功率前馈的T型三相三电平光伏并网逆变器快速有限集模型预测控制

为加快T型三电平光伏并网系统的动态响应速度,同时避免传统有限集模型预测控制中预测模型和代价函数在线计算量大的不足,在αβ静止坐标系下提出一种功率前馈的快速矢量选择有限集模型预测并网控制方法。该方法在传统电压外环中引入光伏阵列输出功率前馈作为电流内环的参考值;并结合空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)思想,只允许接近逆变器输出参考电压矢量的开关状态参与在线计算与评估。通过Matlab搭建系统仿真模型,与未采用功率前馈及传统有限集模型预测进行对比分析。仿真结果表明:采用功率前馈的快速有限集模型预测控制策略在跟踪参考电流、平衡中点电位方面具有良好的静、动态性能。     

基于有限控制集模型预测的逆变器控制算法

有限控制集模型预测控制是一种变流器优化控制算法,具有动态响应快、无须解耦运算和安装PWM调制器等优点,被广泛应用于光伏并网逆变器。该算法在一个控制周期内须对逆变器多个开关状态的电流、电压预测值和优化目标函数进行计算,导致处理时间较长。文章提出一种简化的基于有限控制集模型预测的光伏逆变器控制算法,将优化目标函数的电流矢量等效替换为电压矢量。由于目标函数电压矢量的测量和计算比电流矢量更方便,该简化的控制算法可有效提高系统的响应速度。仿真及实验结果表明,该简化的控制算法能有效改善光伏逆变器的动态性能。     

损耗均衡分布的低耗逆变器模型预测控制研究

针对传统的模型预测控制所存在的开关频率较高、逆变器损耗较大,而使开关器件的结温升高,系统故障率增加的问题,文章提出了一种低损耗且损耗分布均衡的并网逆变器模型预测控制方法。该方法在每个采样周期内的预选矢量集包含4个电压矢量,其中2个零矢量和2个相邻的非零矢量,降低了开关频率,减小了逆变器损耗,且不影响电流控制。文章还通过仿真建立了逆变器损耗模型,验证了所提方法的有效性。     

一种基于模型预测控制的T型三电平逆变器中点电位平衡控制方法

中点电位的平衡控制是T型三电平光伏并网逆变器系统首要解决的问题。本文建立了T型三电平逆变器的主电路数学模型及负载模型,并分析了中点电位不平衡的主要原因,在传统预测电流控制方法的基础上,研究了一种基于模型预测控制的中点电位平衡控制方法:首先对负载电流进行采样,用采样值计算出预测值,同时检测直流母线中点电流,得到中点电位的偏差值;然后优化由预测电流与参考电流之间的平方误差及中点电位的偏差值构成的性能指标函数,选择使性能指标函数最小的开关状态,在下一个采样周期作用于逆变器,从而实现中点电位的平衡控制。最后采用Matlab/Simulink进行仿真验证,仿真结果表明,该方法具有快速的动态响应,实现了中点电位的平衡控制,且输出了高质量的电压波形。     

T型三电平逆变器模型预测多目标优化控制方法

该文建立T型三电平逆变器的主电路数学模型,研究一种T型三电平逆变器模型预测多目标优化控制方法,主要包含输出电压控制和中点电位平衡的控制:首先对负载电压电流进行采样,用采样值计算出输出电压预测值,得到使预测电压与参考电压之间的误差最小的开关状态,同时测量直流母线中点电流,得到中点电位的偏差值,根据此开关状态下对应的直流侧电容充放电情况,优化选择使中点电位偏差值减小的开关状态,在下一个采样周期作用于逆变器,从而实现输出电压控制和中点电位平衡控制。最后通过Matlab/Simulink仿真和实验进行验证,仿真和实验结果表明,该方法可很好地实现输出电压控制和中点电位平衡控制,且具有原理简单、易于数字化实现的特点。     

孤立电网条件下电压源逆变器并网稳定性研究

重点研究了利用下垂控制策略的电压源型逆变器与孤立电网并联运行时,由功率不平衡引起的系统频率波动对逆变器并网稳定性造成的影响。首先建立了基于电压电流双环控制的逆变器状态空间模型,利用参数敏感度分析方法,证明了电压源逆变器在旋转坐标系下采用比例积分控制器时,其并网电流稳定性几乎不受系统频率波动的影响。在此基础上,采用了一种改进的下垂功率控制器,改善了逆变器与孤立电网并联运行时,其功率调节的动态特性;最后通过仿真验证了所提理论及算法的有效性。     

分布式屋顶光伏接入下并网功率平衡控制方法

由于逆变器间电流的有效值相差较大,传统的分布式屋顶光伏接入下并网容易出现失衡问题。提出一种分布式屋顶光伏接入下并网功率平衡控制方法。根据分布式屋顶光伏接入并网原理,建立分布式屋顶光伏接入并网结构模型,确定光伏阵列和逆变器的数学模型;采用矢量图表达分布式屋顶光伏接入并网功率平衡变化,确定并网零序电压与逆变器三相输出电压之间的矢量关系;计算逆变器三相额定功率、三相功率误差及零序分量的幅值和相位,设计零序分量叠加的逆变器相间功率控制框图,使逆变器相间功率平衡。确定仿真参数,设置实验工况条件,仿真控制结果：在并网功率失衡不严重的工况1条件下,该文研究方法的电流有效值相差±0.01 A,小于其他2种对比方法;在并网功率失衡严重的工况2条件下,该文研究方法的电流有效值相差±0.02 A,远小于其他2种对比方法。说明该文方法的控制性能优于其他2种对比方法,具有较大的应用价值。     

基于简化FCS-MPC的风电并网逆变器研究

摘要： 三相风力发电并网逆变器的模型预测控制存在大量计算问题,导致控制指令的时间延迟,影响控制系统性能,严重阻碍系统应用。为克服上述难点,提出了一种在线简化有限控制集模型预测电流控制算法。该方法通过坐标变换构建α β坐标下逆变器输出电流的预测模型,利用目标函数对逆变器输出的不同电压矢量进行评估,而无需使用脉宽调制模块。同时,结合电压空间矢量等效变换的原理,引入矢量扇区判断法,进而实现了预测控制过程的在线简化。最后,以带阻感负载三相并网逆变器为控制对象,建立了有限控制集模型预测控制仿真模型,分析了输出电流的稳态与动态性能。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于虚拟三相算法的微网三相逆变器控制

针对微电网中非隔离型三电平三相三桥臂逆变器采用传统矢量控制时并网电流总谐波畸变（total harmonic distortion, THD）和离网时输出电压THD较高、微网缺相故障时无法运行的问题,提出了基于虚拟三相算法的微电网三相逆变器控制。该控制采用基于一阶惯性环节的虚拟三相算法,对逆变器控制所需的电压、电流每一相采样值构造成虚拟的三相对称矢量,并使用所得的虚拟三相矢量进行矢量控制。该控制将逆变器的三相控制分解成为独立的三个单相控制,可在微网缺相时正常运行,基于虚拟三相矢量每个单相控制可实现矢量控制并获得矢量控制带来的高控制精度和快速响应速度,从而减小逆变器并网/离网运行模式时输出电流/电压的THD。采用MATLAB/ Simulink数字仿真软件进行了该控制方法实际效果的仿真试验,结果验证了该控制方法的有效性。     

光伏离网型SL-qZSI多目标优化排序模型预测控制

开关电感型准Z源逆变器能提高光伏发电系统的可靠性和能量转换效率,其有限集模型预测控制（FCS-MPC）存在多个控制变量,权重系数调整困难,提出一种基于多目标优化排序的光伏离网型开关电感型准Z源逆变器模型预测控制策略。首先根据电感电流的预测值来判断下一个控制周期的状态,若为非直通状态时,分别计算负载电流和电容电压的代价函数,并将其按照从小到大的顺序进行排序,再将这两个排序值进行相加得到排序和,最小的排序和所对应的开关状态将被应用到逆变器的下一周期的开关状态,有效消除了传统FCS-MPC策略的权重系数。仿真分析和实验结果表明,所提控制策略具有良好的稳态特性和动态特性。     

三电平光伏并网逆变器低电压穿越的控制策略

为满足光伏逆变器并网要求,针对电网电压在对称跌落和不对称跌落情况,分别采用不同的低电压穿越控制策略。当发生对称跌落时,封锁电压外环,电流内环给定指定值;当发生不对称跌落时,采用电压前馈算法有效抑制跌落瞬间的电流冲击;快速的正负序分量提取和精确的电网电压同步信号,保证控制信号提取的实时性;抑制负序电流分量,保持三相电流平衡并动态调节无功电流输出,满足无功支撑要求;有源阻尼控制将保证系统的稳定运行。基于10 k W三电平光伏并网逆变器,进行Matlab/Simulink仿真和现场实验。结果表明,控制策略能有效抑制并网电流的瞬间冲击并具有较高的正弦度,从而保证在电网发生跌落期间的安全穿越。     

风电系统改进T型逆变器并网优化模型预测控制

将采用一种新型变换器结构用于直驱风力发电系统中,即Boost三电平变换器(简称Boost-TL变换器)和改进T型三电平逆变器级联的并网拓扑结构。改进T型三电平拓扑比传统T型三电平结构能明显减小零状态下的传导损耗。提出一种简单易行的基于空间电压矢量的开关状态预测控制优化方法,该方法加入延时补偿并且精减模型预测控制的冗长计算量。仿真和实验结果表明,在所提出的拓扑结构基础上,采用该优化算法能使系统鲁棒性增强、动态响应快、运行范围宽、稳定性提高。     

非对称故障下基于模型预测调制函数的光伏逆变器零电压穿越控制方法

针对电网非对称故障下光伏电站在零电压穿越(ZVRT)期间的无功电流响应速度和并网电流谐波含量问题,提出一种基于模型预测调制函数的零电压穿越控制方法。该方法根据电压跌落深度给定正负序旋转坐标系下的指令电流,通过建立αβ坐标下的电流预测模型,对方差评价函数求导算出最小电流误差调制函数,并基于固定开关频率的正弦脉宽调制(SPWM)获取逆变器的驱动信号,从而实现ZVRT。仿真结果表明:与传统的PI控制和有限控制集模型预测控制ZVRT方法相比,该文方法不但可提高系统的动态响应、降低总谐波失真,而且具有运算量小、易于实现的优点。     

参数不确定并网逆变器的H_∞控制算法

针对并网逆变器中的电容和电感元件存在参数不确定性及直流输入电压变化且有噪声干扰的问题,研究了提高逆变器并网电流质量的H_∞控制算法。首先通过一阶泰勒近似的方法建立LCL型并网逆变器的参数不确定模型;其次选取低通滤波器作为性能加权函数以减小输出误差,构建包含并网逆变器参数不确定模型和性能加权函数的增广控制系统;最后求解出最优H_∞控制器。仿真试验表明,该控制输出的并网电流在扰动条件下仍能够稳定,且响应速度快、谐波少,与电网电压同频同相,符合并网的要求。     

基于LC滤波的光伏逆变器电感电流反馈控制策略研究

针对光伏并网逆变器的特点,基于电感电流反馈控制的光伏并网逆变器,提出了参考电流相位超前的电流内环控制策略。通过分析单相并网逆变器结构,推导了LC滤波器上电压电流矢量关系。加入电网电压瞬时值前馈解耦控制,研究了比例调节和准比例谐振调节两种策略下参考电流与输出电流的关联。基于一台3 kW逆变器为实验平台的理论分析和实验结果表明,采用该策略的逆变器并网电流时刻跟踪电网电压频率和相位,功率因数为1,并网电流谐波失真度低于3%。     

基于双二阶广义积分锁频环的光伏并网发电系统仿真研究

电网不对称故障时,光伏发电系统中的负序分量和谐波分量会影响并网逆变器中的锁相环及控制算法。文章提出一种具有自适应滤波的双二阶广义积分锁频环技术,用于电网电压和并网电流正负序分量的提取以及电网电压同步信号的检测,并将该技术引入到正负序双电流环控制策略,通过优化不平衡控制策略中锁相环的方法,提升光伏并网逆变器整个控制系统应对电网不对称故障的能力。通过Matlab/Simulink软件平台搭建基于DSOGI-FLL锁频环的光伏并网发电系统模型并进行了仿真研究,结果表明,文章控制策略在电网不对称故障时有助于消除有功功率的2倍频波动以及抑制并网电流中的谐波分量。     

采用空间矢量调制方法的光伏并网系统滞环电流控制

文章研究了基于空间矢量调制概念的光伏并网系统滞环电流控制技术。该技术使用双滞环控制器获取电流误差信息,内滞环使输出电流在限定范围内,外滞环确定输出指令电压信号的空间位置。根据电流误差信号优化并网逆变器输出电压矢量,使误差电流信号变化速度降低,从而使逆变器的开关频率降低。该技术结合了空间矢量控制及滞环电流控制方法的优点,提高了逆变装置直流端的电压利用率,系统响应速度快,并且减少装置的散热及能量损失,使系统高效运行     

不平衡电网电压下光伏逆变器控制方法的改进研究

针对电网电压不平衡条件下光伏并网逆变器的控制性能变差的问题,在基于传统双d-q同步旋转坐标系的PI调节器基础上引入具有动态跟踪频率变动的降阶谐振环节,形成新型比例积分一阶谐振(proportionalintegrator and reduced order resonance,PIROR)电流控制器。该控制器不需对不平衡下的正负序电流进行分解,对输出电流可无差控制。加入具有跟踪频率变动的一阶谐振环节可保证同步控制负序电流的精确度,同时谐振系统结构相对简单,易于工程实现。仿真结果表明,在电网不平衡扰动下,该控制方案可提高光伏逆变器在不平衡电网电压下运行的动态性能和运行的可靠性。     

三相八开关的两级式T型光伏并网逆变器研究

介绍一种新型的非隔离两级式光伏并网系统,该系统由三电平升压型电路和三相八开关T型逆变拓扑构成。前级升压电路通过采用开关管移相180°的交错控制和调整开关管导通时间的策略,减小电感电流纹波,实现直流母线电容电压的平衡;后级逆变电路采用基于最优五段式的九矢量空间矢量脉宽调制算法,简化运算,减小开关损耗,提高直流母线电压利用率。最后,通过搭建12 kW的实验平台,验证所提控制方法的正确性和有效性。     

不平衡电网电压下T型三电平光伏并网逆变器的有限集模型预测控制

为实现电网电压不平衡时对T型三电平光伏并网系统输出功率和电流质量的控制,以达到入网功率平稳或电流正弦为控制目标,结合光伏阵列输出功率前馈,在两相静止坐标系下提出一种直流母线电压外环PI控制、并网电流内环有限集模型预测控制的控制策略,并在电压外环中引入2倍频陷波器以获得平滑的入网功率参考值。仿真结果表明:当电网电压不对称时,采用所提控制策略能够实现对入网有功、无功功率2倍频脉动及负序电流的分别抑制或协调控制,且并网电流谐波畸变小、入网电能质量高,同时实现T型三电平逆变器的中点电位平衡。