谐波不平衡电网电压情况下三相并网逆变器故障穿越控制研究

并网导则要求并网逆变器故障穿越过程中向电网注入功率帮助电网电压恢复。然而实际电网存在低次谐波,注入电网的有功和无功功率通过线路阻抗将影响公共耦合点电压质量,降低并网系统运行可靠性。针对此问题,分析电网电压谐波分量对公共耦合点电压的影响,然后提出一种公共耦合点电压恢复控制策略,通过调节正序负序和谐波控制系数改善公共耦合点电压质量。最后对传统方案和提出的方案进行实验研究,实验结果验证了提出方法的有效性。     

基于CPT理论和重复控制的多功能并网逆变器研究

针对具有电能质量治理和功率输出功能的三相三线制多功能并网逆变器,提出在两相静止坐标系下基于CPT功率理论的改进电能质量补偿分量计算方法,实现在并网点电压畸变情况下不引入锁相环,提取负荷电流中的谐波、无功和不平衡分量。为实现对负荷电流补偿分量跟踪输出以及在畸变电压干扰下的输出电流控制,同时简化电流内环控制器结构,采用H∞重复控制理论设计逆变器输出电流控制环。由于多功能并网逆变器在运行中,控制环节稳定性受到本地负荷以及并网点线路阻抗的影响,基于由CPT理论构建的一般负荷模型,提出适用于复杂负荷以及线路阻抗接入情况下的H∞重复控制系统稳定性分析方法。最后在硬件实验平台上对所提出多功能并网逆变器控制策略进行了验证,实验结果表明其有较好的电能质量治理能力。     

弱电网下计及锁相环影响的并网逆变器稳定性提升方法

并网逆变器通常使用锁相环获取电网电压同步信息。在弱电网中,电网阻抗不可忽略,公共耦合点处的电压扰动使得锁相环输出相角存在偏差,从而影响对并网电流的控制,不利于并网逆变器的稳定运行。为抑制锁相环引入的扰动、增强并网系统的稳定性,提出一种基于非理想广义积分器的改进小信号补偿控制方法。首先,在dq坐标系下建立考虑锁相环影响的LCL型三相并网逆变器小信号模型。然后,分析加入小信号补偿前后并网逆变器等效输出阻抗的变化特征,针对小信号补偿方法对稳定裕度的提升效果随频率升高减弱这一问题,在小信号补偿的基础上加入微分补偿通路,微分项由非理想广义积分器等效替代。在电网阻抗宽范围变化时,采用所提方法可以确保并网逆变器始终保持良好的稳定裕度,增强了并网逆变器的稳定性和动态性能。最后,通过实验验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

基于光伏逆变器实现的无网侧电流互感器谐波补偿方法

配电网中非线性负载日益增多,带来了严重的谐波危害。同时,分布式并网光伏逆变器在配网中应用越发广泛,因此利用其富余容量有效解决电网的电能质量问题,具有重大工程价值。然而受安装位置及接线方式影响,光伏逆变器通常无法通过采样得到电能质量治理功能所需的系统侧或者负荷侧谐波电流。因此本文研究了一种无网侧电流互感器情况下利用光伏逆变器实现谐波补偿功能的方案。通过光伏逆变器朝电网注入特定频率和波形的电流,然后利用阻抗估算的方法得到电网阻抗估算值,再检测系统电压中的谐波分量与之前得出的电网阻抗估算值计算得到网侧谐波电流值,从而进一步通过闭环控制补偿系统中的谐波电流。仿真试验证明,该方案在无网侧电流互感器的情况下,能够实现光伏逆变器的谐波补偿功能。     

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。     

大型光伏电站谐振现象分析

建立了大型光伏电站的诺顿等效模型,推导了逆变器输出电流和并网点电压表达式,研究了光伏电站中由无功补偿装置、升压变压器漏感、输电线路阻抗等组成的电网阻抗对三相光伏逆变器并联系统谐振现象以及电能质量的影响。最后建立系统仿真模型进行验证,结果表明:电网阻抗导致系统存在谐振现象,降低系统电能质量;与输电距离增加相比,光伏电站容量增加更容易导致系统电能质量降低;并网点电压的谐波畸变率远大于逆变器输出电流,并网点电压谐波含量更易超标。     

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。     

计及负序电流均衡的孤岛微电网电压不平衡协同控制策略

孤岛微电网中,由于公共耦合点(PCC)处存在大量单相负荷和非线性负荷,系统易出现三相电压不平衡及负序电流无法均衡分配问题。为此,在分析不平衡补偿与负序电流均衡机理的基础上,提出一种基于动态一致性算法的电压不平衡补偿及负序电流均衡控制策略。在分布式二次控制层中,通过分布式稀疏通信网络实现相邻的分布式电源间实时数据交换,采用动态一致性算法估算全局平均电压和平均负序电流,自适应调节电压不平衡补偿参考向量,以实现电压不平衡补偿和负序电流的均衡控制。该控制策略不仅实现了公共耦合点处电压不平衡补偿,还解决了分布式电源(DG)间因线路阻抗分布不均的负序电流均衡控制问题。最后,通过仿真与实验验证了所提方法的有效性和可行性。     

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。     

多逆变器并网系统输出阻抗建模与谐波交互

针对大量分布式并网逆变器接入到公共电网时逆变器侧与网侧之间的交互影响问题,从并网逆变器闭环系统外特性角度入手,提出在同步旋转坐标系下对LCL型三相并网逆变器入网电流和滤波电容电流双闭环系统进行输出阻抗建模。利用前馈解耦策略,将dq轴控制环路之间的耦合阻抗消除。考虑到实际系统多采用数字系统,将数字控制延时引入到模型中以更加精确地反映实际并网逆变器的输出阻抗特性。基于无dq环路阻抗耦合和引入数字控制延时情况下的精确输出阻抗模型,对多逆变器并网系统进行阻抗网络建模、谐振机理剖析及谐波交互影响分析。理论分析结果表明,逆变器产生谐波成分与电网电压谐波成分会加剧多模块并网系统入网电流的谐波畸变。仿真结果验证了所建输出阻抗模型的正确性及其在逆变器—电网交互系统性能分析中的有效性。     

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。     

弱电网下单相并网逆变器延时锁相环的鲁棒控制及优化方法

单相并网逆变器中,基于延时的锁相环是一种常用的公共耦合点电压相位同步方法。然而,在电网阻抗较大时,采用延时锁相环的并网逆变器电流谐波可能增加,系统可能出现不稳定。目前,虽然已有部分文献对此现象进行了解释,但是仍少有可解决延时锁相环对系统性能不利影响的有效方法。因此,该文旨在对传统基于延时的锁相环进行优化以提高鲁棒性。首先,通过对逆变器输出阻抗进行建模,解释基于延时的锁相环在弱电网下导致系统性能恶化的原因。然后,提出一种基于延时的锁相环的优化控制及设计方法,以提高逆变器在弱电网下的鲁棒性。对比实验表明,即使在高电网阻抗下,采用改进方法的单相并网逆变器系统仍然可以实现高质量的进网电流输出。     

基于阻抗重塑的多并网逆变器并联系统谐振抑制方法研究

多并网逆变器并联系统存在并联谐振问题,且会受到电网阻抗和并联逆变器台数影响导致并联谐振频率点偏移,给该并联系统的控制及稳定运行带来一定的难度。建立了多并网逆变器并联系统的阻抗模型,并根据阻抗重塑原理,采用基于虚拟阻抗的全局谐振抑制方法,通过在公共连接点并联额外的电力电子装置,实时检测公共连接点处谐波电压,采用基于变换器侧电流反馈控制策略,产生一定大小且和谐振频率相关的虚拟阻抗,实现对电网阻抗的重塑以抑制并联系统的谐振。该方法在不改变各个逆变器原有控制策略的情况下,既可以抑制并联谐振,又可以提高整个系统的稳定性。最后,通过仿真验证所研究全局谐振抑制方法的正确性与可行性。     

利用公共耦合点电压估计的微电网逆变器下垂控制策略

孤岛运行是微电网的一种典型运行模式。针对该模式下低压微电网配电线路阻抗不匹配会导致网内并联逆变器间无功功率分配不平衡、从而使公共点电压、频率产生波动的问题,本文提出了一种利用公共耦合点电压估计的微电网逆变器控制算法。具体策略是采用公共耦合点电压估计提供dq旋转坐标变换测量值,同时结合PI电流内环、电压外环的双环控制策略,可以有效解决配电线路阻抗不匹配时微电网逆变器间无功功率的合理分配问题,保证了供电电能质量。最后采用PSCAD仿真软件搭建了微电网控制模型并进行仿真,验证了该控制方案的合理性与有效性。     

基于改进下垂法的微电网逆变器并联控制技术

为实现逆变器并联系统在线路阻抗不同情况下实现功率均分和环流抑制,同时为了提高系统的动态响应,提出了一种改进的逆变器并联下垂控制方法。针对传统下垂法反馈信号不可能准确测到等效线路阻抗后的公共节点电压,采用逆变器输出端电压推导出了改进功率计算公式,提高了微电网逆变器并联均流控制器的控制精度;针对微电网逆变器并联时不同电压等级连接线路阻抗不同引起的无功环流,设计了线路压降补偿环节,改善了逆变器并联系统的均流性能;针对利用低通滤波器计算功率时对并联系统动态响应的影响,在传统下垂法的基础上增加积分环节和微分环节,加快了系统的动态响应,消除了静态误差。仿真结果表明,该改进下垂控制法可以很好地实现逆变器的功率均分和环流抑制,提高了系统响应速度。     

基于阻抗辨识的下垂控制并网逆变器孤岛检测方法

为了保障安全及并网电能质量,基于并网逆变器的分布式发电系统需要具备孤岛检测功能。传统孤岛检测方法不适用于下垂控制并网逆变器,而现有适用于下垂控制并网逆变器的孤岛检测方法需要改变下垂特性且存在检测盲区的问题。为了解决上述问题,提出一种基于阻抗辨识的下垂控制并网逆变器孤岛检测方法。该方法在公共耦合点注入电压扰动,通过电压、电流扰动信号辨识阻抗,进而依据阻抗变化判定是否出现孤岛效应。利用谐波扰动注入放大孤岛前后特征量差异,提高检测灵敏性。另外,通过递归离散傅里叶变换提取扰动信号,提高了阻抗辨识的准确度和时效性。实验结果验证了所提方法的有效性。     

弱电网下LCL型并网逆变器输出阻抗复合重塑策略

针对电网电压比例前馈和锁相环（PLL）影响下,电网阻抗宽范围变化时易导致并网逆变器失稳的问题,首先建立了考虑电网电压比例前馈和PLL影响的并网逆变器输出阻抗模型,借助阻抗稳定判据对系统稳定性进行了分析;然后提出一种基于电网电压前馈的复合阻抗重塑策略,通过在电网电压比例前馈环节串联低通滤波器以及加入消除PLL影响的电网电压前馈支路,重塑并网逆变器输出阻抗;最后通过仿真和实验验证所提阻抗重塑策略能够有效提升并网逆变器在电网阻抗宽范围变化情况下的稳定性,改善并网电流质量。     

基于功率解耦的光伏低电压穿越控制策略

依据国家电网制定的并网标准,提出了一种增加功率解耦的低电压穿越(LVRT)控制策略,对双环控制进行了简要阐述,并进行改进。通过对电网电压跌落深度进行检测,该控制策略在不同跌落深度下经逆变器向电网补偿相应无功,在考虑线路阻抗的情况下,通过前馈实现功率的解耦,减小了控制策略切换时因输出功率耦合造成的功率波动问题。通过实验对比分析了增加功率解耦前后逆变器功率输出波动变化,改进控制后可以有效降低因功率耦合造成的波动。