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。     

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全局谐振抑制

弱电网条件下,各逆变器之间以及逆变器与电网之间会形成交互耦合,从而影响到系统的稳定运行。针对该问题,提出了一种弱电网下多逆变器并网系统的全局谐振抑制策略。首先,基于并网电流反馈,提出改进的有源阻尼策略形成虚拟阻抗,来增加逆变器自身阻尼,从而抑制多逆变器并联谐振;其次,通过结合电网阻抗测量的改进电网电压前馈策略,抑制电网背景谐波电压通过电网阻抗产生的谐波谐振,从而提高多逆变器并网系统的稳定性。仿真和实验结果均验证了所提谐振抑制策略的有效性和可行性。     

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.     

弱电网下采用电容电压前馈的LCL并网逆变器谐振频率偏移抑制策略

弱电网下电网阻抗的宽范围变化会导致系统环路谐振频率偏移,进而造成LCL并网逆变器的稳定性下降.针对此问题,提出一种采用电容电压前馈的LCL并网逆变器环路谐振频率偏移抑制策略,该策略利用电容电压比例微分前馈控制对系统环路谐振频率偏移进行极大地抑制,并以电容电压锁相进行功率因数校正,节省了一组传感器,以此来实现逆变器单位功...     

光伏集群逆变器的谐振机理及抑制技术研究

光伏集群式发电能够提高光伏电站的发电效率,但是光伏集群逆变器并网后会产生谐振,影响电力系统安全稳定运行。为了保证电网供电可靠性,研究了光伏集群系统的谐振产生机理,并对谐振特性进行分析,提出了电容电流前馈与逆变器侧电流反馈控制和RC型全局谐振抑制相结合的控制策略,对光伏集群系统进行谐振抑制。通过仿真和实验验证控制方法的有效性,实验结果表明谐振可以被有效抑制,光伏集群系统可以安全稳定地接入电网,保证供电可靠性。     

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。     

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。     

提高弱电网下LCL型并网逆变器稳定裕度的改进前馈策略

传统比例电网电压前馈能够抑制电网背景谐波对并网逆变器的影响,但是在弱电网下比例前馈会引入电网阻抗,电容电压相关信息的正反馈,大幅降低电流控制的开环相位裕度,严重影响了并网逆变系统的可靠性.首先建立了弱电网下并网逆变器的数学模型,分析了弱电网下电网电压前馈导致系统不稳定的机理;然后提出了一种电容电流补偿的电网电压前馈方案...     

弱电网下三相LCL光伏并网逆变器控制策略研究

分析电网阻抗对光伏逆变器的影响,同时提出消除电网阻抗对并网光伏系统稳定性影响的方法:极点配置法。电流控制器采用准比例谐振方法以抑制电网电压对并网电流的影响。在MATLAB中搭建系统仿真,仿真结果表明所提出的极点配置方法能够有效抑制电网阻抗对光伏逆变器稳定性影响,并与准比例谐振控制器结合,提高了入网电流的波形质量。     

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。     

弱电网下基于高带宽并网逆变器的并网系统鲁棒性提升技术研究EI北大核心CSCD

数字控制LCL型并网逆变器的固有控制延时会影响原有谐振阻尼方案的控制特性,从而降低并网逆变器在弱电网下的鲁棒性。该文首先基于不同参数建立多逆变器并联系统在弱电网下的多输入多输出矩阵,并推出确保系统进网电流稳定性以及各模块交互电流稳定性的3条判据。进一步地,基于频域阻抗法分析数字控制延时在模块采用不同开关频率的情况下对系统鲁棒性的影响,进而发现在系统中引入高带宽逆变器对于抑制低频谐振的有效性。分析高带宽逆变器模块与低频模块之间的交互稳定性,据此选取高带宽并网逆变器的开关频率。最后,搭建一台基于新型宽禁带器件GaN的高带宽并网逆变器原理样机,并将其并入低频模块并网系统中去,通过实验验证所提高带宽并网逆变器有助于提高弱电网下系统的鲁棒性,为提高分布式发电系统的稳定性提供一种新思路。     

高带宽数字控制LCL型并网逆变器及其提高并网系统鲁棒性的谐振抑制技术研究

数字控制LCL型并网逆变器的固有控制延时会影响原有谐振阻尼方案的控制特性,从而降低并网逆变器在弱电网下的鲁棒性。该文首先基于不同参数建立多机并联系统在弱电网下的多输入多输出矩阵,并推出了确保系统进网电流稳定性以及各模块交互电流稳定性的三条判据。进一步地,基于频域阻抗法分析数字控制延时在模块采用不同开关频率的情况下对系统鲁棒性的影响,进而发现在系统中引入高带宽逆变器对于抑制低频谐振的有效性。然后,分析了高频模块与低频模块之间的交互稳定性,据此选取高带宽并网逆变器的开关频率。最后,在实验室搭建了一台基于新型宽禁带器件GaN的高带宽并网逆变器原理样机,并将其并入低频模块并网系统中,通过实验验证了所提出的高带宽并网逆变器有助于提高弱电网下系统的鲁棒性,从而为提高分布式发电系统的稳定性提供了新思路。     

弱电网下基于D分割法的逆变器PI参数设计及稳定域分析

随着新能源装机容量和渗透率的增加,电网逐渐呈现出较大等效电网阻抗的弱电网特性,此时常规强电网下设计的并网逆变器比例-积分(PI)参数往往会引起系统谐振等不稳定问题。针对弱电网下如何优化设计并网逆变器PI参数的问题,常规方法往往需要近似处理或反复试凑,而且无法结合多个性能指标进行参数整定。因此,文中基于D分割法得到了弱电网下的并网逆变器同时满足相角裕度、幅值裕度、电流环带宽和短路比等多性能指标下的PI参数稳定域,并通过图形可视化地表现出来,从而快速、准确地获取弱电网下的PI参数,避免了反复试凑。最后,得出了弱电网下的并网逆变器即使将锁相环带宽设置得很低,其PI参数也需要合理进行设计和选取才能使其稳定、高效运行的结论,并基于30 k W实验平台验证了该设计方法和结论的正确性。     

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。     

弱电网下光伏并网逆变器电能质量控制策略研究

针对弱电网下存在较大的电网等值阻抗导致电力系统中谐波以及电压波动影响整个电力系统电能质量的问题,提出一种基于瞬时无功功率理论的光伏并网逆变器电能质量控制策略.该控制策略采用PI双闭环控制实现直流侧母线电压稳定,并增加电压幅值反馈控制以稳定PCC点电压.最后,基于Matlab/Simulink平台搭建弱电网下光伏并网发电...     

基于LC滤波器多机并网谐振影响及对策研究

在逆变器多机并网的背景下,研究分析了基于LC滤波器在弱电网条件下并网点电压谐振的机理和谐振频率的变化原因,得出了弱电网下多机并网会使电网越来越弱的结论。分析了谐振对并网逆变器设计和控制带来的影响及对策,提出一种新的基于虚拟阻尼介入的并网逆变器控制模型,研究了反馈系数对减弱谐振的影响,通过仿真试验,证明了新的控制模型能够适应弱电网,削弱并网点电压和电流的谐振,并能改善并网环境。     

基于混合阻尼的光伏集群逆变器并网谐振抑制

组串式光伏集群逆变器系统并网后会引发谐振,给系统带来不利影响.为抑制集群并网谐振,建立集群逆变器的数学模型,研究分析了谐振机理与谐振特性,提出一种基于混合阻尼的全局谐振抑制策略.该策略在逆变器电流环中引入电容电流反馈与并网电压比例前馈作为有源阻尼,以削弱并网电流的谐波;在此基础上加入RLC型二阶谐振抑制电路作为无源阻尼,以抑制系统谐振,使集群并网时逆变器输出电流满足并网条件.仿真和实验结果表明,3台组串式光伏集群逆变器采用该策略后,并网电流总谐波畸变率(THD)由10.54％下降至1.97％,有效抑制了并网谐振.     

基于LCL参数优化的逆变器自适应控制

高比例可再生能源并网后,电力系统的运行场景更为复杂,电网阻抗变化及电网谐波等引起的电网不确定性严重影响了LCL型并网逆变器和电网稳定运行。为在弱电网条件下,使并网逆变器满足稳定性运行与电能质量要求,提出一种基于LCL参数优化设计的并网逆变器自适应控制方法。考虑控制系统延时特性,结合操作条件并利用奈氏判据计算出实际电网的最优参数形成一适应;针对弱电网的阻抗、频率带来的变化对比例谐振(PR)控制器进行改进形成二适应。工程结果验证了两个适应环节形成的自适应控制方法的有效性。在高比例可再生能源并网中有极大的应用前景。     

大规模光伏并网系统谐振机理及稳定性分析

在弱电网下或者装机容量增加时,大规模光伏并网系统易引发谐波谐振,危及光伏电站的正常稳定运行。针对上述问题,以大规模光伏并网系统为研究对象,分别从系统阻尼、闭环控制等角度揭示了大型光伏电站和电网之间的谐振机理。研究结果表明:LCL滤波器自身的有源阻尼策略并不会导致大规模光伏并网系统引发谐振,引发谐振的关键因素在于并网逆变器自身的稳定裕度。电网阻抗、装机容量、系统参数设计、控制策略等因素的综合效应可以使并网逆变器在某一特定条件下运行到临界稳定状态附近而引发谐振,谐振将导致入网电流在相应谐振频段产生大量谐波。如果稳定裕度进一步减小,系统将逐步由谐振状态过渡到振荡、发散等不稳定状态。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性。