弱电网下考虑锁相环影响的并网逆变器改进控制方法

由于电网阻抗的存在,并网逆变器的控制系统与电网阻抗相互耦合,弱电网条件会影响并网逆变器的稳定性。并网逆变器控制系统中通常使用锁相环来获取电网同步信息,其动态特性是影响系统稳定运行的关键因素。分析弱电网情况下锁相环输出对系统稳定性的影响,在此基础上提出一种提高系统稳定性的控制方法。在同步旋转坐标系下建立了包括电流环、锁相环和滤波器等环节的三相并网变换器阻抗模型,分析不同电网阻抗和锁相环带宽与并网逆变器稳定性的内在联系。结合阻抗模型中系统电压通过锁相环对电流环的影响,提出一种改进的前馈控制方法来减小锁相环输出影响,前馈环节中包括系统电压、锁相环动态特性和滤波器等环节。分析表明,改进的控制方法能够有效提高并网逆变器在弱电网条件下运行的稳定性。实验证明了所提方法的正确性。     

弱电网下基于电压扰动补偿的并网变换器改进控制方法

在弱电网条件下,并网变换器的控制系统与电网阻抗相互耦合,导致并网系统的稳定性降低,其中并网点电压扰动对锁相环和直流电压环的影响是导致并网变换器稳定性下降的关键因素。变换器阻抗模型是系统稳定性分析的基础,因此,首先在dq坐标系下,建立了包含电流环、锁相环和直流电压环等环节的三相并网变换器小信号阻抗模型。由阻抗模型中各变量的传递关系,能够找出并网点电压对锁相环和直流电压环输出的扰动通道,推导出扰动分量对控制器输出影响的表达式。在此基础上,将锁相环和直流电压环输出扰动补偿项添加到d轴和q轴电流环控制器,进而提出了基于并网电压扰动补偿的控制方法。理论分析结果表明,该方法可以在弱电网条件下有效降低电网阻抗与控制器耦合的影响,提高并网系统的稳定性。实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

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。     

弱电网下三相并网变流系统全线性自抗扰控制及其小干扰稳定性分析

弱电网下,并网变流器与电网阻抗之间的交互作用,极易诱发系统失稳振荡,进而威胁系统运行安全.线性自抗扰控制拥有优良的频率响应特性,具备改善并网变流器系统阻尼的潜在优势.对此,提出了一种全线性自抗扰控制的并网变流器控制策略,实现了对传统矢量控制中锁相环、电压环、电流环等环节的自抗扰控制替代.进一步,推导获得了计及频率耦合效...     

电网电压不平衡及谐波状态下的并网逆变器控制策略

为了提高并网逆变器在电网电压不平衡及谐波状态下的适应能力,使其能够输出高质量的并网电流,需对传统并网逆变器控制策略进行改进。以αβ坐标系下LCL型并网逆变器模型为研究对象,提出一种基于准比例谐振(QPR)和电网电压前馈的控制策略。首先,分析了并网电流与其给定值和电网电压之间的关系,得出稳态误差及扰动分量产生的原因。然后,通过QPR控制策略来实现并网电流的无静差控制,引入电网电压前馈控制来抑制电网扰动对并网电流的直接影响。同时,为了提高传统锁相环在电网电压非理想情况下锁相精度及谐波抑制能力,对传统锁相环做进一步改进,以提高锁相环抗扰能力。最后,在Matlab/Simulink中进行仿真验证,仿真结果表明该控制策略能够在电网电压不平衡及谐波状态下得到高质量的并网电流,使逆变器能高效稳定运行,验证了该控制方法的有效性和正确性。     

基于电路等效的并网逆变器失稳分析与稳定控制

以并网逆变器为功率接口的新能源发电系统在弱电网条件下易发生振荡失稳问题。该文将并网逆变器的控制回路可视化为电路元件组成的虚拟阻抗,基于该电路模型分析了弱电网条件下电流内环与锁相环交互作用导致并网逆变器振荡失稳的机理,在此基础上,提出了基于有源阻尼的稳定控制设计方法,并对不同有源阻尼控制的电路特性以及稳定性提升能力进行了对比分析。研究结果表明,针对锁相环引入负电阻造成的振荡失稳问题,阻抗-高通滤波器型有源阻尼控制策略具有更优的稳定性提升能力。最后通过PSCAD/EMTDC仿真和远宽StarSim控制器硬件在环实验对比了不同有源阻尼控制策略的振荡抑制效果,并验证了阻抗-高通滤波器型有源阻尼控制的动态性能。结果表明,所设计的稳定控制能够在200 ms内有效抑制系统振荡,并且可实现在短路比为1的极弱电网条件下稳定运行。     

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。     

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。     

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。     

电网阻抗比对跟网变换器同步稳定性的影响机理EI北大核心CSCD

随着基于电力电子变换器的电力装备在电力系统中渗透率的不断提高,并网变换器对系统的动态特性和稳定性的影响不断增强。电网阻抗同时影响跟网变换器的电流暂态和锁相环暂态,对跟网变换器的同步暂态响应以及变换器并网系统的同步稳定性有着复杂的影响。文章在考虑锁相环暂态和电流暂态的同时,研究电网阻抗比对跟网变换器同步稳定性的影响机理。首先建立考虑电网电阻和电流暂态的跟网变换器并网系统四阶同步稳定模型,接着提出故障瞬间锁相环频率偏差和电流变化量估计方法,分析电网阻抗比对频率暂态和电流暂态的影响规律。最后,通过Matlab/Simulink仿真,验证理论分析的正确性。     

电网频率扰动下并网变换器系统暂态稳定性分析

在弱电网条件下,锁相环固有的非线性特性会对电网扰动条件下并网变换器系统的暂态稳定性产生影响.针对并网逆变器系统中电网频率扰动工况,建立了锁相环输出相角的二阶微分方程.基于非线性动力学多尺度法对模型进行了时域解析求解,并量化分析了电网扰动对锁相环输出相角的影响,进一步给出了暂态稳定边界.针对电网频率、电流以及电网阻抗扰动工况,将所建模型的解析解与其数值解、仿真结果进行了对比,并与传统相图分析方法进行了比较,验证了所提出的锁相环暂态解析模型与解析方法的正确性.通过实验进一步验证了暂态稳定边界的有效性.     

LCL型并网变换器PCC点电压反馈有源阻尼控制策略

并网变换器作为分布式发电系统与电网间的连接枢纽,并网电流质量是其关键,采用LCL滤波器可用较小的电感量有效地降低电流谐波,但易引起谐振。同时,随着分布式发电系统的增大,公共接入点(PCC)的电网阻抗使得LCL滤波器固有谐振频率发生移动,更不利于电流系统的控制。而已有的大部分研究并没有重视电网阻抗的影响。针对上述问题,提出了一种基于公共接入点电压反馈的有源阻尼控制策略,该策略不需额外地增加传感器。分析了反馈环节参数对所提策略阻尼效果的影响。仿真验证了该策略的有效性与可行性。     

弱电网条件下锁相环对LCL型并网逆变器稳定性的影响研究及锁相环参数设计

为了保证并网逆变器的进网电流与电网电压同步,需要通过锁相环对电网电压进行锁相,并利用检测出的电网电压相位生成电流基准。该文以单相LCL型并网逆变器为例,建立锁相环的小信号模型,并根据该模型推导并网逆变器基于阻抗的稳定判据。通过分析该判据可知,在电网阻抗可忽略不计时,锁相环对并网逆变器的稳定性无影响;当电网阻抗不可忽略时,锁相环带宽、并网电流幅值给定和输出功率因数都会影响系统的稳定。为了保证系统在弱电网下的稳定性,给出一种基于相角裕度要求的锁相环参数设计方法,并进行实验验证,实验结果证明了理论分析的正确性。     

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.     

弱电网下LCL型滤波光伏并网逆变器的控制研究

电网含有较丰富的电网电压背景谐波和较大的电网等效阻抗,会对光伏并网逆变器的入网电流质量和系统稳定性产生影响。以LCL型滤波单相光伏并网逆变器的双环无源阻尼控制方案为例,指出常规电网电压比例前馈控制在弱电网条件下不能完全消除电网电压谐波的影响,且系统稳定性会受到电网阻抗变化的影响。文章提出了一种通过并网电压完全补偿的全前馈控制策略,该方法能够使得电压谐波对入网电流的影响降至最低,并且控制稳定性也不受电网阻抗的影响,对弱电网有很强的适应性,仿真实验验证了该控制策略的有效性。     

具有复数滤波器结构锁相环的并网逆变器对弱电网的适应性研究

针对传统的同步旋转坐标系锁相环结构的逆变器并网系统,结合复数滤波器基波正序电压提取特性,构建具有复数滤波器结构锁相环的逆变器并网系统(CFPLL-GIS)。在此基础上充分考虑锁相环影响,建立CFPLL-GIS的阻抗模型,并通过基于阻抗的稳定性判据分析,说明复数滤波器结构的引入可以提高逆变器并网系统等效输出阻抗在中频段内的相角,能够显著改善逆变器并网系统对弱电网的适应能力;同时结合CFPLL-GIS的结构特点并以逆变器并网系统的环路增益为设计指导,提出一种逆变器并网系统等效输出阻抗重塑控制策略,改善系统的阻抗特性,保证逆变器并网系统具有充足的稳定裕度,进一步拓宽CFPLL-GIS对电网阻抗的适应范围。最后,通过仿真和实验验证了本文理论分析的正确性以及所提控制策略的有效性。     

一种提高LCL型并网逆变器无源性及抗扰性的网侧电流控制策略

并网逆变器的网侧电流控制是对逆变器的并网电流进行直接控制,其并网功率因数较高,但LCL滤波器固有的谐振属性容易引起系统的不稳定,通常需要引入阻尼对谐振进行抑制。现有的网侧电流控制方案能够在不增加传感器的情况下利用状态反馈实现有源阻尼,但在弱电网情况下,对电网阻抗的变化较为敏感,且抵抗电网扰动的能力较弱。为克服上述网侧电流控制的缺点,该文提出一种新型网侧电流控制策略。该新型策略以增加闭环控制自由度为思路,并以低成本有源补偿装置为手段,实现了逆变器输出阻抗超宽频率范围充分无源性的目标。最后通过2台逆变器并机的物理实验,验证了该新型网侧电流控制策略在不同电网工况下的强稳定性和抗扰性。     

并网变换器视角下电力系统持续性振荡机理与低频耦合特性

随着“双高”电力系统及新型电力系统的发展,弱电网中的电压扰动会引起LCL型并网变换器的并网电流出现频率耦合,甚至持续性振荡。虽已有大量文献对其进行了研究,但大多围绕耦合现象、耦合因素的完备性、控制系统参数的敏感度、模型的精确性等方面,对于并网系统耦合物理意义,“双输入双输出”特性的演变机理,电压扰动、电网阻抗、频率耦合三者的关系等尚未厘清。建立并网系统中扰动频率/耦合频率的统一复变量模型,分析了并网变换器的单入双出(single input double output,SIDO)特性向双入双出(double input double output,DIDO)特性的演变机理,厘清了电压扰动、电网阻抗、频率耦合三者的关系,进而提出一种基于改进锁相环(phase locked loop,PLL)结构的鲁棒电流控制策略,并详细设计了相关参数。相较传统方法,论证了由扰动频率激发出的镜像耦合频率分量是导致失稳或振荡的主要原因。电网阻抗的存在会加重并网扰动的低频耦合程度,同时,低频特性的改善有助于提升变换器对弱电网的适应性。最后,利用实验平台验证了理论分析的正确性。     

多机并网逆变系统建模分析及谐振抑制研究

考虑并网逆变器PWM调制的谐波源特性,针对多机并网逆变系统中LCL滤波器与电网阻抗耦合所引起的谐波增大甚至谐振的问题进行建模,分析其谐振机理.在逆变器电流环控制中引入电容电压反馈作为有源阻尼,使多机并网时逆变器输出电流满足并网条件.仿真对比加入有源阻尼前后多机并网的效果,证明所用的控制策略能削弱并网点电压和电流的谐振,改善并网环境.     

抑制直驱风电并网系统次/超同步振荡的储能变流器有源阻尼控制方法

为应对直驱风电并网系统接入弱电网引发的次/超同步振荡问题,针对储能变流器提出了一种改进的有源阻尼控制方法,建立了考虑所提有源阻尼控制方法的储能变流器序阻抗模型,并分析了含储能变流器的直驱风电并网系统阻抗特性。在次/超同步振荡频段,并网系统阻抗幅值较低且部分呈容性,当输出功率增大、电网短路比降低或锁相环带宽减小时,容易与感性电网阻抗发生交互,从而诱发次/超同步振荡。然后,考虑不同有源阻尼控制参数对系统稳定性的影响,并给出选取参数的方法,使直驱风电并网系统的正负序相角裕度大于零或幅频特性不与电网阻抗发生交截。分析结果表明,所提有源阻尼控制方法能够有效改善直驱风电并网系统的阻抗特性,在更为复杂恶劣的条件下,耗散振荡能量,抑制次/超同步振荡,增强系统的稳定性。最后,通过仿真验证分析的正确性。