上,考虑弱电网下发生的电网电压跌落故障,对HMG同步稳定性与各逆变器稳态工作点、同步环参数之间的关系进行分析。实验结果验证了理论分析的正确性,为实际中HMG给定指令和同步参数的合理配置提供指导。     

弱电网下计及锁相环影响的并网逆变器输出阻抗重塑

比例积分+谐振补偿控制器(resonant harmonic compensators,HCs)可以用来抑制电网背景谐波引起的并网电流畸变.然而在电网阻抗较大时,锁相环(phase-locked loop,PLL)、电流控制器与电网阻抗相互耦合,降低了并网逆变器系统的稳定性.为了改善弱电网下锁相环对并网逆变器系统的不利影响,首先建立了考虑锁相环影响的并网逆变器小信号模型,分析了锁相环导致系统稳定性的原因,揭示了电网阻抗影响并网逆变器-电网交互系统稳定性的本质规律.然后,提出一种基于二阶低通滤波器(low-pass filter,LPF)的锁相环优化控制与参数设计方法,以重塑并网逆变器输出阻抗.最后对所提策略进行了仿真与实验验证.研究结果表明,改进的策略可以提高弱电网下并网逆变器系统的稳定性,改善其对电网的适应性,从而证明了理论分析的正确性与所提策略的有效性.     

弱电网下基于加权系数的电网电压前馈控制策略

在含有电网电压背景谐波以及电网阻抗变化情况下,并网逆变器的控制性能会受到影响。直接电网电压比例前馈因其实现方便且可有效抑制电网背景谐波而获得广泛关注,但其在高电网阻抗的弱电网情况下会降低电流控制的相位裕度,影响并网稳定性。基于加权系数的电网电压前馈控制策略存在基波增益下降的问题,但是能够大幅提高并网逆变器的稳定性。首先,对并网逆变器进行数学建模,并结合阻抗稳定性判据全面对比分析了弱电网下基于加权系数的电网电压前馈控制策略和传统直接电网电压前馈控制策略的动、稳态性能,得出了前者在弱电网下具有更好的电网适应性;其次,给出了调整系统闭环增益的方式来提高并网逆变器基波跟踪性能的理论分析;最后,结合Matlab/Simulink仿真和实验,进一步验证了弱电网下基于加权系数的电网电压前馈控制策略的有效性。     

基于自适应虚拟阻抗的并网电流谐波抑制

分布式发电系统在电网中所占的比重持续增大,电网逐渐呈现弱电网特性,采用电压源型控制的并网逆变器可以在弱电网下可靠并网,但是并网电流易受电网电压背景谐波的影响。针对该问题,首先通过对电压源型并网逆变器输出阻抗建模分析,建立并网系统的谐波等效电路,在此基础上提出了虚拟谐波阻抗的方法并给出具体的实现方式。其次,通过对谐波电流幅值的检测,提出谐波含量负反馈控制,实现了虚拟谐波阻抗大小的自适应变化。此外,电压环采用改进的比例-积分-谐振(PIR)控制器,实现了对交流信号的准确跟踪。最后,结合Matlab/Simulink仿真和实验进一步验证了所提方法的有效性。     

增强并网逆变器对电网阻抗鲁棒稳定性的改进前馈控制方法

随着分布式电源并网功率的逐渐增加及接入点的广泛分布,电网越来越表现出弱电网特性,即电网阻抗相对较大,此时在并网逆变器中广泛应用的电网电压前馈控制会严重影响到系统的稳定性。以L型滤波并网逆变器为研究对象,采用框图等效变换的方法分析弱电网情况下前馈控制对并网逆变器特性的影响机理,以及电网等值电感和阻感比对系统稳定性的影响规律,并在电压前馈通道中引入一种带通滤波环节,提高弱电网下并网逆变器的鲁棒稳定性。分析表明,附加带通滤波环节的电压前馈控制可使得逆变器在短路比较小的弱电网中仍能够稳定工作。最后,搭建一台66k V·A并网逆变器实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性和所提改进策略的有效性。     

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.     

弱电网下并网逆变器自适应H∞控制方法

在实际应用中,采用传统的鲁棒H_∞控制方法的并网逆变器,其稳定性和干扰抑制性能往往会受到电网弱电网特性的影响。为了增强并网逆变器对电网阻抗变化的适应能力,提出一种适用于弱电网的并网逆变器改进H_∞控制方法,即自适应H_∞控制方法。以单相并网逆变器为例,建立了弱电网下并网逆变器的鲁棒H_∞控制模型,证明了弱电网特性将会造成该模型中系统参数、控制输入参数以及干扰输入参数出现参数摄动,从而影响了系统的稳定性以及干扰抑制性能。为了克服弱电网特性的影响,改进方法中引入了间接控制来取代公共连接点电压前馈动态地调节公共连接点电压,消除了控制系统的参数摄动,增强了并网逆变器对弱电网具有自适应性,提高了系统的稳定性和干扰抑制性能。最后,通过搭建的实验平台验证了理论分析和所提自适应H_∞控制方法的合理性及有效性。     

弱电网下计及背景谐波的多并网逆变器阻抗重塑谐振抑制方法

弱电网下多逆变器并网系统的谐振问题一直广受关注,当计及背景谐波时,逆变器的电网电压前馈环节引入正反馈通路,将进一步恶化系统的电能质量。鉴于此,提出了一种弱电网下计及背景谐波的多并网逆变器阻抗重塑谐振抑制方法。通过对逆变器的控制环节进行导纳划分,建立基于三分解导纳的多逆变器并网等效模型,并利用模态分析法得到逆变器数量和电网侧阻抗变化时系统的谐振特性。计及电网电压前馈和电容电流反馈环节,对加权电流控制进行改进,并通过公共耦合点并联虚拟导纳对逆变器进行阻抗重塑,以实现对弱电网下系统谐振的抑制。仿真结果表明,所提方法既能极大地减小背景谐波对逆变器输出电流的影响,又能有效地抑制弱电网下多逆变器并网系统的谐振。     

基于谐波传递函数矩阵的单相并网系统建模研究

弱电网下,电压源型并网逆变器锁相控制环节引入的频率耦合作用会恶化并网系统稳定性,传统基于阻抗的数学模型尚不能准确反映弱电网下级联系统在低频段的谐振特性及稳定性。文中针对单相并网系统无穷、链式的频率耦合特点,建立考虑偶次频率耦合的多输入多输出谐波传递函数矩阵数学模型,据此提出具有明确物理意义的单输入单输出阻抗模型,讨论该阻抗模型的简化降阶方法及其在基波频率处阻抗特性,指出仅考虑正负两倍基波频率搬移的频率耦合作用已较好地保证了模型的准确度。进一步,基于所提阻抗模型研究电网阻抗及几种常见正交信号发生器对单相并网系统稳定性的影响,表明电网阻抗会影响逆变器输出阻抗,锁相环环路中等效滤波环节会改善弱电网下系统的稳定性。仿真和实验测量验证了所提单相并网系统阻抗模型正确性及其应用于弱电网下并网系统谐波稳定性分析的有效性。     

弱电网下光伏并网系统锁相环参数自适应控制

针对弱电网下PLL(phase-looked loop,PLL)会使并网逆变器的稳定性下降问题,提出一种锁相环带宽自适应控制策略来实现锁相环参数依据电网实时阻抗值来获得最优的控制参数,保证系统最佳控制性能和稳定运行,从而提升跟网型逆变器在弱电网下的对电网阻抗的适应能力。利用PSCAD/EMTDC进行仿真验证,仿真结果证明自适应控制策略正确、有效。     

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。     

基于锁相环的并网VSC暂态失稳机理与控制方法

针对基于锁相环（phase locked loop, PLL）的电压源变流器（voltage source converter, VSC）面临的暂态失稳问题,考虑功率环的影响,对跟网控制型VSC的暂态失稳机理与控制方法进行了全面研究。首先,通过对PLL和功率环进行建模,推导VSC的暂态失稳边界;其次,以电网电压跌落为例,揭示同时考虑功率环和PLL影响时VSC并网系统的暂态失稳机理;然后,提出一种基于d轴重定向的自适应无功控制方法,该方法同时改善VSC功率外环和PLL同步环的暂态稳定运行边界,有效提高基于PLL的VSC并网系统的暂态稳定性;最后,通过硬件在环实验对所提出的暂态失稳机理和控制方法进行实验验证。研究结果表明,功率外环存在时VSC失稳的本质原因是功率环失稳,而非PLL同步失稳。     

一种新型的单相并网系统锁相环

电网电压的相角、频率对并网逆变器而言是最基本的信息.准确快速地跟踪电网电压是并网控制系统稳定运行的保障.在单相并网逆变器中,常规的过零点检测锁相方法往往对电网电压畸变或扰动敏感,使得锁相环处于不稳定状态,从而导致并网逆变系统性能降低,甚至不能正常工作.针对此问题,分析了基于同步旋转坐标变换的锁相环原理,并将这种锁相策略...     

基于二阶广义积分器的单相并网系统锁相技术的研究

由于电网电压通常受到扰动和谐波的影响,因此在并网变换器的同步应用中,并网电流和电网存在相位差,会对电网产生冲击和污染。实践经验表明基于某种正交信号发生器(QSG)的锁相环(PLL)具有更好的性能。文章采用基于二阶广义积分器(SOGI)的正交信号发生器,并加以改进,在无需使用三角函数的情况下,设计一个简单的控制环将SOGI谐振器中心频率自适应调节为输入频率,并去除PLL模块,构造了新型的锁频环(FLL)结构。仿真结果表明,该方法不仅易于设计和实现,同时其性能优异,频率和相角的检测速度较快,且不含有稳态振荡,验证了方案的可行性和优越性。     

考虑锁相环影响的多逆变器并联接入弱电网稳定性分析

锁相环在经逆变器并联接入电网时,对确保并网电流与电压保持同步有着至关重要的作用.且在弱电网下电力电子设备的自身动态及其与电网的相互作用明显引发复杂的稳定性问题.文中从多逆变器并网的控制系统出发,建立了计及锁相环、电流调节器等控制环节影响的阻抗分析模型,考虑了各个逆变器对其它逆变器及其与交流电网之间的相互影响,提出了多组逆变器并网的阻抗稳定性判据.分析了随着电网强度、锁相环参数及逆变器数目的 变化对系统稳定裕量的影响,并根据所得稳定性判据给出了不同电网强度下可以并联的最大逆变器数目,最后在PSCAD上搭建多个逆变器并联接入弱电网的模型,验证了所得结果的正确性.     

逆变器在电网故障下的并网同步化技术

在大规模可再生能源并网发电场合中,电网可能会存在电压跌落、频率变化和谐波污染等故障,因此并网逆变器需要高性能的锁相(频)环技术来实现与电网良好同步,增强为电网提供频率和幅值支撑的能力。为此提出一种基于级联二阶广义积分器(SOGI)的锁频环技术。该技术通过级联二阶广义积分器和正、负序分量计算网络,快速准确地从故障电网中分离出基波正、负序分量,有效地消除了负序分量和谐波分量对获取频率信息的影响,实现频率的自适应控制。MATLAB的仿真结果表明了该技术有效可行。     

弱电网下基于锁相控制并网变换器小扰动同步稳定分析

该文对弱电网下基于锁相控制并网变换器的小扰动同步稳定问题进行研究。首先,以机理化揭示并网变换器同步特性为目标,通过将其和传统同步机的同步动态进行类比等效,建立适用于并网变换器同步稳定分析的类Heffron-Phillips动力学模型。进而借鉴传统电力系统低频振荡分析思路,采用复转矩系统法分析思想,将锁相环主导的同步振荡模式阻尼分为两部分:锁相环自身固有阻尼分量和弱电网下复杂控制耦合引入的附加阻尼分量,进而从阻尼特性的角度揭示弱电网下并网变换器同步稳定机理,并从影响固有或附加阻尼分量的角度,研究电网阻抗、控制器参数等因素对小扰动同步稳定性的影响。该文研究结果清晰揭示了弱电网下并网变换器同步失稳机理,并为后续同步稳定控制指明了思路。     

不平衡电网下变流器多机系统的稳定性分析

基于不平衡电网条件下的并网交互系统,研究了电压源型变流器（VSC）的稳定性问题。首先提出了不平衡电网下带双二阶广义积分器锁相环（DSOGI-PLL）的变流器导纳模型。分析总结了带不同类型锁相环的VSC系统导纳特性。基于导纳模型研究了配置不同类型锁相环的多VSC系统稳定性问题,指出了多VSC系统稳定性的改善方向。进一步提出,带DSOGI-PLL变流器的并入可以在增加并网系统输出功率的同时有效改善变流器的稳定裕度。同时,研究了公共耦合点处负序电压改变时VSC与电网阻抗的交互机理。最后,对理论分析进行了实验验证。     

不平衡电网下的改进型锁相环设计研究

针对电网三相不平衡时,常用锁相环方法存在电压测量偏移降低,检测准确度和抗低次谐波干扰能力弱的问题,提出一种基于改进型二阶广义积分器(Second Order Generalized Integrator,SOGI)的三相锁相环设计方案。分析了SOGI可提取出电压正序基波分量的原理;通过对SOGI进行频域特性分析,找到传统SOGI抗直流分量和低次谐波干扰能力弱的原因。据此,提出一种能消除直流分量影响的改进型SOGI结构,并以此改进型SOGI为基础通过多个并联来达到消除低次谐波干扰的目的;利用PSCAD软件对基于传统型SOGI的锁相环、基于单个改进型SOGI的锁相环、基于多个改进型SOGI并联的锁相环进行多项对比仿真,仿真结果证明了所提锁相方案的有效性。     

电网电压不平衡及谐波畸变时基波电压同步信号的检测

提出了一种电网电压不平衡及谐波畸变时基波电压同步信号的检测方法。通过采用一种新颖的谐振式锁相环技术,快速补偿锁相过程中各类电网故障引起的相位跟踪误差,有效地抑制了电网电压中负序及谐波分量引起的频率波动、相位抖动。该方法不仅适用于理想电网条件,更可在各种电压跌落、三相不平衡和谐波畸变等严重瞬态、稳态电网故障下,实现基波电...