基于电网阻抗的并网逆变器准比例谐振控制

随着新能源大规模接入电网,新能源并网逆变器在与电网交互引发的次/超同步振荡问题引起了广泛关注。此类振荡问题与并网逆变器的输出阻抗和电网阻抗特性密切相关。采用谐波线性化方法建立了三相LCL型并网逆变器的小信号输出阻抗模型,分析了不同电流控制策略对其输出阻抗的影响,通过阻抗比奈奎斯特判据分析了电网阻抗变化对系统稳定的影响。采用无源阻尼与有源阻尼相结合的方法抑制LCL滤波器的固有谐振尖峰,再根据公共耦合点电网阻抗的变化调节准比例谐振（quasi proportional resonance,QPR）控制器参数以及电容电流反馈系数,使系统阻尼基本保持不变,增强系统鲁棒性,确保系统稳定运行。时域仿真与数值分析结果证明了所提控制策略的有效性。     

多逆变器并网系统谐振混合阻尼参数设计

多逆变器并网系统谐振是高比例新能源新型电网必须解决的问题。文中分析了改进型有源阻尼、阻抗重塑和有源阻尼器的优缺点后,认为混合阻尼策略更符合工程经济需求。首先,介绍了单台LCL型逆变器混合阻尼参数设计过程;然后,在分析多逆变器系统谐振机理的基础上,根据混合阻尼的阻尼系数特点,提出先确定有源阻尼参数再确定无源阻尼参数,并采用总谐波率和谐波系数两个指标评价并网电能质量的参数设计方法;最后,在Matlab/Simulink仿真平台上进行验证。结果表明,所提方法设计的混合阻尼参数对系统谐振具有良好的抑制效果,并且能较好地适应系统阻抗的变化。     

LCL型三相并网逆变器自适应控制策略及其参数设计

针对LCL型三相并网逆变器,为改善传统控制策略无法适应输出功率变动带来的稳态误差影响,提出一种基于RBF网络的自适应控制策略。该控制策略可根据外界条件变化,不断修正控制器参数,得到最优PI值,增强了系统稳定性和鲁棒性。为解决LCL滤波器产生的谐振问题,采用电容电流反馈有源阻尼控制,给出一种基于系统幅相特性的电容电流反馈有源阻尼系数设计方法。进行了LCL型并网逆变器并网运行仿真。仿真结果验证了所提控制方法及参数设计的正确性和可行性。     

弱网下风电LCL并网逆变器有源阻尼控制研究

为解决弱网阻抗变化时并网逆变器有源阻尼方法存在的阻尼失效问题,这里从考虑数字控制延时的有源阻尼阻抗特性出发,对弱网下有源阻尼失效的原因进行分析,提出了一种相位超前补偿的改进有源阻尼方法,减小数字控制延时对系统正阻尼区间的影响,拓宽了系统正阻尼区间,提高了谐振抑制效果,使并网逆变器在弱网下保持谐振阻尼的有效性和良好的稳定性。设计并搭建了一台LCL型中点箝位型(NPC)三电平并网逆变器实验样机,实验结果表明该方法可以拓宽系统正阻尼区间,使并网逆变器在不同的电网阻抗下能可靠稳定运行,提高其并网电流质量。     

弱电网下提升并网逆变器无源性的网侧有源阻尼策略

为抑制“双高”背景下新型电力系统中日趋复杂的电网背景谐波,并网系统通常需要在已有控制方案基础上附加PCC节点电压前馈策略。而现有研究表明,在弱电网下由于并网逆变器与电网阻抗之间的相互作用,该策略会降低并网逆变器等效输出阻抗在中低频段内的无源性,易引发并网系统产生宽频谐振问题。针对这一问题,通过建立弱电网下并网逆变器系统等效输出阻抗模型剖析了传统PCC节点电压前馈策略在抑制电网背景谐波方面的优点及固有缺陷;并在此基础上基于无源性理论提出了一种新型网侧有源阻尼策略,该策略通过在电容支路增加有源补偿装置与主逆变器附加控制相结合,不仅实现了并网逆变器系统等效输出阻抗在宽频段范围内的充分无源,且能有效抑制电网背景谐波,提高并网系统在弱电网下的稳定性与适应性。通过搭建系统仿真模型对所提控制策略在并网逆变器接入弱电网时的有效性进行了验证。     

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。     

并网逆变器的阻抗自适应控制方法

弱电网下,含电网电压前馈控制的并网逆变器和电网之间的阻抗交互作用,可能导致并网电流谐波放大甚至系统失稳。分析了输出阻抗特性,以提高逆变器与电网之间的稳定相角裕度为目标,提出了基于并网电流微分和电网电压微分的串、并联复合阻抗校正方法;讨论了微分系数对相角提升的灵敏度,给出了一种自适应调整的微分系数设计方法。该方法使得并网系统在电网阻抗宽范围变化时均能稳定运行,同时提高了并网系统对电网电压的抗扰性能。实验结果验证了所提控制方法的有效性。     

基于有源阻尼的多逆变器并网谐振抑制

由于电网阻抗的耦合作用,基于LCL滤波器并网的光伏逆变器之间会产生并联谐振。针对多逆变器并网的谐振问题,提出了一种基于多逆变器并网闭环控制模型的有源阻尼控制策略。基于多逆变器并网拓扑,依据戴维南等效定理建立了多逆变器并网的闭环数学模型,分析了多逆变器之间的谐振机理;采用电容电流反馈构成有源阻尼以抑制并网谐振,给出了基于滤波电容电流反馈的多逆变器并网闭环控制框图;依据谐振阻尼表达式研究了有源阻尼系数对并网系统的稳态及动态特性的影响。在三台10 k W并网逆变器上进行了无阻尼环并网控制算法与加入有源阻尼环控制算法的对比实验,实验结果表明了所提出的有源阻尼控制方法的有效性和可行性。     

采用混合阻尼自适应调整的并网逆变器控制方法

由于在地处偏远的分布式发电系统中,长距离的传输线以及大量变压装置的存在给电网带来一个不可忽略的等效阻抗,电网阻抗的引入会对并网系统的控制稳定性造成影响。论文对基于LCL滤波的并网逆变器控制系统进行小信号建模,以电感–电阻串联模型作为弱电网模型,研究了电网阻抗对并网逆变器控制系统稳定性的影响。论文针对无源阻尼和有源阻尼两种常用的谐振抑制方案进行了进一步分析,定量分析了不同阻尼方案下电网阻抗对控制系统的阻尼系数影响,并在此基础上提出一种弱电网工作条件下的混合阻尼控制方案;同时基于电网阻抗的在线测量实现技术,实时改变比例谐振(proportional resonant,PR)电流控制环与有源阻尼控制环的控制参数,形成基于混合阻尼的并网逆变器自适应控制策略,使得并网逆变器在各种电网阻抗条件下都可以保持稳定的控制特性。论文最后通过样机实验验证了文中所提出的并网逆变器阻抗自适应控制策略的有效性。     

基于有源阻尼装置的新能源并网谐振抑制策略

当并网逆变器接入弱电网之时,电网阻抗的宽范围变化可能会导致系统不稳定。为此,通过在公共耦合点(PCC)处并联集中式有源阻尼装置,使其模拟阻尼电阻的外特性,可实现对并网逆变器和电网之间谐振的抑制。此处提出一种基于有源阻尼装置的虚拟电阻值自适应调节方法,既保证系统稳定性,又使有源阻尼装置中流过的电流尽可能小。同时,还提出一种对电流谐波基准的补偿方法,能够减小电流闭环对虚拟阻抗特性的影响,进一步改进阻尼效果。通过在实验室搭建一台5 kW的并网逆变器和一个1 kVA的有源阻尼装置,验证了所提控制方案的有效性。     

直流微网双向DC/DC变换器虚拟惯量和阻尼系数自适应控制策略

在高新能源渗透率下的直流微网系统中,电力电子器件比例不断提高,导致系统存在低惯性问题,降低系统运行稳定性.为此提出了一种改进的虚拟惯量和阻尼系数自适应控制策略.该方法通过类比交流系统逆变器的虚拟直流发电机控制,分析直流微网系统在虚拟惯量和阻尼系数控制下负荷扰动量与输出电压扰动量的关系特性,将自适应控制策略引入虚拟惯量和...     

基于自适应虚拟阻抗的新能源微电网功率控制系统

传统新能源微电网功率控制系统因忽略虚拟阻抗而不利于随机位置分布式电源的结合,导致容易发生电网故障,致使微电网整体瘫痪。为了解决上述问题,本文提出基于自适应虚拟阻抗的新能源微电网功率控制系统的研究。引入虚拟阻抗,降低逆变器输出功率的耦合程度。通过逆变器额定容量比值确定虚拟电阻取值范围,计算微电网输出电压,保障微电网输出电能质量。在积分控制器下控制虚拟阻抗电阻数值,使逆变器输出功率趋近于积分控制器计算得到的功率参考值,保障输出功率的稳定性,实现对新能源微电网的功率控制。设计仿真实验,结果显示：本文方法控制的逆变器在同容量逆变器并联条件下,输出的有功功率最为稳定,无功功率保持均分状态;不同容量逆变器并联条件下,输出的有功功率稳定用时最短、无功功率基本与额定容量比匹配,充分说明提出方法对新能源微电网的功率控制及运行具备较好的控制效果。     

基于双二阶滤波器的LCL型并网逆变器延时补偿方法

为了抑制LCL型滤波器的谐振尖峰,电容电流反馈有源阻尼被广泛应用于LCL型并网逆变器中。由于数字控制延时带来的不利影响,电容电流反馈有源阻尼的阻尼性能被严重削弱。负阻尼区域出现在到之间,减弱了并网逆变器的稳定性和对电网阻抗变化下的鲁棒性。在电容电流反馈通道上插入一个双二阶滤波器来补偿数字控制延时带来的相位滞后,正阻尼范围可以扩展到,从而实现了对电网阻抗变化的高鲁棒性。选择了合适的离散化方法,分析了补偿后的系统稳定性。提出了一个详细的闭环参数设计流程,以获得良好的控制性能。最后,实验结果验证所提方法的有效性和参数设计流程的可行性。     

基于无源性的并网逆变器扩展阻尼区域方法研究

三相LCL型并网逆变器通常采用电容电流反馈有源阻尼控制方式,但由于控制延时的存在,使系统的有源阻尼特性在1/6采样频率 fs 处发生改变,在弱电网情况下可能发生系统失稳。针对此问题,提出一种改进电容电流反馈的超前延时补偿方法。该方法基于无源理论的稳定性设计要求,通过对控制内环的稳定性分析,给出了内环控制参数及改进方法下电容电流反馈系数的可行域。通过对控制外环的稳定性分析,给出了外环控制参数的可行域。采用逐步由内环到外环的参数分析及设计流程,将有效正阻尼区域扩展到接近0.45fs,有效保证逆变器输出导纳的无源性。离散稳定性分析与仿真结果表明,在电网阻抗增加、逆变器并联耦合以及滤波器参数波动等工况下,所提方法相较于传统电容电流反馈方法具有更好的系统稳定性、鲁棒性以及动态响应特性。     

一种改进线性扩张状态观测器的自抗扰控制宽频带振荡抑制方法研究

针对自抗扰控制策略在并网系统参数变化时能否维持逆变器接入弱电网的稳定性展开了进一步研究。首先,建立了计及频率耦合的自抗扰控制型并网逆变器等效单输入单输出序阻抗模型,并采用Nyquist稳定判据定量分析逆变器输出功率、电网短路比、锁相环以及自抗扰控制器参数变化对并网系统稳定性的影响。其次,针对上述参数变化所导致的弱电网下自抗扰控制型逆变器稳定性降低、宽频带振荡等问题,提出了一种改进线性扩张状态观测器(enhanced linear expansion state observer, e-LESO)的自抗扰控制宽频带振荡抑制方法。通过在传统一阶自抗扰控制器中LESO内部增添比例支路和滤波环节,重塑自抗扰控制型并网逆变器输出阻抗,拓宽其中频段(100 Hz~1 kHz)内呈正阻尼特性的频率范围,从而增强自抗扰型并网逆变器鲁棒性,实现宽频带振荡抑制。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。     

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。     

独立电力系统电压源型LCL逆变器虚拟阻尼控制

在独立电力系统中,LCL逆变器作为电压源为电网提供稳定电压,其输出谐振是影响电力系统稳定性的重要因素之一。为了提高系统稳定性,对LCL逆变器输出谐振抑制方法进行了研究,在目前采用的前馈解耦双闭环控制系统的基础上进行改进,引入虚拟阻尼代替实际阻尼,通过有源控制,选取合理的采样点和反馈位置,得到一种基于滤波电容电压前馈的虚拟阻尼控制方法。理论分析和仿真验证表明:该方法避免了额外并联实际电阻所造成的系统损耗,同时有效降低了系统输出阻抗,提高了系统的稳定裕度。     

LCL-filter resonance suppression in grid-connected inverter based on strictly real positive plant strategy

Resonance is one of the most significant challenges in a voltage source inverter interfaced with the grid through an LCL filter. The capacitor current (CC) damping control methodology is considered due to its high-quality of grid injected current feature. It is widely accepted that the proportional CC feedback compensation damping method becomes ineffective at critical resonance frequency due to control loop delays and may result in an unstable system under grid impedance or filter parameters variations. A suitable differential compensator placed in the CC feedback path can address this issue with a trade-off between robustness and noise rejection capability. This paper offers a different design method called parallel feedforward compensation (PFC) method, which builds an almost strictly real positive (ASRP) plant and realized damping with enhanced stability features. In the proposed alternative, a compensator consisting of a damping gain and a sampled delay is placed across the filter plant and filter CC feedback loop and the joint output of this augmented plant is then transmitted back at the reference point on the input side of the inverter to attenuate the undesirable resonance peak. The control response and stability performance analysis show that the suggested methodology offers a wide damping region, high robustness, and improved control performance. Simulation and experimental results are presented to confirm the theoretical findings.