弱电网下LCL逆变器阻尼谐振抑制与功率快速调节方法

位于电网末梢或偏远地区的新能源发电弱电网中,大量本地阻感性负荷的接入会引起电网阻抗变化与频率偏移及电压波动,进而影响LCL逆变器自身谐振尖峰抑制及其输出有功与无功动态调节过程。对此,提出了一种LCL逆变器阻尼谐振抑制与功率快速调节方法,包括鲁棒并网电流反馈有源阻尼控制、同步参考系准比例积分控制及功率快速调节。提出的鲁棒并网电流反馈有源阻尼控制增强了系统阻尼特性,抑制了LCL谐振尖峰;光伏能量功率前馈和负载无功快速检测可实现LCL逆变器的有功功率快速调节与电压无功紧急支撑功能;同步参考系准比例积分控制可降低电网基波频率偏移对系统稳定性的影响,增强了系统整体鲁棒性。通过深入分析控制系统动态响应和稳定性,给出了控制参数优化设计方法。最后,仿真及实验结果验证了所提控制策略的可行性。     

基于准PR的LC型并网逆变器双回路控制研究

传统并网逆变器控制回路带宽较窄,易受电网电压扰动的影响.针对此问题,这里设计了具有宽带宽的准比例谐振(PR)控制器,大大提高了系统的鲁棒性,同时为抑制电网电压扰动,引入了电网电压前馈控制,大大降低了谐波含量.最后在PSIM平台上搭建了仿真与实验模型,结果表明:基于准PR控制器的双回路控制具有良好的跟踪效果和抗干扰能力,降低了并网电流畸变率,实现了单位功率因数,提高了系统的稳定性能和逆变器输出波形质量.     

单相光伏并网逆变器电流控制方法研究及分析

针对并网逆变器的电流控制方法进行了分析研究,通过分析,采用了一种带电网电压前馈和准PR控制的双电流环控制方法,并就其关键的比例谐振控制（ＰＲ）进行了理论分析和参数设计。为分析该方法对抑制谐波,改善电能质量的作用,建立了并网逆变器控制系统仿真模型,并通过仿真试验,分别研究了在电网正常、电网电压突变、电网含低次谐波3种情况下比例积分（ＰＩ）控制和PR控制方法的控制效果,对于研制单相光伏并网逆变器控制系统具有一定参考价值。     

基于PR调节器的并网型逆变器谐波抑制策略

解决LCL型并网逆变器谐振问题的有效途径是采用电容电流反馈的有源阻尼法,比例谐振(PR)调节器因具有良好的准确性和抗干扰性能,比PI调节器更适于对并网电流控制,但电网电压背景谐波会使并网电能质量变差。提出了一种基于电网电压微分前馈和PR调节器相结合的双闭环控制策略,经过适当变换,电容电流内环等效为网侧电感电压微分反馈,电网电压前馈等效为比例前馈。仿真实验结果表明,基于电网电压微分前馈和PR调节器相结合的控制策略可以基本避免电网电压谐波影响并网电能质量,且该策略可以省去对三相电容电流的检测,在很大程度上节约了成本。     

DVR系统中无功补偿电容谐振分析及抑制

针对动态电压恢复器(DVR)系统中由无功补偿电容器可能引起的谐振问题及抑制方法进行了研究。结果表明:当补偿电容器位于电网侧时,电容器与电网等效电感之间的谐振会引起电网电压畸变,此时DVR能稳定运行,但谐波补偿效果会减弱;当补偿电容器位于负载侧时,电容器与DVR滤波电感之间的谐振很容易使系统阻尼不足导致系统不稳定。将补偿电容器引入控制环,通过减小负载电流的前馈系数可以增大系统阻尼,保证系统稳定。仿真结果验证了上述分析的正确性。     

LCL并网逆变器准比例谐振与网压前馈控制研究

针对传统LCL并网逆变器对交流电流信号跟踪存在静差及抗干扰性较差的问题,提出一种基于准比例谐振和网压前馈的新型并网控制策略。该控制策略由逆变器侧电感电流反馈环、网侧电感电流外环和电网电压前馈环组成。其中网侧电感电流外环采用准比例谐振控制器,同时结合逆变器侧电感电流内环,在抑制LCL滤波器谐振峰的同时,提高了控制系统的精度;电网电压前馈控制的引入,一方面提高了系统的响应速度,另一方面保证了在电网发生畸变时并网逆变器较好的动态性能。最后,仿真结果验证了所提控制策略在无静差跟踪及抗电网电压扰动方面具有显著优势。     

光伏并网虚拟磁链自然坐标定向与准PR控制

针对单相双级式并网系统,提出基于虚拟电机磁链的无电网电压传感器自然坐标定向方法,减少传感器使用的同时省去复杂的坐标变换。电流内环采用带通式准比例谐振(PR)控制,实现并网指令电流的无差跟踪。电压外环采用比例积分(PI)控制,实现直流母线稳压控制。针对功率脉动问题提出外环输出内嵌带阻式准PR控制方法,降低母线电压脉动对内环有功指令电流的影响。实验结果验证了所提方法的有效性。     

新式七电平逆变器及其并网控制分析

提出一种单相七电平逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术,根据伏秒平衡原理,采用T型滤波器,通过逆变器侧电流反馈控制确保并网系统稳定,采用比例谐振(PR)控制减小稳态误差,实现了高功率因数并网,同时引入电网电压的前馈控制消除电网电压扰动对并网电流的影响。仿真结果表明:该逆变器并网系统具有良好的稳态和动态性能。     

基于优化的Fibonacci-MPPT的光伏并网控制方法研究

为了提升最大功率点跟踪法的性能,在通用光伏组件模型上,引入了优化的Fibonacci寻优方法,得到了更加快速、精确和稳定的系统功率输出曲线。在Simulink中建立了光伏并网逆变模型,设计了抑制电网电压扰动的前馈补偿控制和消除并网电流误差的准比例谐振控制,有效地抵消了电网电压谐波的影响,基本消除了并网电流误差,有效地提升了并网电流的品质。     

光伏并网逆变器电流控制技术研究

针对在光伏并网系统中采用单纯PI控制的缺点,提出了增加电网电压前馈控制来改善并网电流波形.分析了引入电网电压前馈控制会减小并网电流与电网电压之间相位差并降低并网电流总谐波畸变系数的原理.仿真和实验结果证实,电网电压前馈补偿可有效改善并网电流波形,同时保证逆变器的并网电流与电网电压同频同相.     

弱电网下电压源型逆变器锁相环的改进

弱电网并网运行时会产生谐波干扰以及电网电压频率波动等问题,导致逆变器输出电流谐波失真。弱电网并网环境对锁相环(Phase Locked Loop, PLL)的性能提出了更高的要求。针对弱电网下并网逆变器的控制要求,在分析并网电压源型逆变器(Voltage Source Converter, VSC)控制模型基础上,提出一种弱电网下PLL的优化方案。该方案采用超前补偿器补偿平均滑动滤波器(Moving Average Filtering, MAF)的相位延迟以提高系统的动态响应;引入前馈频率估计环,提高系统在电网电压频率偏差较大时的锁相精度,仿真验证改进的PLL的有效性。建立并网VSC系统实验平台对文中所述改进方法进行验证。实验结果表明,经PLL改进后的VSC系统在弱电网条件下具有良好的鲁棒性,逆变器入网电能质量得到了保证。     

电网电压畸变下的级联H桥光伏并网逆变器谐波抑制控制策略

三次谐波补偿策略可有效解决单相级联H桥光伏并网逆变器的功率不平衡问题,但在电网电压畸变下易发生并网电流畸变。针对这一问题,提出一种电流谐波抑制环来消除电网电压畸变所带来的影响,并降低电网电流畸变率。分析了电网电压畸变导致电流畸变的机理原因,在此基础上,提出了将并网电流中的谐波成分作为控制对象,实时反馈至系统中,通过闭环控制实现对电流谐波成分的抑制。该电流谐波抑制环不改变原有的控制策略,只是作为额外的补充环节。仿真和实验结果表明,所提控制策略可大幅降低逆变器在电网电压畸变时的电流畸变率,证明了该控制策略的有效性和可行性。     

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。     

单相光伏并网与有源滤波的统一控制

光伏并网系统由于日照强度不定,利用率不高,目前的APF装置主要应用在工业三相大功率系统中,成本高且功能单一。本文提出了一种单相光伏并网与有源滤波器的统一控制策略,在同一装置上实现光伏并网发电的同时,将系统剩余容量进行部分或全部无功和谐波补偿,提高系统利用率。仿真和实验结果验证了本文提出的无功电流和谐波电流的检测方法,以及电流环和电压环控制器的设计方法的正确性和可行性。     

Nonlinear Adaptive Backstepping Controller Design for Three-Phase Grid-Connected Solar Photovoltaic Systems

A cascaded control structure is proposed in this paper for injecting active and reactive power in a three-phase grid-connected solar photovoltaic (PV) system by considering external disturbances. In the proposed cascaded control structure, there are two control loops—the outer loop voltage controller is used to ensure a continuous balance in power flow between the PV arrays and electrical power grid whereas the inner loop current controller controls the output current of the inverter. Moreover, the DC-DC boost converter is controlled to achieve a constant voltage at the input of the inverter. In order to obtain the power balance and extract maximum power, an incremental conductance (IC) based maximum power point tracking (MPPT) method is used in this paper. The current controller is designed using a nonlinear adaptive backstepping technique to regulate the active and reactive components of the grid current. The regulation of these currents towards desired values which in turn control the active and reactive power delivered into the grid. The overall stability analysis of the system is performed based on the formulation of control Lyapunov functions (CLFs). Finally, the performance of the designed controller is tested on three-phase grid-connected PV systems with single as well as multiple PV units under different environmental conditions and compared with an existing sliding mode controller. Simulation results confirm the effectiveness of the proposed adaptive backstepping control scheme and demonstrate the superior performance over the sliding mode controller.     

LCL滤波的三相并网逆变器电流双环控制策略

对于LCL滤波的三相并网型逆变器系统,电网电压畸变会增加网侧电流总谐波。针对该问题,分析了传统逆变侧电流单环控制策略无法有效抑制电网电压畸变对网侧电流的影响。为了增加网侧电流对电网电压畸变的抗扰性,提出了电流双环的控制策略。内环通过PI控制器实现对逆变侧电流的控制,外环通过PI+PR的控制方案完成对网侧电流的控制。通过推导系统的输出导纳的频率响应,分析了在提出方案下,网侧电流能够更有效地抑制网侧电压畸变的影响。仿真以及100kW样机的实验结果验证了该控制策略的有效性。     

负荷虚拟同步机及其低电压故障穿越控制

负荷虚拟同步机(LVSM)是一种电网友好型负荷并网接口,但其本身不具备低电压穿越能力。为此,文中提出一种适应电网对称与不对称故障的LVSM低电压穿越控制方法。首先,提出LVSM的统一拓扑及其基本控制策略。在基本控制策略的基础上增加电网电压正序分量提取、低电压穿越检测、功率指令变更策略、故障期间使能的负序电流抑制、故障期间电流环输入限幅5个环节,实现电网故障短时间内LVSM不脱网、负荷稳定运行,并最大限度地为电网提供无功支撑。由于LVSM在故障期间保持惯性功率控制,故障结束后功率振荡平滑且有惯性,可有效减轻对电网的暂态冲击。硬件在环实验验证了所提低电压穿越控制方法的有效性。     

三电平静止同步补偿器内模控制研究

静止同步补偿器(STATCOM)用于电网动态补偿时,无功电流检测环节及电流控制器的设计对其补偿性能起着决定性的影响。在传统的FBD功率理论的基础上,对传统FBD检测法做出改进,引入电网虚拟磁链模观测器代替原有的锁相环对电网电压进行重构,提高了电网电压存在畸变时无功电流的检测能力,同时采用惯性环节代替了低通滤波器降低了检测系统的时延。在此基础上针对静止同步补偿器存在着非线性和强耦合的特性,提出一种基于内模控制原理和三电平空间矢量算法相结合的电流解耦控制方法,根据内模控制基本原理,设计了静止同步补偿器的双闭环内模控制器。基于Matlab/Simulink仿真平台,对改进型FBD无功电流检测方法和电流环内模解耦控制器进行了系统仿真分析,最后通过实验验证了控制方法的正确性和有效性。     

基于前馈控制的有源电力滤波器研制

提出了一种有源电力滤波器的前馈控制策略。基于开关平均模型设计了前馈控制器和电流控制器,并利用功率模型对电压控制器进行了设计。由于电网电压在系统启动时会产生很大冲击电流,通过引入前馈控制有效地降低了作为扰动的电网电压和直流电压对被控电流的影响,提高了系统的动态性能,同时利用直流电压控制环直接获取电流参考信号对电网电流进行控制,简化了控制算法。所提方法无需检测负载电流和逆变器输出电流,且无需锁相环电路,降低了成本。利用模拟器件实现控制电路并进行了实验研究,实验结果证明了所提方法的可行性。