弱电网下LCL滤波并网逆变器自适应电流控制

由电网电压谐波以及电网阻抗变化等引起的电网不确定性严重影响LCL型并网逆变器的电流控制。电网电压比例前馈因实现方便且可有效地抑制电网谐波的作用而获得了广泛的关注,但少有文献探讨其在电网阻抗大幅变化即弱电网下的性能。该文分析表明,弱电网下该前馈补偿会大幅降低电流控制的稳定裕度。随着电网阻抗中感性成分的增大稳定裕度变差,最终导致不稳定。此外,低次谐波电流抑制也会失效。针对上述问题,提出一种基于电网阻抗估测的自适应控制方法,即时修正用于前馈补偿的电压以及调整调节器参数以保证较好的相位裕度或高带宽。对比分析以及实验研究表明提出的方案可有效地提高LCL滤波并网逆变器的电网适应性。     

弱电网条件下锁相环对LCL型并网逆变器稳定性的影响研究及锁相环参数设计

为了保证并网逆变器的进网电流与电网电压同步,需要通过锁相环对电网电压进行锁相,并利用检测出的电网电压相位生成电流基准。该文以单相LCL型并网逆变器为例,建立锁相环的小信号模型,并根据该模型推导并网逆变器基于阻抗的稳定判据。通过分析该判据可知,在电网阻抗可忽略不计时,锁相环对并网逆变器的稳定性无影响;当电网阻抗不可忽略时,锁相环带宽、并网电流幅值给定和输出功率因数都会影响系统的稳定。为了保证系统在弱电网下的稳定性,给出一种基于相角裕度要求的锁相环参数设计方法,并进行实验验证,实验结果证明了理论分析的正确性。     

增强LCL逆变器对弱电网适应能力的前馈控制

弱电网中的感性电网阻抗会降低并网逆变器的稳定性,当采用前馈控制时会加剧这一影响。建立了弱电网下LCL并网逆变器的数学模型,基于系统的开环传递函数详细分析了弱电网下含有前馈控制时电网阻抗对系统稳定裕度的影响。针对采用传统电网电压前馈时系统鲁棒稳定性较低的问题,提出基于二阶广义积分器(SOGI)的陷波前馈控制策略,并给出了陷波器带宽的选取原则。仿真结果表明,所提出的前馈控制策略可大大提高并网逆变器对电网阻抗的适应能力。     

计及并网电流控制影响的弱电网下LCL滤波器参数优化设计

现有的LCL滤波器设计方法未能有效兼顾逆变器电流控制对滤波器设计的限制以及电网阻抗对并网稳定性的约束。文章通过建立含数字延迟的弱电网下LCL滤波并网逆变器模型,得到控制性能及并网稳定性对参数设计的约束条件,建立以损耗最小、成本最低、提高对电网阻抗适应能力、提升电流跟踪性能为子目标的多目标优化模型,并采用目标函数离差排序法确定权重系数,自适应权重PSO求解。该设计方案在保证滤波性能和制造成本的同时,增强了LCL并网逆变器在弱电网下的稳定裕度。最后,通过仿真分析验证了该设计方案的正确性与有效性。     

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。     

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D分割法的燃料电池DC/DC变换器控制设计

燃料电池是分布式能源系统中的重要能量发生装置,由于其输出电压随负载波动范围较大,因而需DC/DC变换器来稳定输出电压并调节输出功率。这里研究了一种两级隔离型拓扑,针对Boost存在右半平面零点导致动态性能差的问题,常规控制器设计方法往往需近似处理或反复试凑,而且无法结合多个性能指标进行参数整定。采用D分割法可获得同时满足相角裕度、幅值裕度和系统带宽等多性能指标的控制器参数稳定域,并通过图形可视化地表现出来,从而快速、准确地获取控制器参数,避免反复试凑。最后,搭建样机验证了其有效性。     

提高弱电网下逆变器稳定性的前馈控制策略

实际电网阻抗的不确定性会严重影响并网逆变器的稳定运行,在并网逆变器控制中采用电网电压前馈策略会导致稳定性问题更加突出。首先建立了考虑电网阻抗时并网逆变器的数学模型,基于阻抗比稳定性判据,分析了电网电压前馈控制对并网逆变器在弱电网下稳定性的影响机理,指出弱电网下电网电压前馈造成系统稳定裕度下降的根本原因是前馈通道延时和脉冲宽度调制(PWM)控制延时的存在。提出了一种基于衰减因子的电网电压部分前馈控制策略。最终,仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性和可行性。     

基于复系数滤波器的逆变器全局导纳重塑策略

在低短路比(SCR)的弱电网下,含电网电压前馈(GVF)和锁相环(PLL)的并网逆变器系统难以适应更宽范围的电网阻抗变化,导致系统鲁棒性较差。为此,从导纳的角度分析GVF和PLL对逆变器侧总输出导纳特性的影响。根据导纳在不同频段内的特性,提出一种基于复系数滤波器(CCF)的并网逆变器全局导纳重塑策略,通过在GVF和PLL回路中加入CCF从全局上重塑逆变器侧总输出导纳特性,以基于阻抗的稳定性准则为指导合理设计CCF的自适应调节参数,使得系统在不同电网阻抗条件下均具有较高的相位裕度,提高了系统在弱电网下的鲁棒性。实验结果表明,所提策略比传统控制策略在弱电网下的鲁棒性更高,电流质量更佳。     

基于无源控制的并网逆变器特定次谐波电流抑制方法

新能源发电多位于我国西北部等弱电网地区,该地区电网电压谐波含量大。受电网电压谐波与开关特性的影响,并网逆变器的并网电流容易发生畸变现象,影响系统稳定性。为了应对此问题,文中针对三相并网逆变器提出了一种基于无源控制的特定次谐波电流抑制方法。首先建立三相并网逆变器欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)数学模型,并设计电流环无源控制器;然后结合多重参考系方法（Multiple Reference Frame Method,MRF）,引入误差电压补偿环路,对谐波电流进行了独立控制;最后搭建了系统仿真模型,并与传统PI控制和无源控制进行了对比仿真研究。仿真结果表明,所提控制方法在兼具无源控制优点的同时能够有效抑制三相并网逆变器的谐波电流,提高并网电流的电能质量,降低滤波器的设计要求,提高并网逆变器的弱电网适应能力。     

弱电网且谐波畸变背景下分布式电源并网系统谐振抑制

分布式可再生能源接入配电网远端场景下，并网逆变器系统可能同时受到弱电网较大内阻抗及其背景谐波的影响，而仅优化并网逆变器的控制设计却不易有效解决这一问题。提出一种弱电网且谐波畸变背景下分布式电源并网系统谐振抑制方法。该方法将并网逆变器电网电压全前馈控制与并联接入的有源阻尼器相融合，利用前者抑制谐波电压畸变的影响，利用后者重塑并网系统的输出导纳，抑制并网系统与弱电网间的谐振。同时，给出有源阻尼器虚拟电阻阻值的设计方法以及提升并网系统的截止频率的方法。基于Matlab/Simulink的时域仿真结果表明，所设计的并网系统既能够有效抑制谐波电压畸变引发的并网电流畸变，也能够抑制因网侧导纳存在而引起的谐波谐振。     

计及闭环策略的并网逆变器集群阻抗特性比较分析

以逆变器集群为接口的新能源大规模接入改变了电网的动态特性,次/超同步振荡现象频发,制约了新能源的并网消纳。为深入研究该类型振荡的抑制方法,以单台并网逆变器输出阻抗为最小建模单元,引入谐波线性法推导了PI控制和准PR控制策略下逆变器闭环系统的序阻抗模型,在此基础上建立考虑多台逆变器并联运行的等效阻抗模型。通过对比两种闭环控制策略下逆变器集群输出阻抗的低频段动态特性和接入弱电网后的系统稳定性,在电流内环具有相同稳定裕度的情况下,相较于PI控制,逆变器集群采用准PR控制时互联系统稳定裕度更大,可以降低系统发生次/超同步振荡风险。最后在Matlab/Simulink仿真平台搭建逆变器集群并网仿真模型,模拟了不同强弱电网环境下的并网稳定与失稳现象,从而验证理论分析结果。     

集成有源阻尼器功能的并网逆变器虚拟电阻补偿控制方法

有源阻尼器通过构造虚拟电阻提高接入弱电网中逆变器的稳定性,但虚拟电阻的准确性受开关频率限制,有源阻尼器的功能难以集成到常规的并网逆变器中,为此,提出一种虚拟电阻补偿控制方法。建立集成有源阻尼器功能的并网逆变器阻抗模型,分析虚拟电阻对提升系统稳定性的作用;阐明控制带宽和数字延时对虚拟电阻准确性的影响,针对并网逆变器易发生谐振稳定性问题的谐振频段,设计一种新的虚拟电阻补偿环节,显著提升了虚拟电阻的补偿精度。系统阻抗稳定性分析表明,所提方法虚拟出的阻抗具有良好的电阻特性。实验结果表明,集成有源阻尼器功能的并网逆变器接入系统后具有较好的阻尼谐振作用,显著提升了系统稳定性。     

弱电网下基于复数滤波器的并网电压前馈控制策略

随着分布式逆变并网电源的广泛部署,电网所需的传输线路不断增长,再加上配电变压器漏感等因素的影响,电网越来越表现出弱电网特性。在弱电网情况下,为减小电流稳态误差,并网电压比例前馈系统得到了广泛应用,然而由于其引入了与电网阻抗相关的正反馈回路,导致系统相角裕度大幅降低,严重影响并网逆变器的稳定性。以三相LCL并网逆变器为例,通过伯德图分析电网阻抗对并网逆变器稳定性的影响,提出在并网电压比例前馈环节串联复数滤波器的控制方案。分析表明该方案可以提高弱电网条件下并网逆变器的稳定性。最后搭建了三相5 kW并网逆变器仿真模型,验证了该方案的有效性。     

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。     

基于PI调节器和电容电流反馈有源阻尼的LCL型并网逆变器闭环参数设计

基于电容电流反馈的有源阻尼是实现LCL型并网逆变器谐振峰阻尼的一种有效方法,PI调节器因其简单有效而常用于并网电流的控制。针对基于PI调节器和电容电流反馈有源阻尼的LCL型单相并网逆变器,详细分析PI调节器参数和电容电流反馈系数等闭环参数对系统性能的影响,通过对并网电流稳态误差、系统相位裕度和幅值裕度的分析,得到满足上述要求的PI调节器参数和电容电流反馈系数的取值范围,结合实际应用需要就可从中优化选取出合适的闭环参数。所提出的闭环参数设计方法不需要反复试凑,不仅可以有效阻尼LCL滤波器谐振峰,而且可以使系统具有高鲁棒性、快速动态响应性能和低稳态误差。实验结果证明了所提出的闭环参数设计方法是有效的。     

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。     

LCL并网逆变器一阶自抗扰控制及基于粒子群优化的控制参数整定方法

在实际并网现场,电网时常包含未知、时变的扰动,故LCL并网逆变器运行工况复杂、恶劣,经常面临频繁脱网的问题.基于此,首先针对LCL并网逆变器设计了结构简单的一阶自抗扰控制器;其次,针对自抗扰控制器参数难以整定的问题,构建了包含控制误差和系统调节时间在内的多目标优化函数,并结合粒子群优化算法实现了一阶自抗扰控制器的参数整定,提高了自抗扰控制器参数设计的效率和合理性;最后,在频域中对系统性能进行分析,并通过仿真和实验验证了所设计控制器的可行性及所设计参数的优越性.结果表明,相比传统带宽法所得控制参数,带所提方法所得控制参数的一阶自抗扰控制能够使LCL并网系统获得更好的跟踪性、抗扰性和入网电流质量,且能够保证LCL并网逆变器在复杂工况下不脱网.     

增强并网逆变器对弱电网适应能力的控制策略

弱电网中,并网逆变器与感性电网阻抗之间产生交互耦合从而引发谐振现象,采用电压比例前馈控制虽然可以抑制谐振,但其额外引入的正反馈回路也会降低并网逆变器的相角裕度。针对这种局限性,建立LCL逆变器并联系统的数学模型及诺顿等效电路,再利用阻抗法分析电压前馈控制对系统稳定性的影响,并提出了一种新型的基于相位超前补偿的电压前馈控制策略,既保留了传统电压前馈控制的优点,又增大了并网逆变器输出阻抗的相角裕度,使系统对电网阻抗具有较强的鲁棒性。最后,通过仿真验证了新型控制策略的可行性。