改进加权平均电流反馈的LCL型逆变器控制方法

为解决加权平均电流反馈(weighted average current feedback,WACC)控制下,并网电流存在谐振且开环增益中存在反谐振现象的问题,提出了一种改进的WACC方法。首先,引入电容电流反馈控制,以提升并网电流质量;然后,通过引入补偿环节,保证控制系统的降阶特性,从而有效抑制计及数字控制延时情况下控制系统中出现的反谐振和并网电流谐振。研究结果表明,所提方法可有效地将控制系统的幅值裕度从2.2 d B提升至8 d B,增强了系统鲁棒性,将并网电流谐波畸变率从5.46%降低到0.71%,改善了并网电流质量。所提方法可为实际工程中的并网逆变器控制提供参考。     

基于数字控制延时的LCL型并网逆变器强鲁棒性加权平均电流控制策略

加权平均电流(WAC)控制因其对LCL型并网逆变器固有的降阶特性而备受关注,通过对逆变器控制系统的环路增益进行零极点对消,达到将三阶系统降为一阶系统的目的。但是,传统WAC控制未充分考虑数字控制延时对系统造成的影响,数字控制延时的存在导致系统无法进行理想降阶,并网逆变器对弱电网的鲁棒性较差。鉴于此,提出了一种基于数字控制延时的LCL型并网逆变器强鲁棒性WAC控制策略,在耦合点电压前馈通道引入一阶高通滤波器,进而对系统反向谐振峰进行完全补偿,以提高并网逆变器对弱电网的适应性。最后,通过仿真分析验证了所提控制策略的有效性。     

单相并网模型电流控制及数字延时影响研究

并网逆变器作为电能变换的重要一环,其控制算法显得尤为重要。针对单相L型并网逆变器将模型电流控制应用其中,得到了一种参数易于整定的逆变并网控制算法且适用性强。为满足工程实践要求,分析了数字控制延时对系统稳定性的影响,并给出了控制参数修正方法;同时在计算并网逆变器给定输出电压时,对于数字控制延时的影响给出了电网电压反馈值合适的相位补偿。最后通过仿真与实验验证了模型电流控制的适用性及补偿数字控制延时影响的有效性。     

并网逆变器中数字控制延时对系统稳定性的影响及其优化设计

数字控制系统中不可避免地存在延时,而延时环节会改变系统的相位特性,影响系统稳定性。文中以逆变侧电感单电流环控制为例,在模拟域和数字域下分析了系统的稳定性,系统地研究了数字控制系统中的延时时间对稳定性的影响,在此基础上,详细分析了保持系统稳定的延时时间范围。并从改善系统稳定性的角度,提出了一种数字控制延时的优化设计与延时调整方法。在一台并网逆变器上进行实验,试验结果验证了分析的正确性和所提出方法的有效性。     

基于阻抗的数字延时对单电流环控制型并网逆变器稳定性影响的分析

发现并解释了一种在逆变器输出阻抗高频处因数字控制延时而产生的"阻抗谷"的现象。在此阻抗谷处,逆变器输出阻抗的幅值急剧下降,而相位明显上升。通过波特图和复频域表征这两种方式,详细分析了电流环动态及数字控制延时对单电流环控制型逆变器的dq坐标系输出阻抗的影响,通过研究逆变器的输出阻抗模型,获得了阻抗谷的来源及其与电流环动态和延时大小之间的关系。同时,通过d-d通道阻抗匹配和广义奈奎斯特判据GNC(generalized Nyquist criterion),研究了阻抗谷对并网逆变器稳定性的影响。通过分析发现,电流环的动态和延时大小的改变均会导致d-d通道输出阻抗的幅度和相位发生剧烈变化,从而导致并网系统发生振荡。最后,实验结果验证了分析的正确性。     

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。     

一种提高弱电网下LCL型并网逆变器鲁棒性的相位超前补偿策略

LCL型并网逆变器中,电容电流反馈有源阻尼法可以有效抑制LCL滤波器的谐振。但是,数字控制延时会改变电容电流反馈有源阻尼效果,从而影响系统对电网阻抗的鲁棒性。为削弱数字控制延时的不利影响,提出相位超前补偿方法以补偿电容电流反馈的控制延时。通过分析不同谐振频率下系统的稳定性,得出改进后系统的增益裕度要求都能被满足,并设计出相位超前补偿器的参数。接着,为保证电网阻抗变化时系统的稳定性,给出电容电流反馈系数的设计方法。当采用选取的电容电流反馈系数时,分析加入相位超前补偿器前后的闭环极点轨迹。最后,通过一台1kW原理样机,验证了所提出理论研究的有效性。     

考虑电压前馈影响的LCL并网逆变器改进WACC加权系数计算方法

LCL型并网逆变器电流控制系统阶数较高,而加权电流控制(weighted average current control,WACC)方法具有将控制系统降阶的优点,因此得到广泛的研究。该文发现,电压前馈环节对WACC方法有较强的影响,然而现有的WACC方法在计算加权系数时所采用的系统模型忽略电压前馈环节。在弱电网条件下,该问题会导致WACC方法失去降阶效果。针对于此,提出一种改进加权系数计算方法,该方法基于包含电网电压前馈环节和电网阻抗参数的电流控制模型,重新设计零极点配置方式,从而实现在弱电网下,加权电流降阶特性不受电网阻抗变化的影响,可提高系统在弱电网下的稳定性。仿真和实验结果验证理论分析的正确性以及所提改进方法的有效性。     

弱电网下LCL型并网逆变器的高鲁棒性加权平均电流控制策略

加权平均电流(weighted average current,WAC)控制方法由于其环路降阶特性,在并网逆变器系统中得到了广泛的应用。然而,传统WAC控制方法并未充分考虑数字控制延时对并网逆变器系统造成的影响。该文分析表明,数字控制延时引入的相位滞后导致传统WAC控制方法不再具备环路降阶特性,而使得环路增益中出现一个随电网阻抗变化的反向谐振峰,使并网系统存在失稳的风险。针对此问题,该文提出一种基于超前补偿器的高鲁棒性WAC控制策略,该策略利用前馈通道中引入的超前补偿器来补偿反向谐振峰频率范围内的相位滞后,以此来实现环路降阶特性及弱电网适应性。对比分析和实验研究表明,所提控制策略能够保留传统WAC控制的降阶优点,同时对弱电网亦有很强的适应能力。     

控制延时对虚拟同步机全局稳定性的影响分析

虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术可使并网逆变器模拟传统同步发电机运行,应用前景广阔。VSG控制依托数字控制技术实现,存在数字控制固有的控制延时问题,制约系统的响应特性和控制精度,影响系统的稳定性。现有研究多局限于分析数字控制延时对控制系统局部稳定性的影响,鲜有文献涉及延时对系统全局稳定性的影响。研究了一种基于状态空间建模和灵敏度分析的逆变器延时稳定性分析方法。首先,建立基于VSG控制的逆变器全阶状态空间模型,包括数字控制延时、内部电压电流控制环、基于VSG控制的功率外环以及物理环节;然后,借助特征值和灵敏度分析,评估控制延时对系统全局稳定性的影响。在此基础上,给出使系统稳定的临界延时时间。仿真和实验结果验证了文中理论分析的正确性,文中所述方法可以为逆变系统参数设计提供理论参考依据。     

基于占空比预测与零极点结合的LCL型逆变器延时补偿方法

LCL型并网逆变器数字控制中延时环节对系统稳定性的影响不可忽略。分析发现,网侧电流数字单环鲁棒性不足,需要采用额外的有源阻尼方法增强阻尼,但传统的数字电容电流反馈有源阻尼方法带来了内环数字延时,使电容电流内环等效虚拟电阻不再保持纯电阻特性,增大了系统保持稳定的难度,因此提出一种预测占空比结合零极点补偿控制延时的方法。通过预测控制算法得到占空比和增加零极点,有效地补偿了系统数字延时,消除了采样计算等产生的一拍延时和零阶保持器产生的半拍延时,使系统在有源阻尼方法下能有效地起到增强阻尼的作用。算法设计简单,系统稳定性加强。仿真和实验验证了所提方法的有效性和可行性。     

一种改进型并网逆变器控制策略的研究

由于数字控制延时的影响,LCL型并网逆变器稳定区间仅为(0,f_s/6)(f_s为采样频率)。弱电网下宽范围的电网阻抗变化会使得LCL型并网逆变器谐振频率发生偏移,若谐振频率大于f_s/6,会严重影响系统的稳定性。针对此问题,这里在传统的电容电流反馈有源阻尼(CCFAD)控制策略的基础上,引入一阶高通滤波器(HPF)反馈环节,拓展系统最大正负阻尼分界频率至任意的f_R∈(f_s/6,f_s/3)扩大了系统的稳定区间,使并网逆变器在弱电网下具有强鲁棒性,最后搭建一台样机进行了实验验证。     

高带宽数字控制LCL型并网逆变器及其提高并网系统鲁棒性的谐振抑制技术研究

数字控制LCL型并网逆变器的固有控制延时会影响原有谐振阻尼方案的控制特性,从而降低并网逆变器在弱电网下的鲁棒性。该文首先基于不同参数建立多机并联系统在弱电网下的多输入多输出矩阵,并推出了确保系统进网电流稳定性以及各模块交互电流稳定性的三条判据。进一步地,基于频域阻抗法分析数字控制延时在模块采用不同开关频率的情况下对系统鲁棒性的影响,进而发现在系统中引入高带宽逆变器对于抑制低频谐振的有效性。然后,分析了高频模块与低频模块之间的交互稳定性,据此选取高带宽并网逆变器的开关频率。最后,在实验室搭建了一台基于新型宽禁带器件GaN的高带宽并网逆变器原理样机,并将其并入低频模块并网系统中,通过实验验证了所提出的高带宽并网逆变器有助于提高弱电网下系统的鲁棒性,从而为提高分布式发电系统的稳定性提供了新思路。     

弱电网下基于高带宽并网逆变器的并网系统鲁棒性提升技术研究EI北大核心CSCD

数字控制LCL型并网逆变器的固有控制延时会影响原有谐振阻尼方案的控制特性,从而降低并网逆变器在弱电网下的鲁棒性。该文首先基于不同参数建立多逆变器并联系统在弱电网下的多输入多输出矩阵,并推出确保系统进网电流稳定性以及各模块交互电流稳定性的3条判据。进一步地,基于频域阻抗法分析数字控制延时在模块采用不同开关频率的情况下对系统鲁棒性的影响,进而发现在系统中引入高带宽逆变器对于抑制低频谐振的有效性。分析高带宽逆变器模块与低频模块之间的交互稳定性,据此选取高带宽并网逆变器的开关频率。最后,搭建一台基于新型宽禁带器件GaN的高带宽并网逆变器原理样机,并将其并入低频模块并网系统中去,通过实验验证所提高带宽并网逆变器有助于提高弱电网下系统的鲁棒性,为提高分布式发电系统的稳定性提供一种新思路。     

基于一阶微分的并网变流器控制策略研究*

数字控制系统中的延时对并网变流器的稳定性有着重要影响,因此在建立并网变流器数学模型的基础上,根据Nyquist判据分析了延时环节对系统稳定性的影响。针对延时环节易导致系统不稳定的问题,基于零极点对消原理提出了一种基于一阶微分的并网变流器控制策略,分析结果表明该方法可削弱控制延时对系统稳定性的不利影响,显著提高系统的稳定性。最后通过仿真和实验验证了一阶微分控制策略的有效性。     

LCL型并网逆变器数字单环控制延时影响与稳定域分析设计

数字控制可靠性高、控制灵活,但存在数字延时,改变了系统稳定性。在考虑计算、采样等数字延时情况下,采用直接数字法,建立LCL型并网逆变器离散精确数学模型,在连续域和离散域下,对网侧电流单环控制稳定性进行对比分析,说明数字延时改变对系统稳定性的影响,基于此在网侧电流单环反馈控制中设置数字延时为滞后一拍,主要分析滞后一拍情况下采样频率和谐振频率之比对稳定性的影响,得出其稳定的范围,同时对控制器参数进行了设计。仿真和实验证明了所提方法的正确性和有效性。     

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。     

基于改进型加权电流控制的LCL型并网逆变器控制策略

针对传统加权平均电流(weighted average current, WAC)控制策略未考虑数字控制延时使系统出现相位滞后而导致系统带宽减小、鲁棒性差的问题，提出了基于准比例谐振控制和超前补偿器结合的WAC控制策略。首先，引入电容电流反馈，抑制反向谐振峰；其次，在逆变桥传递函数处串联超前补偿器，提高系统的相位裕度；最后，应用准比例谐振控制器作为电流调节器，提高基频增益、降低系统的静态误差。经仿真验证，所提控制策略对弱电网具有良好的适应能力，并网电流谐波畸变率从1.84%降低到0.26%,增强了系统的鲁棒性、改善了并网电流的质量。     

弱电网下抑制谐波谐振的LCL型并网逆变器鲁棒性CCFAD方法

LCL型并网逆变器采用电容电流反馈有源阻尼在弱电网下进行并网电流控制时，如果系统环路谐振频率高于1/6的采样频率，数字控制延时会导致并网逆变器在较宽范围变化的电网阻抗影响下鲁棒性较差甚至失稳。通过分析指出，电容电流反馈有源阻尼环路可等效为并联在滤波电容两端的虚拟阻抗Z_eq(s),表现出的负阻特性是造成系统失稳的主要原因。鉴于此，提出一种采用负一阶惯性环节进行电容电流反馈有源阻尼的鲁棒性方法，在电容电流阻尼环路中引入惯性环节，利用频率稳定性分析对所提方法进行详细论述，并给出相关参数的设计过程。理论分析表明，该方法可保证Z_eq(s)在LCL滤波器谐振频率有效范围内始终处于正阻特性范围，不仅提高系统的稳定裕度，并网系统的谐波谐振也得到抑制。此外，该方法具有较好的灵活性，当采用电容电压反馈有源阻尼控制并进行锁相时，可节省一组电流传感器的使用。最后，通过实验验证了所提方法的有效性。     

基于电容电压前馈的LCL逆变器并网控制

并网逆变系统中,LCL滤波器相比单电感滤波器具有更优的滤波性能,然而引入了谐振点,降低了系统稳定性。揭示了存在数字延时LCL型并网逆变器逆变侧电流单环控制的稳定性恶化现象,提出了一种基于电容电压前馈的逆变侧电流控制方案,该方案通过电容电压前馈使系统降阶,从而有效地改善了系统的稳定性,同时分析了延时和前馈系数对电容电压前馈效果的影响。所提控制方案的有效性在自行研制的630 k W三相逆变器上得到了实验验证。