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。     

电网阻抗比对跟网变换器同步稳定性的影响机理EI北大核心CSCD

随着基于电力电子变换器的电力装备在电力系统中渗透率的不断提高,并网变换器对系统的动态特性和稳定性的影响不断增强。电网阻抗同时影响跟网变换器的电流暂态和锁相环暂态,对跟网变换器的同步暂态响应以及变换器并网系统的同步稳定性有着复杂的影响。文章在考虑锁相环暂态和电流暂态的同时,研究电网阻抗比对跟网变换器同步稳定性的影响机理。首先建立考虑电网电阻和电流暂态的跟网变换器并网系统四阶同步稳定模型,接着提出故障瞬间锁相环频率偏差和电流变化量估计方法,分析电网阻抗比对频率暂态和电流暂态的影响规律。最后,通过Matlab/Simulink仿真,验证理论分析的正确性。     

弱电网下基于电压扰动补偿的并网变换器改进控制方法

在弱电网条件下,并网变换器的控制系统与电网阻抗相互耦合,导致并网系统的稳定性降低,其中并网点电压扰动对锁相环和直流电压环的影响是导致并网变换器稳定性下降的关键因素。变换器阻抗模型是系统稳定性分析的基础,因此,首先在dq坐标系下,建立了包含电流环、锁相环和直流电压环等环节的三相并网变换器小信号阻抗模型。由阻抗模型中各变量的传递关系,能够找出并网点电压对锁相环和直流电压环输出的扰动通道,推导出扰动分量对控制器输出影响的表达式。在此基础上,将锁相环和直流电压环输出扰动补偿项添加到d轴和q轴电流环控制器,进而提出了基于并网电压扰动补偿的控制方法。理论分析结果表明,该方法可以在弱电网条件下有效降低电网阻抗与控制器耦合的影响,提高并网系统的稳定性。实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

电网频率扰动下并网变换器系统暂态稳定性分析

在弱电网条件下,锁相环固有的非线性特性会对电网扰动条件下并网变换器系统的暂态稳定性产生影响.针对并网逆变器系统中电网频率扰动工况,建立了锁相环输出相角的二阶微分方程.基于非线性动力学多尺度法对模型进行了时域解析求解,并量化分析了电网扰动对锁相环输出相角的影响,进一步给出了暂态稳定边界.针对电网频率、电流以及电网阻抗扰动工况,将所建模型的解析解与其数值解、仿真结果进行了对比,并与传统相图分析方法进行了比较,验证了所提出的锁相环暂态解析模型与解析方法的正确性.通过实验进一步验证了暂态稳定边界的有效性.     

锁相环型变换器并网系统暂态主导失稳特征分析

基于锁相控制的并网变换器由于系统由控制主导、强非线性、强耦合的特性，在大扰动后，系统失稳特征难以辨识。为此，该文对电磁时间尺度下锁相环型并网变换器单机无穷大系统暂态主导失稳变量及特征进行研究。首先，根据所建模型，基于各状态变量等效时间常数的值以确定主导失稳状态变量为锁相环相角θ_pll；并将所建模型与同步机五阶模型比较，机理化地揭示并网变换器快慢时间尺度分离的暂态特性；然后，针对并网变换器在故障过程中存在多摆失稳的现象进行机理性解释，得到该现象由端电压控制环路引入的负阻尼所引起，其与同步机多机系统多摆失稳存在明显的差异。最后，通过Matlab/Simulink仿真软件验证所提理论分析的正确性。     

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。     

基于电路等效的并网逆变器失稳分析与稳定控制

以并网逆变器为功率接口的新能源发电系统在弱电网条件下易发生振荡失稳问题。该文将并网逆变器的控制回路可视化为电路元件组成的虚拟阻抗,基于该电路模型分析了弱电网条件下电流内环与锁相环交互作用导致并网逆变器振荡失稳的机理,在此基础上,提出了基于有源阻尼的稳定控制设计方法,并对不同有源阻尼控制的电路特性以及稳定性提升能力进行了对比分析。研究结果表明,针对锁相环引入负电阻造成的振荡失稳问题,阻抗-高通滤波器型有源阻尼控制策略具有更优的稳定性提升能力。最后通过PSCAD/EMTDC仿真和远宽StarSim控制器硬件在环实验对比了不同有源阻尼控制策略的振荡抑制效果,并验证了阻抗-高通滤波器型有源阻尼控制的动态性能。结果表明,所设计的稳定控制能够在200 ms内有效抑制系统振荡,并且可实现在短路比为1的极弱电网条件下稳定运行。     

弱电网下并网逆变器的阻抗相角动态控制方法

由于大功率分布式发电装置散落分布,电网表现出弱电网特性,电网阻抗会影响并网逆变器的稳定性,使并网电流发生谐波振荡,甚至系统失稳。首先建立了LCL型单相并网逆变器的输出阻抗数学模型,通过阻抗分析方法研究了弱电网工作条件下并网逆变器的稳定性;然后基于系统相角裕度动态补偿控制思路,提出了一种并网逆变器的阻抗相角补偿控制策略,给出该阻抗相角动态控制策略的具体实现方法与参数设计过程,并定量分析了锁相环、数字控制延迟与阻抗相角补偿控制对逆变器输出阻抗数学模型的影响,以及阻抗相角补偿控制策略对逆变器并网电流基频相位的影响;最后结合脉冲响应法在线测量电网阻抗,设计阻抗相角动态控制方案,通过实验对该方案的有效性进行验证。     

含锁相环的两级三相式光伏并网系统稳定性分析及控制

为了分析并改善光伏并网系统稳定性问题,本文建立了包括锁相环(PLL)在内的两级三相式光伏并网系统小信号模型,利用特征值法分析了电网强度、最大功率追踪(MPPT)控制参数、锁相环控制参数对系统稳定性的影响。分析可知弱电网下主导振荡模态与锁相环控制参数直接相关。基于锁相环和电流内环控制的相互作用,提出一种附加控制方法,将锁相环的输出频率变量通过控制系数附加作用于电流内环控制。利用特征值法和时域仿真证明该方法可解决弱电网情况下由于锁相环控制参数设置不当带来的系统稳定性问题,并找出了控制系数在不同锁相环参数设置下的可行域。     

PLL-GFC型MMC-HVDC暂态同步稳定性研究

PLL-GFC（基于锁相环的构网型换流器）具备频率与电压调节能力，然而目前对其接入高压交流电网后的暂态同步稳定性缺乏深入了解。为此，对PLL-GFC型MMC-HVDC（模块化多电平换流器型高压直流输电）暂态同步稳定机理展开研究。首先，介绍PLL-GFC型MMC-HVDC控制策略并分析其功率响应特性。然后，建立MMC-HVDC并网系统暂态同步稳定模型，采用相图曲线方法分析电网故障后换流器失稳机理以及电网电流动态变化对其暂态同步稳定性的影响。研究发现稳定平衡点的存在是换流器并网系统故障后暂态稳定的关键因素，由此提出通过动态调节有功电流指令值来提升暂态同步稳定性的增强措施。最后，通过PSCAD/EMTDC搭建电磁暂态仿真模型，验证了失稳机理分析的正确性与增强措施的有效性。     

弱电网下双馈发电机输入导纳建模及稳定性分析

弱电网条件下双馈风电机组控制系统与电网的交互影响目前得到了广泛的关注,传统的双馈电机变流器控制系统设计中并没有考虑电网阻抗的影响,因此该文采用阻抗分析方法分析了双馈风电变流器控制系统特性对双馈发电机并网稳定性的影响。首次在同步旋转坐标系下建立了考虑锁相环影响的双馈发电机输入导纳模型,建模过程中同时考虑了双馈发电机的电磁暂态特性和转子电流环控制器的影响。在此基础上,详细分析了锁相环和电流环控制器参数变化对双馈发电机输入导纳矩阵的影响。在所建模型的基础上对弱电网连接情况下的双馈发电机稳定性进行分析,利用广义奈圭斯特稳定判据分析电流环以及锁相环PI参数对于系统稳定性的影响,仿真结果验证了所建立模型和理论分析的正确性。     

基于阻抗分析的LCL型并网逆变器多谐振控制

弱电网条件下,由于电网阻抗与逆变器阻抗失配,并网电流容易发生谐波振荡,破坏了系统的稳定性.基于阻抗分析法,建立了考虑锁相环(PLL)和控制延时的单相LCL并网逆变器的小信号模型,通过阻抗稳定判据分析了弱电网在常规控制策略下的失稳机理,提出了一种基于多谐振控制器的电压前馈控制来独立控制公共耦合点(PCC)电压基频分量和谐波分量,增强系统稳定性的同时显著提升并网电能质量.该方法从阻抗角度分析PLL及电压前馈对逆变系统稳定性的影响,为抑制低频次谐波设计了多谐振控制器,并基于阻抗稳定准则详细推导实现方法和参数设计过程,最后仿真结果验证了所提控制方法的有效性和可行性.     

弱电网下含负序控制的双馈风机阻抗建模及关键致稳因素评估

弱电网不对称故障期间，双馈风机与电网之间存在正、负序耦合通路，交互作用复杂，系统失稳风险加剧。为了研究不对称弱电网下双馈风机的失稳机理，推导了正、负序谐波电压注入下各物理量的表达式，建立了含负序控制的双馈风机序阻抗模型。根据序阻抗模型，探讨了控制环节对双馈风机整体阻抗的影响。进一步地，基于广义Nyquist判据，详细研究了控制器带宽、电网强度及故障深度等关键致稳因素对双馈风机系统稳定性的作用规律。研究结果表明，所建立的序阻抗模型能够有效分析弱电网不对称故障期间双馈风机系统的稳定性；弱电网不对称故障下，降低电流环、锁相环等控制器带宽可有效降低双馈风机失稳振荡风险。最后，通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。所得结论为不对称故障下双馈风机的控制设计提供了理论支撑。     

三相并网变流器弱电网下频率耦合抑制 控制方法

该文针对弱电网情况下三相并网变流器的频率耦合现象的产生机理和抑制方法开展了研究。首先在静止坐标系下针对三相并网变流器进行复矢量形式的导纳建模,模型中考虑了控制器中电流环、锁相环和直流电压环的影响。然后在模型基础上重点研究了锁相环和直流电压环对频率耦合特性的影响,基于系统的等效传递函数框图,分析了在弱电网条件下频率耦合分量对系统稳定性的影响。为了抑制频率耦合特性,针对系统中由于锁相环影响q轴电压和直流电压环影响d轴电流引起的dq轴不对称的问题,提出了补偿锁相环和电压环不对称影响的频率耦合抑制控制方法,理论分析表明该改进控制方法可以有效抑制频率耦合现象,提高系统稳定性。最终通过实验验证了所提频率耦合抑制方法的有效性。     

弱连接VSC的锁相环同步暂态稳定综述

聚焦于单个弱连接电压源变流器(WG-VSC)系统在对称故障等大扰动下的锁相环同步暂态稳定性问题,梳理总结了其研究现状,包括暂态失稳现象、稳定机理、量化分析方法、稳定性提升控制措施等。实际运行控制中,从参数空间的角度分析以VSC注入有功/无功电流为参数空间的暂态稳定域更为直观,因此定义该暂态稳定域为电流可行域,并综述了相关研究工作。最后从多WG-VSC并联系统、不对称故障下、电压源虚拟同步型或构网控制下、不同锁相环的影响分析等方面展望了锁相环同步暂态稳定性问题的发展与应用前景。     

适用于弱电网的三相并网逆变器锁相环设计

弱电网环境下,锁相环会对并网逆变器的稳定性造成威胁,建立考虑锁相环影响的逆变器输出阻抗模型和传统同步参考坐标锁相环的传递函数,基于阻抗分析法分析采用传统锁相环时逆变器的稳定性。随后,研究了一种基于降阶广义积分和二阶广义积分的复合广义积分锁相环,并给出参数设计方法。采用谐波线性化的方法获取复合广义积分锁相环的传递函数,分析弱电网环境下采用新型锁相环时逆变器的稳定性。考虑到系统频率偏移对锁相精度的影响,设计频率自适应结构。理论分析和仿真结果表明,采用复合广义积分锁相环,并网逆变器在高电网阻抗下也能稳定运行,且并网电流质量高。     

弱连接条件下锁相环动态主导的并网直驱风电场小干扰稳定性研究

该文对弱连接条件下锁相环动态主导的并网直驱风电场小干扰稳定性展开研究。为此,首先建立了由N台直驱风机所构成并网风电场的全阶线性化状态空间模型。为分析交流电网强度对风电场小干扰稳定性的影响,不考虑直驱风机动态特性的差异,基于对风电场状态空间矩阵的相似变换,将风电场全阶模型等效为N个由一台直驱风机并网构成、且相互独立的子系统。然后,仅保留锁相环和线路电流动态,建立等效子系统二阶特征方程,得到系统小干扰稳定的条件。基于此稳定条件,分析了弱连接条件下,锁相环动态主导的并网直驱风电场小干扰临界稳定条件以及失稳的成因与机理。结果表明,交流电网强度减弱、风电场网络结构改变以及锁相环积分控制系数K_i增大,均可导致锁相环动态主导的并网直驱风电场小干扰稳定性降低。最后,通过仿真算例,验证了所提方法的有效性和所得结论的正确性。     

弱电网下直驱风机网侧换流器建模及稳定运行控制策略分析

直驱风机网侧换流器可能因与弱电网动态交互引发系统失稳问题。为探究系统的交互机理,保证系统的稳定运行,首先对直驱风机并网模型进行了合理简化,建立了弱电网下直驱风机网侧换流器与电网交互的单输入单输出传递函数模型,并应用经典频域判据进行稳定性分析,探究电气与控制环节对于系统稳定性的影响。其次在分析锁相环导致系统失稳的原因基础上,提出了一种新型3阶锁相环控制结构设计方案,并对锁相环参数进行了多目标优化设计。结果表明,3阶锁相环具有更好的谐波衰减效果,在短路比为2的极弱电网下仍可以保持稳定运行。最后基于MATLAB/Simulink仿真平台验证了所提设计方案的有效性。     

弱电网下电压源型变换器静态稳定性分析

电压源型变换器(Voltage Source Converter, VSC)作为新能源发电的并网接口广泛地应用于电力系统。以单台VSC经线路阻抗并入无穷大电网为例,推导弱电网下VSC功率输出特性。基于VSC系统阻尼转矩模型得出阻尼系数直接决定系统静态稳定,同步系数通过影响阻尼功率相位间接影响系统稳定。根据阻尼功率与同步功率之间的相位关系解释了VSC系统静态失稳机理,并且利用Bode图研究了系统参数与运行工况对系统稳定性影响。结果表明,电流环比例增益越低、锁相环带宽越窄或无功功率运行不合理,VSC系统将面临静态失稳风险。同时在Matlab/Simulink中搭建VSC并入弱电网模型,验证了理论分析的正确性。     

虚拟同步机并联电流控制型变换器系统暂态同步稳定性分析

并网并联供电系统中,电流控制型变换器注入电流对虚拟同步机暂态同步稳定性有不可忽视的影响,甚至可能导致系统出现不可逆失稳问题.研究并联供电系统中变换器间的交互机理是保证系统在暂态过程中安全稳定运行的重要前提.文中建立了电流控制型变换器与虚拟同步机暂态交互模型,发现注入电流对虚拟同步机暂态稳定性的影响主要由功率耦合项决定.在此基础上,利用等面积准则分别分析了在纯感性和阻感性网络条件下不同注入电流相角对虚拟同步机暂态稳定性的影响.研究结果表明,当注入电流相角与并联线路导纳角相加接近-90°时,系统的稳定性将得到增强.基于PSCAD/EMTDC软件的仿真结果和基于RT-LAB的实验结果验证了理论分析的正确性.