提高LCL型并网逆变器阻抗重塑控制鲁棒性的延时补偿方法

阻抗重塑方法通过增大LCL型并网逆变器的输出阻抗,提高逆变器对电网谐波电压的抗扰能力。但阻抗重塑控制通常采用数字控制方法,存在控制延时,降低了逆变器的稳定性,并在高于1/6采样频率(f_s/6)的频率段减小了逆变器输出阻抗的模值。为此,提出一种LCL型并网逆变器的状态预估延时补偿方法,通过补偿延时环节产生的相位滞后,优化了虚拟阻抗函数。该方法显著增大了逆变器输出阻抗的模值,提高了阻抗重塑控制的鲁棒性,使逆变器在电网含有谐波电压时满足并网电流的谐波标准。以三相LCL型并网逆变器为例进行实验,验证了控制策略的有效性。     

非理想电网下逆变器并网电流质量改善策略

逆变器在非理想的电网条件下采用传统的电网电压前馈控制时,其输出阻抗的相位裕度很低,且不能很好地抑制电网电压的谐波传入控制系统,从而很难保证其并网电流的质量。提出了一种改善在非理想电网条件下逆变器并网电流质量的方法。首先,建立PR控制下采用传统电网电压前馈的LCL型逆变器输出阻抗模型,提出利用带通滤波器改进的电网电压前馈策略,提高逆变器对电网阻抗的鲁棒性。同时在PR控制器上并联多次谐波补偿器,使其不仅能够提高逆变器对电网阻抗的鲁棒性而且能够有效地抑制电网电压谐波对逆变器并网电流的干扰,从而改善非理想电网条件下的逆变器并网电流的质量。最后,利用仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

计及谐波影响的光伏逆变器控制方法研究

在光伏并网发电过程中,为了不影响电网的电能质量,逆变器输出并网电流谐波分量应该满足相关的并网标准。文章提出了一种基于阻抗分析的方法,分析了光伏并网逆变器与含背景谐波电网之间的谐波交互影响问题。光伏并网所引起的谐波谐振问题产生的根本原因是逆变器等效输出阻抗和电网等效阻抗在并网公共连接点(POC)处存在阻抗交点,且在交点位置阻抗和值最小,此时并网电流幅值将明显增大,即产生谐波谐振现象。为了分析这一问题,本文建立逆变器的诺顿等效模型,推导逆变器的等效输出阻抗表达式,并基于光伏并网谐波电压、电流的最大限值及谐波谐振条件,分析逆变器等效输出阻抗的合理取值范围。在此基础上,采用PI控制、准PR控制两种不同的控制方法调节逆变器等效输出阻抗,有效的抑制谐波,并避免谐波谐振现象的产生。通过仿真实验,验证了本文方法的有效性。     

一种LCL型并网逆变器的复合阻抗重塑方法

LCL型并网逆变器高频谐波衰减能力强,但存在谐振问题,并且并网电流在电网低频谐波电压的扰动下发生严重畸变。建立LCL型并网逆变器的状态空间模型,通过状态反馈有源阻尼控制配置主导极点,对并网逆变器谐振频率的输出阻抗进行校正,引入阻尼比以抑制谐振峰。进一步地,为了抑制电网背景谐波电压对并网电流的扰动,提出一种谐波补偿方法,通过电压前馈函数与二阶Butterworth滤波器串联,重塑逆变器的中低频输出阻抗,同时提高了电压前馈控制对阻抗参数的鲁棒性。采用这种复合阻抗重塑方法时,逆变器的中低频输出阻抗可以增大10倍以上,仿真实验验证了所述方法的正确性和有效性。     

并网逆变器的阻抗自适应控制方法

弱电网下,含电网电压前馈控制的并网逆变器和电网之间的阻抗交互作用,可能导致并网电流谐波放大甚至系统失稳。分析了输出阻抗特性,以提高逆变器与电网之间的稳定相角裕度为目标,提出了基于并网电流微分和电网电压微分的串、并联复合阻抗校正方法;讨论了微分系数对相角提升的灵敏度,给出了一种自适应调整的微分系数设计方法。该方法使得并网系统在电网阻抗宽范围变化时均能稳定运行,同时提高了并网系统对电网电压的抗扰性能。实验结果验证了所提控制方法的有效性。     

基于自适应虚拟阻抗的并网电流谐波抑制

分布式发电系统在电网中所占的比重持续增大,电网逐渐呈现弱电网特性,采用电压源型控制的并网逆变器可以在弱电网下可靠并网,但是并网电流易受电网电压背景谐波的影响。针对该问题,首先通过对电压源型并网逆变器输出阻抗建模分析,建立并网系统的谐波等效电路,在此基础上提出了虚拟谐波阻抗的方法并给出具体的实现方式。其次,通过对谐波电流幅值的检测,提出谐波含量负反馈控制,实现了虚拟谐波阻抗大小的自适应变化。此外,电压环采用改进的比例-积分-谐振(PIR)控制器,实现了对交流信号的准确跟踪。最后,结合Matlab/Simulink仿真和实验进一步验证了所提方法的有效性。     

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。     

电网电压前馈控制VSG的阻抗建模与并网稳定性分析

针对电网电压谐波背景下虚拟同步发电机（VSG）并网电流畸变及并网稳定性下降问题,文中提出了一种基于电流环的电网电压前馈控制策略。从入网电流传递函数出发,设计电压前馈控制模块以消除背景谐波的影响,并基于谐波线性化方法分别建立加入前馈控制前后的VSG序阻抗模型,对其在各频段阻抗特性及并网稳定性上的影响进行对比分析。结果表明,引入该前馈控制等同于在VSG输出端并联虚拟阻抗,输出阻抗的高频段幅频曲线上移,可以改善非理想电网条件下的并网电流质量。同时,中高频段相频特性由容性矫正为感性,可以消除并网条件下的谐波振荡风险,提高交互系统稳定性。最后,基于实时仿真实验平台（RT-LAB）硬件在环实验验证了文中控制策略及理论分析的正确性。     

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。     

弱电网下提高并网逆变器稳定性的相角方法

电网阻抗不断增加,其与并网逆变器阻抗频率交截处相角会越来越低,基于电容电流反馈有源阻尼法抑制谐振尖峰可能失效,容易发生低次谐波振荡,并网逆变器趋于不稳定。从阻抗法的角度,建立LCL型单相并网逆变器系统阻抗模型,提出电网电压前馈相角提升方法,提高电网阻抗与逆变器输出阻抗频率交截处的相角达到稳定裕度的要求,采用该方法能有效提高并网逆变器系统在阻抗变化下的稳定性。     

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。     

基于电压扰动源的并网逆变器输出阻抗测量方法

并网逆变器输出阻抗是判定其并网运行稳定性的重要参数,通常采用谐波电流注入法测量。但由于并网逆变器本身存在背景谐波,会影响测量结果的准确性,采用非整数谐波的偏频电流注入方法能够有效避免该问题。然而,由于实际电网运行频率在一定范围内波动,采用谐波电流源注入非整数次谐波电流时存在难以同步的问题,从而造成测量误差。针对以上问题,该文利用电压扰动与电流扰动两种阻抗测量方法的等效性,提出通过同一台电压扰动源产生基频及非整数次谐波电压进行逆变器阻抗测量的方法,以提高阻抗测量的准确性,最后通过插值获取逆变器全频段阻抗。实时数字仿真结果证明了所提测量方法的有效性和可行性。     

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。     

基于协调控制的光伏并网谐波抑制策略

由于电网电压谐波与电网阻抗变化的影响,光伏并网集群系统的稳定性会受到不利影响。针对此问题,此处首先建立光伏并网集群系统模型,利用逆变器输出阻抗模型分析讨论双闭环控制下T型三电平逆变器系统的稳定性能;进而,提出一种协调控制策略,该策略在双闭环控制的基础上引入电网电压加权比例前馈和带相位补偿的QPR调节器,并通过协调控制方法对基波和主要低次谐波进行抑制。最后,通过仿真和实验验证,3台逆变器并网集群系统采用所提协调控制策略后,并网电流总谐波畸变率(THD)下降了4.03%,证明了该策略的有效性。     

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。     

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。     

弱电网下LCL滤波并网逆变器自适应电流控制

由电网电压谐波以及电网阻抗变化等引起的电网不确定性严重影响LCL型并网逆变器的电流控制。电网电压比例前馈因实现方便且可有效地抑制电网谐波的作用而获得了广泛的关注,但少有文献探讨其在电网阻抗大幅变化即弱电网下的性能。该文分析表明,弱电网下该前馈补偿会大幅降低电流控制的稳定裕度。随着电网阻抗中感性成分的增大稳定裕度变差,最终导致不稳定。此外,低次谐波电流抑制也会失效。针对上述问题,提出一种基于电网阻抗估测的自适应控制方法,即时修正用于前馈补偿的电压以及调整调节器参数以保证较好的相位裕度或高带宽。对比分析以及实验研究表明提出的方案可有效地提高LCL滤波并网逆变器的电网适应性。     

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。     

抑制电网电压扰动的输出阻抗增强型控制环路优化设计研究

为抑制电网背景谐波对并网电流的影响,该文从输出阻抗重塑角度出发,提出基于输出阻抗增强的控制环路拓扑推演与拆分优化方法。在此基础上以LCL型电容电流、并网电流双闭环为例,研究基于阻抗增强的谐波抑制控制环路拓扑,提出一种电容电压和并网电流回馈控制环路拓扑结构,这种结构消去了电容电流内环,简化了控制回路,同时具有抑制谐振尖峰的效果。最后通过仿真及实验验证该方法的有效性和正确性。