基于频率恢复控制的逆变器主动同步策略研究

随着微电网的提出,运行于独立和并网双模式的并网逆变器受到越来越多的关注。逆变器并网过程中与大电网的同步问题是实现逆变器平滑并网的关键,如何保证并网过程中频率和相角的精确快速控制是主动同步控制的难点。本文提出了一种适用于下垂控制的主动同步控制策略,该策略采用频率恢复控制方法使得并网逆变器工作频率固定为额定值,主动同步过程只需考虑幅值和相角同步,简化了控制策略,解决了采用传统下垂控制时频率和相角难以实现同时同步的问题。仿真和实验验证了该方法的有效性。     

下垂控制微电网的频率调节特性的研究

指出微电网采用下垂控制可以减小对通信系统的依赖,提高微电网的可靠性,易于实现分布式电源和负荷的即插即用。基于逆变器采用下垂控制方式的基本原理,讨论了逆变器的端电压、相角与其输出的有功功率、无功功率的相关性;理论研究了逆变器采用下垂控制的频率调节作用和下垂控制微电网的频率调节特性;最后在Matlab/Simulink仿真平台搭建一微电网的仿真模型,分析了负荷并网和分布式电源并网时微电网的动态特性,以及下垂控制逆变器的频率调节作用。研究表明,下垂控制的微电网能够自动调节系统的电压和频率,动态调节逆变器的空载运行参数可以实现微电网频率的无差调节。     

基于有功-相角下垂控制的分布式电源逆变器并网控制方法

有功-频率下垂控制是微电网离网运行时的常用控制方法,然而存在频率偏差等问题。基于同步定频的有功-相角下垂控制具有众多优势,但尚未研究有功-相角下垂控制如何在并网工况下使用的问题。针对微电网场景,提出了基于有功-相角下垂控制的分布式电源逆变器并网控制方法,设计了比例控制和比例积分控制2种控制器,用以补偿同步相位。此外,还提出了有功-相角下垂控制下微电网并网转离网的切换控制方法。再者,建立了所提并网控制方法下微电网的小信号动态模型,通过粒子群算法优化了并网控制参数。最后,通过基于Simulink平台的时域仿真和RT-Lab半实物平台的硬件在环实验验证了所提方法的有效性。     

使用电压-相角下垂控制的微电网控制策略设计

根据微电网的特点,对微电网2种运行模式采取的不同控制策略进行设计。微电网孤岛运行时,分布式发电单元采用电压源逆变器控制,使用电压—相角下垂控制实现按预定比例分配负荷功率,该下垂控制较电压—频率下垂控制可以提供更好的频率支撑。微电网并网运行时,分布式发电单元采用PQ控制,按照功率设定值输出功率。通过设计对应电压—相角下垂控制的同步控制器实现了微电网运行模式的无缝转换。利用MATLAB/Simulink对微电网运行模式转换和微电网孤岛运行时使用的2种下垂控制进行对比仿真分析,验证了电压—相角下垂控制策略的可行性和有效性。     

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...     

弱电网下提高并网逆变器稳定性的相角方法

电网阻抗不断增加,其与并网逆变器阻抗频率交截处相角会越来越低,基于电容电流反馈有源阻尼法抑制谐振尖峰可能失效,容易发生低次谐波振荡,并网逆变器趋于不稳定。从阻抗法的角度,建立LCL型单相并网逆变器系统阻抗模型,提出电网电压前馈相角提升方法,提高电网阻抗与逆变器输出阻抗频率交截处的相角达到稳定裕度的要求,采用该方法能有效提高并网逆变器系统在阻抗变化下的稳定性。     

一种改进型的虚拟同步发电机控制策略

构建基于虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)的微网并网逆变器,使逆变器具有同步发电机惯量大、输出阻抗大的特点。在传统下垂控制的基础上,提出自适应调节控制以及恒压恒频控制方法,保证单机带载的可靠运行。提出基于虚拟冲击电流的预同步单元,可以在并网前完成对电网相位的有效追踪,大大降低并网瞬间的电流冲击。采用小扰动法对并网后简单系统静态稳定性进行分析,进而选取合适的惯量、阻尼、调差参数,保证VSG按指令发送有功无功功率。     

有功调频-无功调压的间接电流型并网逆变器控制方案

分析了并网逆变器的数学模型,得出逆变器输出电压的频率和幅值与电网吸收的有功和无功的关系,并基于此关系,提出了一种间接电流控制型并网逆变器控制方案,即在锁相环完成锁相的基础上,通过有功功率闭环调节逆变器输出电压的频率,通过无功功率闭环调节逆变器输出电压的幅值.为保证逆变器相位调节的精度,提出了一种逆变器频率调节算法.仿真...     

弱电网下计及锁相环影响的并网逆变器稳定性提升方法

并网逆变器通常使用锁相环获取电网电压同步信息。在弱电网中,电网阻抗不可忽略,公共耦合点处的电压扰动使得锁相环输出相角存在偏差,从而影响对并网电流的控制,不利于并网逆变器的稳定运行。为抑制锁相环引入的扰动、增强并网系统的稳定性,提出一种基于非理想广义积分器的改进小信号补偿控制方法。首先,在dq坐标系下建立考虑锁相环影响的LCL型三相并网逆变器小信号模型。然后,分析加入小信号补偿前后并网逆变器等效输出阻抗的变化特征,针对小信号补偿方法对稳定裕度的提升效果随频率升高减弱这一问题,在小信号补偿的基础上加入微分补偿通路,微分项由非理想广义积分器等效替代。在电网阻抗宽范围变化时,采用所提方法可以确保并网逆变器始终保持良好的稳定裕度,增强了并网逆变器的稳定性和动态性能。最后,通过实验验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

高压微网运行模式切换控制策略

以未来可再生电能传输和管理(FREEDM)网络为研究对象,提出一种新型电压模式控制策略,用于实现FREEDM网络联网与孤岛模式间的切换。由于始终将并网逆变器控制为电压源,因此避免了运行模式变化时控制策略的切换,并采用改进的相角下垂控制取代传统频率下垂控制,使微网频率与输出功率分离,降低切换难度。联网运行时,将功率偏差作为反馈量加入到下垂控制环节,实现逆变器的恒功率输出。重新设计同步调节器,使微网进入联网模式时准同期并网,进入孤岛模式时降低脱网过程对微网的冲击,实现平滑过渡。仿真分析表明,本文所提出的控制策略可实现快速同步调节,切换过程公共连接点处(PCC)冲击电流较小,可以很好地稳定微网电压和频率,并有效抑制微网电源间环流。     

基于光伏并网同步逆变器的控制策略研究

分布式能源发展快速,但相应的输送、保护、运行控制等配套技术相对落后。通过将分布式能源与储能相结合,模拟出同步发电机在传统大电网中的调控特性,以此改变并网逆变器的输出来满足并网需要。对微电网的并离网控制策略进行改进,在并网通过反馈计算调整逆变器输出端的电压特性(幅值、频率和相角),利用虚拟同步发电机技术调整逆变器输出,使并网合闸的冲击电流降低到一定范围内符合并网条件,实现分布式能源并网的平滑变化,以减小对主动配电网的冲击。通过MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,验证了控制方法是否能满足并网需要。     

一种改进型虚拟同步发电机控制方法研究

新能源发电系统中,目前的传统并网控制方式很难满足电网要求,基于虚拟同步发电机(VSG)的并网方式成为研究热点。此处提出一种改进型VSG控制方法,具有传统同步发电机组惯性、调频调压等功能,无需锁相环检测电网频率来实现有功功率-频率下垂控制。首先介绍该控制方法的基本原理:然后给出控制参数的设计方法;最后采用仿真及实验对所提的控制方法进行验证,仿真及实验结果表明该方法能有效调节逆变器的输出功率并且与电网保持同步,在不检测电网频率时也能自动跟随电网频率调整有功输出。     

三相四桥臂虚拟同步发电机预同步、多环路控制及负载不平衡控制方法

设计了一种三相四桥臂虚拟同步发电机多环路控制策略,通过有功和无功的解耦控制使逆变器模拟同步发电机的一次调频、一次调压、惯性和励磁特性,并改进了控制方法,在功率环之后级联电压电流双环,改善微电网动态调节性能。针对平滑并网,利用一种预同步控制策略,使逆变器的频率相位和幅值追踪电网电压。同时,针对带不平衡负载时的电压不平衡、频率波动问题,提出了一种变频率自适应谐振控制方法。仿真与实验验证了所提控制方法的可行性。     

基于改进虚拟同步发电机算法的微网逆变器二次调频方案

传统的虚拟同步发电机控制方案可帮助微网逆变器实现一次调频功能,为微网提供频率支撑,然而一次调频属于有差调节。通过改进虚拟同步发电机的控制结构,可使逆变器根据工作模式在一次调频和二次调频之间切换。二次调频适用于孤岛模式的微电网,可实现微网频率的无差控制,同时利用小信号等效以及根轨迹分析方法对二次调频控制策略进行了稳定性分析,并给出了相关参数的选取范围。该方案可使多台逆变器参与调频并按容量均分缺额功率,有利于总调频容量以及微电网容量的扩展。此外,二次调频对频率额定值的追踪功能还可辅助完成微网孤岛模式到并网模式的预同步环节,保证了预同步过程的顺利实行。最后,通过微网仿真平台验证了所提控制方案的有效性。     

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。     

入网电压控制型逆变器同步速率研究

微电网系统中,电压控制型逆变器由于能提供电压支撑,便于实现运行模式切换而得到广泛应用。而当逆变器输出电压与电网电压之间相角差值较大时,传统的同步控制由于无法控制同步速率,易出现并网冲击过大、电能质量下降等问题。这里在入网电压控制型逆变器的基础上,提出一种速率可控的同步控制策略,通过控制逆变器输出频率,降低逆变器并网造成的冲击。分析了同步速率与暂态冲击电流、谐波含量间的关系,进而对速率选择进行讨论,在保证电能质量的同时兼顾时效性。最后,仿真与实验验证了所提控制策略。     

基于阶梯波与瞬时值反馈混合控制的光伏并网级联逆变器

针对传统光伏并网系统结构存在的问题,提出了一种新的阶梯波与电流瞬时值反馈混合控制的光伏并网级联逆变器方案。该方案一部分级联单元采取梯形波控制,一部分级联单元采取带电流瞬时值反馈的倍频正弦脉冲宽度调制,2个部分串联叠加形成输出电压。逆变器输出电压的谐波分析表明:调节正弦脉冲宽度调制波的移相角可以调节输出电压幅值和功率因数;逆变器输出电压低频谐波主要由阶梯波引起,为输出滤波器的设计提供了理论依据。对阶梯波调制逆变器的触发角提出了一种简易算法,该算法适用于电压级差不等模式且可实现触发角在线计算。实验结果表明,该方案结构简单,可靠性高,能有效降低开关损耗。     

一种新的分布式并网逆变器预同步算法

介绍了一种适用于并网逆变器预同步操作的电网电压基波分量递推DFT算法。该算法既能够可靠跟踪电网电压基波分量的相位、频率和幅值,又减少了计算量,保证了算法的实时性。在此基础上,该算法根据等角度间隔采样原理提出以递推DFT运算得到的基波相角为反馈调整采样间隔,实现了对电网电压频率的自适应跟踪,减少了频谱泄漏,提高了基波同步参数检测的精度。相对于传统的锁相环预同步方法,可以在谐波和零点漂移比较严重的情况下精确跟踪电网电压基波分量,从而减小逆变器并网操作对微电网以及逆变器本身的冲击。仿真结果表明了该算法的正确性。     

模拟同步发电机特性的同步逆变器研制

针对分布式可再生能源并网接口的先进控制策略,详细阐释了能使并网逆变器模拟传统同步发电机动态行为的同步逆变器技术。在同步发电机数学模型的基础上,给出了同步逆变器的控制策略,并深入讨论了同步逆变器参与电网调压和调频的能力,及其相应控制器参数的整定方法。通过将并网逆变器控制为同步逆变器,可以大大提升电网对含并网逆变器的分布式电源的接纳能力,降低传统并网逆变器对电网稳定带来的冲击。最后,利用1台10 k W的同步逆变器样机验证并网逆变器在模拟同步发电机特性、调节无功输出、以及参与电网调压和调频等方面的可行性和正确性。     

微网系统稳定运行及模式平滑切换研究

提出了一种基于对等结构的控制策略,实现微网系统在并网和孤岛两种模式下的稳定运行和平滑切换。稳定运行时的多环控制策略包含电压-相角下垂控制、虚拟阻抗控制和电压电流双环控制,可按逆变器额定容量之比精确分配负荷功率,保持系统电压幅值、频率的稳定。并网时采用基于双二阶广义积分器及锁频环的电压同步策略,使微网的电压幅值、相角快速向主网同步,从而平滑并网。解列时设计了功率同步策略,通过降低微网与主网间的交互功率,抑制切换时的功率冲击。仿真结果表明,所提控制策略能够保证微网系统的稳定运行,同时在过渡模式下,减小网络冲击,稳定系统频率,实现模式平滑切换。