三相逆变并网系统的分数阶建模与控制器设计研究

首先基于分数阶微积分理论分析讨论分抗元件的基本特性，并在Matlab/Simscape平台搭建分抗元件的器件级仿真模块，以实现分数阶逆变系统的器件级仿真；其次建立三相并网逆变器的分数阶高低频数学模型，推导分数阶电流内环的解耦控制结构，并引入分数阶PI^λ控制器建立分数阶光伏并网双闭环控制系统。仿真结果表明：所建分抗元件仿真模块能在所选频率段准确模拟分抗元件外特性，分数阶光伏三相逆变器拥有更好的动静态特性，分数阶双闭环控制效果明显优于整数阶双闭环控制。     

弱电网条件下LCL型三相光伏并网逆变器研究

针对常规并网逆变器在弱电网环境下易出现不稳定情况,在考虑电网阻抗变化条件下设计LCL型滤波器网侧电流及电容电压双闭环控制策略。基于LCL型光伏并网逆变器拓扑结构,在dq同步旋转坐标系下建立数学模型,进行解耦及控制器设计。分析电网阻抗变化对LCL型滤波器的影响,给出一种考虑不同电网阻抗条件下锁相环扰动的系统参数设计方法。最后通过仿真验证理论推导的正确性和可行性,以及三相光伏并网逆变系统的稳定性和鲁棒性。     

基于双采样的LCL型并网逆变器并网电流间接控制研究北大核心CSCD

在并网逆变器滤波方面,LCL型滤波器比LC型滤波器具有更加优良的高频谐波滤除能力,但是LCL型滤波器的谐振效应也给并网系统的稳定性带来一定的挑战。实际的并网逆变器通常采用逆变器侧电流和电容电压作为反馈进行控制,在分析LCL型并网逆变器结构的基础上,文章提出一种逆变器侧电流反馈控制并网电流和电容电压反馈抑制谐振的并网逆变器控制方案,无需逆变器外部增加电流传感器,给出了精确的并网电流参考值计算方法。实验验证了文章所提控制方案的有效性。     

应用于光伏发电并网逆变器的有源阻尼控制策略

针对三相LCL型并网逆变器存在的谐振问题,建立了基于哈密尔顿系统数学模型,并用串联陷波器的方式对系统谐振尖峰进行抑制。在基于经典控制理论以及PI等传统控制器的基础上,将无源控制（PBC）理论用于三相LCL型并网逆变器控制器的设计,提高了并网系统抗干扰能力。并在MATLAB/Simulink中进行了仿真验证,结果证明了所研究的利用无源控制策略的有源阻尼控制的有效性,使系统输出电流总谐波失真（THD）从0.82%降低到0.5%以下,降低了并网电流的谐波含量,在新能源发电并网中具有一定的研究意义。     

基于补偿前馈电压控制的三电平逆变器研究

考虑到光伏并网逆变后存留的高频谐波对LCL滤波中参数固定的电容及电感产生谐振作用,该文引入三电平逆变器,一方面可在输出端保证谐波含量低、电压的波形更加接近正弦波以降低滤波器中电容和电感串联谐振的可能,另一方面也为可在电流进入电容前而对系统做出相应的动作。该文比较传统电流内环控制策略,改进电压前馈的控制策略,提取逆变器输出端输出的电流对电压进行补偿,通过设计滤波器参数搭建模型及进行仿真得到结果表明其有效的抑制谐振,并可同时提高电网电流和电压的稳定性,有效地抑制电网电压谐波对网侧电流的影响。     

弱电网下光伏并网逆变器的数字H∞鲁棒控制器设计

针对弱电网下光伏并网逆变器可能发生的失稳现象,提出一种光伏并网逆变器的数字H_∞鲁棒控制器设计方法。首先建立传统控制策略下光伏并网逆变器的控制模型,并分析其在弱电网条件下的稳定性。为了提高LCL型光伏并网逆变器对电网阻抗变化的鲁棒性,考虑数字控制延时的影响,通过建立离散域下光伏并网逆变器的标准H_∞控制模型,并设计加权函数,求得光伏并网逆变器的数字H_∞控制器。与传统的双闭环控制策略相比,理论分析与仿真和实验结果均表明,所设计的数字H_∞控制器可显著增强弱电网条件下光伏并网逆变器的稳定性。     

基于DRNN自整定准PR控制的光伏并网系统研究

以配置LCL滤波器的单相光伏并网逆变系统为研究对象,针对其非线性、时变特性,提出一种基于准比例谐振(quasi proportional resonant,QPR)控制的直流电压外环、并网电流内环和电容电流内环三闭环控制策略,并给出准PR控制器的离散化方法。针对准PR控制器参数固定无法适应电网参数变化,难以达到系统控制性能最优的不足,提出一种基于动态对角递归神经网络(diagonal recurrent neual network,DRNN)自整定准PR控制器并给出其控制算法,DRNN采用基于二阶梯度的递推预报误差算法(recursive prediction error,RPE),其较一阶梯度反向传播算法(propagation,BP)具有更快收敛速度。仿真对比分析和实验结果表明,采用上述控制策略的单相光伏并网逆变系统具有良好的输出电流质量和快速的动态响应性能,可有效避免并网电流谐振并实现并网电流高功率因数。     

带LCL滤波的单相逆变器滑模控制

针对带LCL滤波器的并网逆变器的不稳定性,提出一种基于逆变器侧电流反馈滑模控制策略,间接控制并网电流,以避免系统谐振。将并网电流参考值看成和电网电压成比例,推导出逆变器侧参考电流,解决间接控制并网电流相位滞后问题。理论推导滑模变结构控制律在并网逆变器应用的存在性和系统稳定性,所提控制策略无需增加额外的传感器。应用电压基波信号估计,以减轻电网高次谐波对系统控制的影响。仿真实验证明提出的控制策略可实现逆变器并网电流与电网电压同频同相,提高了系统的鲁棒性。     

大容量永磁同步风电机组系统谐振分析与试验研究

风机变流器是变速恒频风电机组的核心部件,变流器电网侧LC/LCL滤波器在保证良好并网特性同时也带来了谐振问题。针对该问题,文章基于风机变流器网侧滤波器动态特性分析,揭示了风电机组谐振机理,分析了系统阻尼对谐振的影响。在Matlab/Simulink中建立了2.0 MW直驱型永磁同步发电机组系统仿真模型,实现了风电机组谐振的全过程仿真。首次在2.0MW永磁直驱风电机组上进行了机组谐振现场试验,仿真与现场试验证明了理论分析的正确性。在此基础上,提出了风电机组谐振消除与抑制方法,对实际运行风电机组谐振改造和变流器设计具有现实的指导意义。     

弱电网下并网逆变器电容电压前馈控制策略

针对LCL型并网逆变器接入弱电网后稳定裕度下降和谐波含量超标的问题,建立三相LCL型并网逆变器系统的数学模型。首先分析电网阻抗的宽范围变化对系统稳定性的影响,构建基于逆变侧电流反馈控制系统的电容电压前馈控制策略。其次,以传感器数量最小化为原则,对电容电压有源阻尼的参数进行设计以及在前馈补偿环节叠加滤波器进行优化设计,以保证并网逆变器在弱电网下始终具有足够的稳定裕度。最后,搭建并网逆变器仿真模型和实验样机,实验结果验证了所提方法的有效性和可行性。     

中小型风力发电系统单相并网逆变器控制策略研究

介绍了适用于中小型风力发电系统并网的单相逆变器主电路拓扑及其典型控制策略;针对传统PI控制器和新型PR控制器进行了详细的理论分析和比较。利用Matlab/Simulink搭建了风力发电系统单相并网逆变器仿真模型,分别对PI控制器和准PR控制器进行了仿真研究。仿真结果显示,新型准PR控制器具有更好的稳态特性、跟踪特性和更强的抗电网扰动能力。该控制策略对于中小型风力发电系统并网逆变器的实际应用具有重要意义。     

电网频率波动时LCL并网逆变器重复控制研究

针对电网频率波动时,并网电流畸变和谐波较大的问题,提出了静止坐标系下LCL并网逆变器的重复控制策略,该策略可有效降低并网电流谐波畸变率;在静止坐标系下,LCL并网逆变器数学模型无耦合现象,省去了复杂的解耦运算,从而该控制策略简单易实现;在确定电路参数的基础上,对重复控制进行了参数设计,并通过仿真试验证明了理论分析的正确性。研究成果对于提高电能质量意义重大。     

基于模型预测控制的虚拟同步发电机控制策略

为了提高惯性和促进电网恢复,提出一种基于LCL型并网逆变器的虚拟同步发电机模型预测控制（MPC-VSG）策略。该方法在模型预测控制（MPC）中引入虚拟同步发电机（VSG）控制输出电流内环的参考值,使内环电流参考值可随电网电压和频率变化。基于Matlab搭建仿真模型,和MPC控制方法相对比和分析。仿真结果表明：当逆变器输出功率发生变化时,采用VSG的模型预测控制可增加电网的惯性和稳定性,改善系统暂态过程。     

基于PIR的并网逆变器低频次谐波抑制策略研究

针对电网电压畸变造成并网电流低频次谐波含量较高的问题,提出一种基于比例积分-准谐振（PIR）与电流谐波检测环相结合和控制策略抑制电流谐波。首先分析并网逆变器原理,建立电流内环数学模型。基于内模原理,引入电网电压全前馈消除电网电压对网侧电流和影响,其次分析电流谐波检测与抑制原理,采用电流特定次谐波检测环对逆变器侧电流提取谐波分量,并采用闭环控制抑制电流谐波,利用伯德图对准谐振控制器参数进行设定。最后建立Matlab/Simulink仿真模型并搭建dSPACE-DS1104半实物仿真平台,分析仿真与实验结果来验证所提控制策略和有效性与可行性。     

LCL filter design and robust converter side current feedback control for grid-connected Proton Exchange Membrane Fuel Cell system

Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) systems are environment-friendly systems that can be used as distributed power generation (DPG) system. As DPG units are usually utilized in weak power distribution systems, the grid inductance variations should be investigated during the control design stage of the grid-tied fuel cell systems. In recent years, LCL filter is broadly utilized to grid connection of DPG units, and the proper design of this filter is an important issue. In this paper, converter side current feedback (CSCF) method has been applied due to its innate damping feature to integrate PEMFC fuel cell system through LCL filter into weak power distribution system. The impact of delay should be considered as it limits the stability region of the resonance frequency of the CSCF control method especially, in the presence of wide variations of the grid inductance. Precise-tuned LCL filter design and consequently, the proper choice of the resonance frequency can remarkably affect the performance of the CSCF control. An adequate-tuned design procedure for LCL filter parameters has been proposed in this paper. Step-by-step tuning of the PR controller parameters has also been included to enhance the power quality. The grid-tied fuel cell system with modified-Y-Source inverter and LCL filter as an interface between inverter and grid has been simulated to analyze the quality of the injected power. Simulation results in MATLAB/Simulink environment verify the suitable performance of the proposed power conditioning system as well as its stable operation versus wide variation of weak grid inductance.     

弱电网中LLCL型并网逆变器的谐振分析与抑制策略研究

针对弱电网中多个LLCL型并网逆变器并联运行的谐振问题,提出一种混合阻尼控制策略。在建立多LLCL型并网逆变器的数学模型基础上,分析多机并联谐振的产生机理,得出电网阻抗和LLCL滤波器参数变化是产生谐振的关键因素,将影响系统并网运行的稳定性。为此,在不改变LLCL型并网逆变器拓扑结构的前提下,将所提控制策略应用到弱电网多机并联系统中。仿真与实验结果表明,该控制策略能有效地抑制系统谐振,降低并网电流和电压的谐波含量,提高在弱电网条件下多机并联运行的稳定性。     

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。     

基于LCL滤波器的三相光伏并网控制系统研究

针对采用LCL滤波器三相光伏并网逆变器,首先进行理论分析并建立数学模型,其次提出一种极点配置与重复控制相结合的并网控制方案,最后通过实验验证理论分析的正确性以及控制策略的可行性.     

弱电网下多LCL型并网逆变器谐振模态分析

针对弱电网下多LCL型并网逆变器谐波谐振机理分析,传统频域分析法需要通过高阶复杂的传递函数获取系统谐振频率,且不能得到更多谐振信息的相关问题。该文提出模态分析法分析并网系统的谐振特性,确定谐振频率、节点参与因子等谐振信息。首先建立典型三相LCL型并网逆变器系统诺顿等效模型;基于该模型,对比分析模态分析法和传统频域分析法的应用原理,并阐述模态分析法在谐振分析中的优势。其次,采用模态分析法研究逆变器数量、逆变器类型、电网阻抗、线路阻抗、控制参数及LCL参数对并网系统谐振特性的影响规律,并与传统频域分析结果进行对比。然后,将模态分析应用到不同参数多并网逆变器谐振特性分析。最后通过仿真试验验证谐振模态分析的正确性。