弱电网下计及背景谐波的多并网逆变器阻抗重塑谐振抑制方法

弱电网下多逆变器并网系统的谐振问题一直广受关注,当计及背景谐波时,逆变器的电网电压前馈环节引入正反馈通路,将进一步恶化系统的电能质量。鉴于此,提出了一种弱电网下计及背景谐波的多并网逆变器阻抗重塑谐振抑制方法。通过对逆变器的控制环节进行导纳划分,建立基于三分解导纳的多逆变器并网等效模型,并利用模态分析法得到逆变器数量和电网侧阻抗变化时系统的谐振特性。计及电网电压前馈和电容电流反馈环节,对加权电流控制进行改进,并通过公共耦合点并联虚拟导纳对逆变器进行阻抗重塑,以实现对弱电网下系统谐振的抑制。仿真结果表明,所提方法既能极大地减小背景谐波对逆变器输出电流的影响,又能有效地抑制弱电网下多逆变器并网系统的谐振。     

弱电网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制方法

该文提出一种弱电网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制方法,通过引入公共耦合点(PCC)电压全局变量和并网电流高频分量到逆变器控制环节,可实现多逆变器系统的高频振荡抑制。首先,引入PCC电压的前馈构造出并联逆变器在PCC处的虚拟电阻,抑制逆变器谐波电压与电网背景谐波电压引起阻抗网络的谐波谐振;其次,引入并网电流高频分量反馈构造出并联在逆变器输出滤波电容两端的虚拟阻抗,增加逆变器自身阻尼,抑制多逆变器并联谐振。仿真和实验验证了所提高频振荡抑制方法的有效性。     

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。     

基于电压型阻抗适配器的谐振抑制策略

多逆变器并网发电系统常处于弱电网环境中,电网阻抗幅值变化较大,使并网发电系统内逆变器与电网阻抗之间存在很强的耦合,从而引起系统的谐振问题。针对上述问题,此处提出一种电压型阻抗适配器(VSAD)的控制策略。VSAD可以虚拟较小的谐波阻抗,实现对公共耦合点(PCC)的阻抗重塑,从而对多逆变器并网系统中的谐波和谐振进行有效抑制。最后以两台逆变器并网系统为例,从理论上分析了谐振抑制效果,并通过实验验证了所提VSAD控制策略的可行性和有效性。     

弱电网下LCL型并网逆变器的自适应改进前馈控制策略

传统比例前馈策略能较好地抑制来自电网背景谐波的扰动,但是在弱电网下由于电网阻抗的存在,其正反馈通道与并网电流内环会通过电网阻抗产生耦合现象,从而导致其鲁棒性大幅度下降。针对上述情况,提出了一种基于电网阻抗测量的自适应改进前馈控制策略。首先在公共耦合点电压的正反馈通道上增加多谐振环节,使得正反馈通道只在电网主要背景谐波频率处有反馈作用,从而在一定程度上提高逆变器的鲁棒性,并保留比例前馈策略的谐波抑制能力;然而,改进后的控制策略在鲁棒性提升方面存在一定的局限性,因此在控制策略中加入自适应环节来实时调整开环增益,从而进一步提高控制策略的鲁棒性;最后通过仿真模型对控制策略进行了验证。仿真结果表明,该策略可使LCL型并网逆变器在弱电网条件下始终具有良好的鲁棒性。     

弱电网且谐波畸变背景下分布式电源并网系统谐振抑制

分布式可再生能源接入配电网远端场景下,并网逆变器系统可能同时受到弱电网较大内阻抗及其背景谐波的影响,而仅优化并网逆变器的控制设计却不易有效解决这一问题。提出一种弱电网且谐波畸变背景下分布式电源并网系统谐振抑制方法。该方法将并网逆变器电网电压全前馈控制与并联接入的有源阻尼器相融合,利用前者抑制谐波电压畸变的影响,利用后者重塑并网系统的输出导纳,抑制并网系统与弱电网间的谐振。同时,给出有源阻尼器虚拟电阻阻值的设计方法以及提升并网系统的截止频率的方法。基于Matlab/Simulink的时域仿真结果表明,所设计的并网系统既能够有效抑制谐波电压畸变引发的并网电流畸变,也能够抑制因网侧导纳存在而引起的谐波谐振。     

LCL型逆变器接入弱电网下的谐振分析及抑制方法研究

光伏逆变器并联接入弱电网时,会与时变的电网阻抗产生交互耦合,影响系统稳定性,甚至引发谐波谐振问题。针对此问题,首先,本文建立了LCL型光伏逆变器并联系统的等效电路模型,利用阻抗分析法对弱电网条件下光伏逆变器并网系统的稳定性条件进行了分析,得出逆变器输出阻抗与电网阻抗在谐振频率处具有一定的相角裕度才能使系统稳定运行的结论;其次,提出一种电网电压前馈附加相位超前补偿的控制策略,该策略能够适应不同电网阻抗的接入条件,使系统在谐振频率处具有一定的相角裕度,避免谐振的发生;最后,通过仿真和实验验证了所提出的谐振抑制策略的有效性。     

光伏并网逆变器集群的谐振原因及其抑制方法

并网逆变器大规模接入弱电网时可能产生大量低频谐波,严重影响了电网电能质量。针对这一问题,首先分析常规逆变器控制方法在逆变器集群和弱电网情况下的局限性,建立含变压器和电网阻抗的逆变器集群模型,揭示开关管放大非线性干扰、逆变器并网电流参考、周围并联逆变器电流干扰和电网电压扰动对并网逆变器的影响机理,指出高电网阻抗是引起逆变器集群谐振的主要原因。然后从改善逆变器性能的角度出发,提出一种有源谐波电导法,在不改变电路拓扑的情况下,有效抑制逆变器谐波电流的输出,提高了逆变器的抗干扰能力,从而避免谐振现象发生。最后通过仿真复现谐振现象,并证明所提出方法的有效性。     

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.     

弱电网下计及锁相环影响的并网逆变器输出阻抗重塑

比例积分+谐振补偿控制器(resonant harmonic compensators,HCs)可以用来抑制电网背景谐波引起的并网电流畸变.然而在电网阻抗较大时,锁相环(phase-locked loop,PLL)、电流控制器与电网阻抗相互耦合,降低了并网逆变器系统的稳定性.为了改善弱电网下锁相环对并网逆变器系统的不利影响,首先建立了考虑锁相环影响的并网逆变器小信号模型,分析了锁相环导致系统稳定性的原因,揭示了电网阻抗影响并网逆变器-电网交互系统稳定性的本质规律.然后,提出一种基于二阶低通滤波器(low-pass filter,LPF)的锁相环优化控制与参数设计方法,以重塑并网逆变器输出阻抗.最后对所提策略进行了仿真与实验验证.研究结果表明,改进的策略可以提高弱电网下并网逆变器系统的稳定性,改善其对电网的适应性,从而证明了理论分析的正确性与所提策略的有效性.     

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。     

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。     

虚拟电阻自适应调节的集中式有源阻尼装置

当并网逆变器(机组)接入弱电网时,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与电网之间的谐振的抑制。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,此处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。     

提高光伏并网逆变器在弱电网下稳定性的阻抗相角补偿控制

针对LCL型并网逆变器自身存在的谐振现象,提出一种电容电压惯性反馈控制策略来抑制其谐振尖峰。在弱电网情况下,由于电网阻抗和并网逆变器输出阻抗的相互作用,使得并网逆变器的稳定性急剧恶化。于是提出输出阻抗相角补偿加滤波器的方法,提高逆变器输出阻抗相角使其满足稳定裕度,从而提高并网逆变器在弱电网下的稳定性。在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建并网逆变器系统仿真模型,对所提方法进行仿真验证。仿真结果表明,所提方法不仅能提高并网逆变器的稳定性,而且还能改善并网电流的质量,降低谐波总畸变率。     

基于并网电流谐波微分的有源阻尼策略

采用有源阻尼抑制弱电网下并网变流器系统失稳振荡的方法近年来受到广泛关注。已有的直接以公共耦合点（PCC）电压为反馈量的有源阻尼方法可有效抑制系统的失稳振荡，但会削弱系统对电网背景谐波电压扰动的抑制能力，进而影响到并网电流质量。为此，该文提出一种基于并网电流谐波微分的有源阻尼策略，通过微分运算将系统失稳振荡引发的谐振电流转换成PCC处的谐振电压，避免了将电网背景谐波电压扰动引入到并网电流参考值，可兼顾弱电网下并网变流器系统稳定控制和高质量并网电流两方面需要。仿真和实验结果验证了该文中理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。     

LCL滤波器无源阻尼和有源阻尼对多逆变器并网谐振影响对比分析

多并网逆变器系统谐振是由滤波器输出谐波与电网谐波共同作用的结果。LCL滤波器谐振是滤波器输出谐波的主要因素之一,因此提出LCL滤波器谐振阻尼方法对多并网逆变器系统谐振的影响进行分析。首先,分析多并网逆变器系统谐波交互的机理;其次,建立无源阻尼和有源阻尼的多并网逆变器系统阻抗模型,对比分析2种阻尼方法对低频谐振和超高次谐振的影响;最后,采用3台并网逆变器进行仿真实验验证所提理论的有效性。     

一种LCL型并网逆变器的复合阻抗重塑方法

LCL型并网逆变器高频谐波衰减能力强,但存在谐振问题,并且并网电流在电网低频谐波电压的扰动下发生严重畸变。建立LCL型并网逆变器的状态空间模型,通过状态反馈有源阻尼控制配置主导极点,对并网逆变器谐振频率的输出阻抗进行校正,引入阻尼比以抑制谐振峰。进一步地,为了抑制电网背景谐波电压对并网电流的扰动,提出一种谐波补偿方法,通过电压前馈函数与二阶Butterworth滤波器串联,重塑逆变器的中低频输出阻抗,同时提高了电压前馈控制对阻抗参数的鲁棒性。采用这种复合阻抗重塑方法时,逆变器的中低频输出阻抗可以增大10倍以上,仿真实验验证了所述方法的正确性和有效性。     

基于自适应虚拟阻抗的并网电流谐波抑制

分布式发电系统在电网中所占的比重持续增大,电网逐渐呈现弱电网特性,采用电压源型控制的并网逆变器可以在弱电网下可靠并网,但是并网电流易受电网电压背景谐波的影响。针对该问题,首先通过对电压源型并网逆变器输出阻抗建模分析,建立并网系统的谐波等效电路,在此基础上提出了虚拟谐波阻抗的方法并给出具体的实现方式。其次,通过对谐波电流幅值的检测,提出谐波含量负反馈控制,实现了虚拟谐波阻抗大小的自适应变化。此外,电压环采用改进的比例-积分-谐振(PIR)控制器,实现了对交流信号的准确跟踪。最后,结合Matlab/Simulink仿真和实验进一步验证了所提方法的有效性。     

电压暂降引发逆变器并网谐振机理与阻尼抑制方法

电网单相接地导致新能源发电系统低压穿越风险并伴随电压暂降。电压暂降不仅产生直流分量,还包含高频谐波,可能导致逆变器并网发生谐振进而威胁新能源发电系统的稳定性。采用瞬时电压dq分解法和幅频特性图分析电压暂降对系统谐振的影响。作为实用性较高的谐振抑制策略,混合阻尼被实际工程广泛应用,因此采用混合阻尼方法抑制电压暂降所引发的系统谐振。设计了电网电压暂降的仿真实验模型,结果表明电网电压暂降包含的高次谐波将引起逆变器并网系统谐振,而混合阻尼策略对电压暂降引起的系统谐振有较好的抑制效果。     

弱电网下抑制谐振频率偏移的并网逆变器谐波谐振控制策略

弱电网下LCL滤波并网逆变器可能因系统开环截止频率附近的稳定裕度太低而引发入网电流谐波谐振等稳定性问题.基于上述考虑,以单相并网逆变器双闭环控制模型为例,揭示了弱电网下系统谐波谐振产生机理以及稳定裕度与滤波器谐振频率偏移之间的关系,推导了最小谐振频率偏移条件以及最小谐振频率偏移对电流控制器的影响.鉴于此,提出了一种弱电网下抑制谐振频率偏移的并网逆变器谐波谐振控制策略,并给出了该策略的详细实现方案和参数设计方法.相较于传统控制策略,所提控制策略可以有效抑制滤波器谐振频率偏移对系统中低频段动态性能的影响,而且不论是否考虑电网电压比例前馈环节,并网逆变器的等效输出阻抗增益均无明显变化,且高于传统控制策略的阻抗增益,系统鲁棒性得到保证.最后,仿真与实验结果验证了所提控制策略的有效性.