弱电网下基于复数滤波器的并网电压前馈控制策略

随着分布式逆变并网电源的广泛部署,电网所需的传输线路不断增长,再加上配电变压器漏感等因素的影响,电网越来越表现出弱电网特性。在弱电网情况下,为减小电流稳态误差,并网电压比例前馈系统得到了广泛应用,然而由于其引入了与电网阻抗相关的正反馈回路,导致系统相角裕度大幅降低,严重影响并网逆变器的稳定性。以三相LCL并网逆变器为例,通过伯德图分析电网阻抗对并网逆变器稳定性的影响,提出在并网电压比例前馈环节串联复数滤波器的控制方案。分析表明该方案可以提高弱电网条件下并网逆变器的稳定性。最后搭建了三相5 kW并网逆变器仿真模型,验证了该方案的有效性。     

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。     

弱电网下基于准静态模型的混合控制微电网逆变器同步稳定性研究

当多逆变器并联接入弱电网时,高电网阻抗与逆变器间的相互作用,易引发逆变器并网同步过程中的稳定性问题。针对弱电网下电流电压混合控制型微电网(HMG)逆变器的同步稳定性,通过建立准静态模型,分析锁相环(PLL)和虚拟同步机(VSG)在HMG系统中的同步机制,讨论PLL和VSG同步环间相互作用对电流(电压)控制型逆变器稳态工作点的影响,进而得到弱电网下HMG同步稳定性与电网阻抗、电网电压之间的关系。在此基础上,考虑弱电网下发生的电网电压跌落故障,对HMG同步稳定性与各逆变器稳态工作点、同步环参数之间的关系进行分析。实验结果验证了理论分析的正确性,为实际中HMG给定指令和同步参数的合理配置提供指导。     

弱电网下电压源型逆变器锁相环的改进

弱电网并网运行时会产生谐波干扰以及电网电压频率波动等问题,导致逆变器输出电流谐波失真。弱电网并网环境对锁相环(Phase Locked Loop, PLL)的性能提出了更高的要求。针对弱电网下并网逆变器的控制要求,在分析并网电压源型逆变器(Voltage Source Converter, VSC)控制模型基础上,提出一种弱电网下PLL的优化方案。该方案采用超前补偿器补偿平均滑动滤波器(Moving Average Filtering, MAF)的相位延迟以提高系统的动态响应;引入前馈频率估计环,提高系统在电网电压频率偏差较大时的锁相精度,仿真验证改进的PLL的有效性。建立并网VSC系统实验平台对文中所述改进方法进行验证。实验结果表明,经PLL改进后的VSC系统在弱电网条件下具有良好的鲁棒性,逆变器入网电能质量得到了保证。     

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。     

增强并网逆变器对电网阻抗鲁棒稳定性的改进前馈控制方法

随着分布式电源并网功率的逐渐增加及接入点的广泛分布,电网越来越表现出弱电网特性,即电网阻抗相对较大,此时在并网逆变器中广泛应用的电网电压前馈控制会严重影响到系统的稳定性。以L型滤波并网逆变器为研究对象,采用框图等效变换的方法分析弱电网情况下前馈控制对并网逆变器特性的影响机理,以及电网等值电感和阻感比对系统稳定性的影响规律,并在电压前馈通道中引入一种带通滤波环节,提高弱电网下并网逆变器的鲁棒稳定性。分析表明,附加带通滤波环节的电压前馈控制可使得逆变器在短路比较小的弱电网中仍能够稳定工作。最后,搭建一台66k V·A并网逆变器实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性和所提改进策略的有效性。     

弱电网下逆变器并网系统失稳的两种诱因

为增加功率密度并降低制造成本,并网逆变器采用的滤波器电感越来越小且多台逆变器并联会导致线路等效阻抗被放大,致使弱电网等效线路阻抗与逆变器滤波器电感比值较大。弱电网下较高阻抗比会导致并网逆变器失稳且失稳诱因与其在传统低短路比弱电网下失稳诱因并不相同。将弱电网的工况分为低短路比–低阻抗比工况和低短路比–高阻抗比工况,该文对2种工况下系统失稳诱因进行了对比研究。发现了低短路比–低阻抗比下系统失稳主要和锁相环引入的负阻抗相关,而低短路比–高阻抗比下系统失稳同时和锁相环引入的负阻抗以及电网电压前馈引入的负阻抗和容性阻抗相关。低短路比–高阻抗比弱电网中,并网逆变器采用较小或者较大的电网电压前馈系数均不利于系统稳定性。为保证低短路比–高阻抗比下系统稳定性,需解决电网电压前馈系数优化设计问题。对此,该文基于系统奇异值提出了电网电压前馈系数的优化方法。最后,通过仿真和实验结果验证了研究结果正确性和所提方法有效性。     

提高弱电网下并网逆变器稳定性的复合补偿策略

采用电压前馈控制以及H∞控制组成的H∞复合控制策略,利用阻抗分析方法,分析电网阻抗对并网逆变器稳定性的影响,通过分析并网逆变器的输出阻抗特性,提出了一种在电压前馈通道引入复数滤波器以及在系统前向通道引入超前校正环节的复合补偿方法,以此提高并网逆变器在弱电网下的稳定性。最后,在MATLAB/Simulink中对所提方法进行仿真实验,结果表明,通过在电压前馈通道引入复数滤波器以及系统前向通道引入超前校正环节,可以提高所用策略对电网阻抗的适应能力。     

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。     

弱电网下多并网逆变器谐振失稳研究综述

并网逆变器引入的谐振问题将直接影响并网电流质量和系统的稳定运行。该文从并网逆变器系统稳定性分析方法、稳定性影响因素和谐振分析方法三方面进行综述。首先介绍了并网逆变器拓扑和控制方法。其次,对比了状态空间法和阻抗分析法在并网逆变器系统稳定性分析中的应用,研究了并网逆变器输出阻抗建模方法。然后,分析了电网阻抗、逆变器参数、锁相环、逆变器并联数量等因素对并网逆变器系统稳定性的影响。最后,采用传统频域分析法和模态分析法分别分析了多并网逆变器系统的谐振失稳机理,探索了模态分析法在多并网逆变器系统谐振分析中的优势及应用前景。     

光伏逆变器改进控制策略的稳定性研究

光伏逆变器在弱电网下运行时,不均匀的线路阻抗使微电网控制系统功率因数下降、带宽变窄、控制性能减弱、跟踪误差变差,甚至导致逆变器系统退出运行等现象。为此,首先在双闭环控制方式下,通过电压环振荡处理引入瞬时无功控制手段与电压前馈控制方式来减少无功输出,提高逆变器控制系统并网电流质量。其次采用锁相环与锁频环复合同步手段优化跟踪质量,提高控制系统功率因数以及抗干扰能力。最后通过搭建两台2 kW同型号的单向并网逆变器并联运行的实验平台验证了该控制方法的正确性与实用性。     

考虑锁相环影响的多逆变器并联接入弱电网稳定性分析

锁相环在经逆变器并联接入电网时,对确保并网电流与电压保持同步有着至关重要的作用.且在弱电网下电力电子设备的自身动态及其与电网的相互作用明显引发复杂的稳定性问题.文中从多逆变器并网的控制系统出发,建立了计及锁相环、电流调节器等控制环节影响的阻抗分析模型,考虑了各个逆变器对其它逆变器及其与交流电网之间的相互影响,提出了多组逆变器并网的阻抗稳定性判据.分析了随着电网强度、锁相环参数及逆变器数目的 变化对系统稳定裕量的影响,并根据所得稳定性判据给出了不同电网强度下可以并联的最大逆变器数目,最后在PSCAD上搭建多个逆变器并联接入弱电网的模型,验证了所得结果的正确性.     

基于无源控制的并网逆变器特定次谐波电流抑制方法

分布式新能源发电多并接于较弱的配电网,该地区电网电压谐波含量大。受电网电压谐波与开关特性的影响,并网逆变器的电流容易发生畸变现象,影响系统稳定性。为此,文中针对三相并网逆变器提出一种基于无源控制的特定次谐波电流抑制方法。首先建立三相并网逆变器的欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange, EL)数学模型,并设计电流环无源控制器;然后结合多重参考系(multiple reference frame, MRF)方法引入误差电压补偿环路,对谐波电流进行独立控制;最后搭建系统仿真模型,并与传统比例积分(proportional integral, PI)控制和无源控制进行对比仿真研究。仿真结果表明,所提控制方法在具有无源控制优点的同时能够有效抑制三相并网逆变器的谐波电流,提高并网电流的电能质量,降低滤波器的设计要求,提高并网逆变器的弱电网适应能力。     

增强并网逆变器对弱电网适应能力的控制策略

弱电网中,并网逆变器与感性电网阻抗之间产生交互耦合从而引发谐振现象,采用电压比例前馈控制虽然可以抑制谐振,但其额外引入的正反馈回路也会降低并网逆变器的相角裕度.针对这种局限性,建立LCL逆变器并联系统的数学模型及诺顿等效电路,再利用阻抗法分析电压前馈控制对系统稳定性的影响,并提出了一种新型的基于相位超前补偿的电压前馈控...     

基于电网电压前馈补偿的光伏并网逆变器零电压穿越控制

根据相关国家标准要求,大型光伏并网逆变器需具备零电压穿越(ZVRT)能力以防止其发生低压自动脱网,从而影响电力系统正常稳定运行。在分析光伏并网逆变器ZVRT标准的基础上,详细讨论了逆变器实现ZVRT的各项关键技术,包括电网电压正负序分离及锁相、逆变器有功和无功电流控制、电网电压不平衡时系统控制等。在此基础上,进一步提出向系统电流环引入电网电压前馈分量相位超前补偿环节,以改善逆变器故障穿越瞬间并网电流过冲现象。最后,利用RTDS和一台500 k W样机的实验结果验证了所述光伏并网逆变器ZVRT控制策略的正确性和有效性。     

弱电网下基于加权系数的电网电压前馈控制策略

在含有电网电压背景谐波以及电网阻抗变化情况下,并网逆变器的控制性能会受到影响。直接电网电压比例前馈因其实现方便且可有效抑制电网背景谐波而获得广泛关注,但其在高电网阻抗的弱电网情况下会降低电流控制的相位裕度,影响并网稳定性。基于加权系数的电网电压前馈控制策略存在基波增益下降的问题,但是能够大幅提高并网逆变器的稳定性。首先,对并网逆变器进行数学建模,并结合阻抗稳定性判据全面对比分析了弱电网下基于加权系数的电网电压前馈控制策略和传统直接电网电压前馈控制策略的动、稳态性能,得出了前者在弱电网下具有更好的电网适应性;其次,给出了调整系统闭环增益的方式来提高并网逆变器基波跟踪性能的理论分析;最后,结合Matlab/Simulink仿真和实验,进一步验证了弱电网下基于加权系数的电网电压前馈控制策略的有效性。