三相并网逆变器频率耦合机理分析及稳定性判定

并网逆变器中控制器dq轴结构或参数的不对称会导致系统在静止坐标系下存在两个扰动频率分量相互耦合,这一耦合因素会影响系统的稳定性。文中分析了系统中这两个扰动频率的耦合机理,分别得到了两个耦合频率下的逆变器等效导纳。利用这两个导纳,采用奈奎斯特判据判定了并网逆变器系统的稳定性,相比现有采用广义奈奎斯特判据的方法,稳定性判定过程简单,便于给出系统稳定裕量,指导逆变器控制器设计。实验验证了并网逆变器系统稳定性判定结果的正确性。     

并网逆变器抗网侧频率扰动的自适应重复控制

为能在电网频率发生变化时依然保持控制器的有效性,提出一种频率自适应重复控制的并网逆变器,通过自适应改变逆变器开关频率和采样频率,使逆变器能够精准跟踪电网频率的变化,并保持与电网谐波匹配的高谐振增益衰减,最终降低输出电流的总谐波畸变率(THD)。首先对并网逆变器和经典重复控制器进行数学建模,接着对重复控制器的5个重要性能参数进行了设计推导,然后针对电网频率变化介绍了频率自适应重复控制器的设计方案,并对其控制精度进行分析,最后借助实验样机对所提系统进行了验证。实验结果表明,所提频率自适应重复控制策略可以将输出电流THD控制在0.8%且能够很好地适应电网频率的波动。     

弱电网下基于对称PLL结构的并网逆变器频率耦合消除与稳定性增强方法

在分布式电源渗透率较高的弱电网下,由于电网阻抗的存在,并网逆变器易发生与锁相环相关的频率耦合振荡问题,进而导致入网电流质量和电网稳定性降低。为提高并网逆变器的振荡抑制能力,提出一种基于复数滤波器的对称锁相环(a symmetrical phase-locked loop synchronization structure based on the complex coefficient filter,CCF-SPLL)同步结构。所提的对称锁相环控制策略在不增加额外控制补偿回路或调整系统控制参数的前提下,可避免由传统锁相环引起的频率耦合特性,且增强了并网逆变器系统在弱电网环境下的稳定性。最后,通过RT-LAB硬件在环实验验证了文中理论分析的正确性以及所提控制策略的有效性。     

单相光伏并网逆变器控制策略的比较研究

采用单相两级式光伏并网拓扑结构,针对传统双闭环控制策略,在光伏电池输入功率发生骤变时,响应滞后,系统稳定性较差的缺点,采用带有输入功率前馈的双闭环控制策略,并对其进行详细地分析。通过上述的分析,基于MATLAB平台,分别就两种策略搭建了光伏并网系统的仿真模型。仿真结果表明,当输入功率发生突变时,相对于传统双闭环控制策略,带有功率前馈的双闭环控制策略,其并网电流能够更快地达到新的稳定,同时降低了直流母线电压在该过程中的波动,具有更优越的动态性能。     

一种单相非隔离光伏并网逆变器的控制设计

提出了对高频非隔离型光伏并网逆变器采用电流跟踪控制和电网电压前馈控制的策略,并对控制系统建模。建立了逆变器的单相并网仿真模型。仿真得到的输出正弦电流波形良好。针对实际电网电压可能出现的畸变、电压突变和光伏电池功率变化等情况进行了抗干扰测试。经试验样机上用DSP来实现数字化控制,验证了基于并网控制策略的光伏逆变器方案能高功率因数0．996向电网发电,动态响应快、鲁棒性强、跟踪精度高,并网电流的总谐波畸变小于3．5％。     

下垂控制逆变器中并网功率控制策略

下垂控制策略广泛应用于交流微电网中,可以实现并网模式和孤岛模式的无缝切换以及不同逆变器之间的功率均流。然而,在目前的研究工作中,并网模式下的工作性能却很少被考虑到。实际上,并网模式下的功率控制会受到电网频率以及电网电压幅值波动的影响,并且传统下垂控制中无功功率控制本身就存在静态误差。因此提出了电网频率和电网电压幅值前馈控制来抑制电网波动对功率控制的影响,另外基于此提出公共耦合点电压幅值控制实现无功功率的无静差跟踪。基于提出的控制策略实现了下垂控制逆变器并网功率的精确稳定控制。     

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。     

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。     

考虑电网频率偏差的并网逆变器多内模重复控制

在并网逆变器的应用中,基于内模原理的重复控制,延时时长通常按照电网的标称频率设计。当电网频率偏离标称频率时,重复控制的高增益频段将偏离并网电流的基波和谐波频率,造成控制器的稳态精度下降,为此,提出一种多内模重复控制,并联接入考虑电网频率偏差的辅助重复控制支路。分析多内模重复控制的频率特性,并根据其稳定边界设计辅助重复控制支路的权重系数。仿真结果表明,与按照标称频率设计的传统重复控制相比,所提出的多内模重复控制在标称频率时具有基本相同的稳态精度,在频率偏差时能够提高稳态精度,从而提高并网电流的质量。     

改进光伏并网逆变器双闭环控制策略

针对光伏发电系统逆变器采用双闭环控制时,在电网侧负载电流扰动较大的情况下,由于对电感电流的限 制,负载电流的变化也会受到限制,从而导致波形畸变的问题,提出一种改进的控制策略,将电网电压前馈控制引入 双闭环控制环节实现复合控制,抑制电网侧电流电压波动对系统的影响,实现光伏并网逆变器的功率控制.采用两级 式光伏发电并网系统模型,在光照强度发生变化的条件下,仿真验证该控制策略的正确性与有效性.实验结果表明此 策略能够使系统在光照强度突变的条件下迅速稳定,满足系统稳定运行的要求.     

兼顾功率波动抑制的并网逆变器不平衡控制策略

为提升不平衡电网下并网逆变器的运行性能,本文提出一种αβ静止坐标系下的兼顾电流谐波与功率波动抑制的控制策略。首先,深入分析不平衡电网条件下αβ坐标系中的功率、电流关系,指出控制并网功率恒定与降低并网电流谐波含量之间的矛盾;基于此,针对并网功率引入加权分配因子,将其分为恒定项与波动项,利用扰动观察法实时改变功率加权因子,在保证各相电流总谐波畸变率(Total Harmonics Distortion,THD)满足并网标准的前提下,尽可能抑制并网功率波动。然后,为实现前述控制策略下电流指令的高性能跟踪控制,在静止坐标系中设计了并联比例环节的改进型重复控制器。最后,利用PSCAD仿真软件验证了本文所设计控制策略的正确性。     

弱电网条件下并网逆变器的锁相环静态稳定分析

在新能源发电经由逆变器接入电网的系统中,并网逆变器的稳定性将随着接入点短路比的减小而降低。目前,学术界针对这一问题已有较多研究,但大多是基于状态空间模型线性化后利用相关控制理论进行分析,缺乏直观的机理分析。采用忽略了电流内环响应时间的准稳态模型,重点对并网逆变器中锁相环的静态稳定性进行分析,得出了与传统单机无穷大系统中类似的静态稳定判据。由此稳定判据能直观得出并网逆变器维持同步前提下的输出功率极限,并指出当并网逆变器超出此功率极限时将以过电压的形式失去稳定。采用并网逆变器的详细模型进行仿真分析,验证了所提静态稳定判据的正确性。     

弱电网下LCLCL型并联逆变器并网系统的电流优化控制

针对LCL型滤波器存在的缺陷,采用基于电容电流比例反馈的LCLCL型滤波器,在保留传统滤波器高频谐波衰减能力的前提下,实现了在系统开关频率处对谐波的陷波作用。建立了弱电网下两台并联逆变器并网系统的诺顿等效模型,分析了电网阻抗在逆变器与电网之间的耦合作用;考虑电网阻抗影响的电网电压前馈控制会引入一条额外的并网电流正反馈回路,降低系统的相位裕度;通过采用谐振前馈控制,可实现前馈控制与电流控制在基波频率的中高频段处解耦,提高系统的稳定性,优化并网电流的品质。最后通过Matlab/Simulink的仿真分析验证了所提策略的可行性和有效性。     

非理想电网条件下并网逆变器多频耦合抑制及稳定性分析

非理想电网中的负序分量和直流偏置会导致并网逆变器产生多频耦合现象,增加并网电流谐波含量,降低系统稳定裕度。采用二阶复数滤波器结构锁相环(SCF-PLL)控制策略,有效削弱电网负序分量和直流偏置产生的倍频谐波在并网系统中的传输,抑制多频耦合;建立非理想电网下具有SCF-PLL控制策略的并网逆变器降阶导纳模型,并通过广义奈奎斯特判据对并网系统进行稳定性分析。通过RT-LAB硬件在环实验验证了理论分析的正确性以及SCF-PLL对非理想电网条件良好的适应性。     

考虑交直流谐波耦合的并网逆变器建模与分析

可再生能源的大规模开发利用使得逆变器在电网中的比例越来越高,逆变器与电网间谐波交互作用也愈加频繁和复杂。针对传统的建模方法无法体现逆变器与电网间谐波交互耦合的问题,文中基于谐波状态空间(HSS)理论对三相并网逆变器进行建模,该模型将交直流侧的多个频次谐波考虑在内,具有较高的精度。基于HSS模型推导出输入到输出的谐波传递函数矩阵,建立逆变器交直流谐波耦合导纳幅值图,探究交直流谐波耦合关系。然后,提出了一种适用于闭环控制系统的三相并网逆变器小信号HSS建模方法,通过计算特征值对系统稳定性进行评估以及对振荡频率进行预测。最后与MATLAB/Simulink仿真结果进行对比,验证了所建立HSS模型的准确性和系统稳定性分析的正确性。     

弱电网下逆变侧电流反馈的并网逆变器稳定性分析及优化

逆变侧电流反馈控制是一种常见的间接进网电流控制方法,其相较于直接进网电流控制具有更好的稳定性。但在实际应用中,并网逆变器常工作在弱电网条件下,因此并网逆变器的稳定性会大幅降低。以三相LCL逆变侧电流反馈并网逆变器为例,通过频域分析法研究系统稳定性下降的机理,提出在并网电压比例前馈环节串联二阶广义积分(Second Order Generalized Integrator, SOGI)的控制方案。该方案可以削弱并网电压比例前馈引入的与线路阻抗相关的额外正反馈,从而提升弱电网下系统稳定性。最后,搭建了三相并网逆变器仿真模型、实物模型,验证了该方案的有效性。     

高性能并网逆变器数字控制技术研究

研制了一台高性能数字化并网逆变器实验样机.在理论分析的基础上,建立了逆变器线性控制模型,并从线性系统叠加定理和频域分析角度提出实现零稳态误差正弦电流控制的条件.为了避免频率波动对控制器性能的影响,采用带通滤波器式(BPFM)控制器对并网逆变器输出电流进行控制,克服了传统PI控制器对正弦信号跟踪出现幅值误差和相位误差较大的问题.并网逆变器数字化控制采用TMS320LF2407 DSP.实验结果表明,设计的并网逆变器数字控制具有控制精度高、输出电流谐波失真小等优点.     

多功能并网逆变器研究综述

多功能并网逆变器不但能完成常规并网逆变器实现可再生能源并网的基本功能,而且还复合了治理电能质量问题的功能,可以显著提高并网逆变器的性能价格比、降低系统的体积和成本,尤其适合于微电网和分布式发电系统应用。针对多功能并网逆变器的拓扑进行了综述。从单相和三相系统的角度阐释了多种多功能并网逆变器拓扑,并从系统参数、容量、开关频率、复合功能和应用场合等方面对各拓扑进行了比较和评价,并认为新型电力电子拓扑、先进控制策略、软开关技术、大功率应用以及电力电子集成系统中的稳定性等将会是多功能并网逆变器未来可能的研究方向。     

基于单周控制的光伏双频并网逆变器研究

提出一种用于光伏发电的双频并网逆变器,该拓扑结构由两个半桥单元级联而成。其中一个半桥工作在高频,提高输出电流性能,另一个半桥工作在低频,主要输出功率,从而提高系统效率。高频桥采用单周控制技术,建立了单周控制方程。仿真结果表明逆变器输出电流总的谐波畸变率低,有较好的动态性能。