多逆变器并网系统谐振特性分析

基于闭环传递函数法建立了LCL并网逆变器诺顿等效模型,利用所建立的模型分析了并联逆变器数量、组成和系统控制参数对系统谐振特性的影响。分析结果表明:和传统单逆变器系统相比,多逆变器并网系统存在多个谐振频率,谐振频率个数和系统中的逆变器种类相关,较低的谐振频率随着逆变器数量的增加而减小,随着并网阻抗的增大而减小;谐振频率随着电容电流内环参数的增大而减小,随着并网电流外环控制参数KP的增大而增大,基本不受并网电流外环控制参数KI的影响。仿真分析结果证明了理论分析的正确性。     

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。     

基于准谐振控制器的零序环流抑制

针对三相逆变器直接并联运行时存在零序环流的问题,提出一种基于准谐振控制器的零序环流闭环控制方法。通过分别建立并分析逆变器独立工作和两台并联工作时零序环流闭环控制模型可知,PWM零序调制电压为主要扰动。理想的谐振控制器在谐振频率处增益无穷大,可以消除与谐振频率相同频率的扰动分量对闭环系统的影响。针对扰动为频谱离散的周期性信号的特性,控制器采用多谐振控制器并联的控制结构。在推导零序环流闭环控制等效模型和扰动传递函数的基础上,提出准谐振控制器设计方法。仿真和实验结果表明,该方法能够有效抑制零序环流。     

多并网光伏逆变器的谐振特性分析

针对系统中光伏渗透率提高导致由多LCL滤波型并网逆变器并联引起的复杂谐振问题,首先分析了并网逆变器的控制策略及谐振机理,然后建立单台并网逆变器的诺顿等效电路模型,并扩展成多机并网逆变器的诺顿等效电路模型,进而构建综合考虑电网背景谐波、非线性负载、多并网逆变器的配电网等值阻抗模型;再利用阻抗分析法分别仿真分析了多逆变器串联、并联条件下的谐振特性,两种情况下并网逆变器数量及电网阻抗对谐振的影响。仿真结果表明:随着并网逆变器数量的增加,由分布电容和非线性负载产生的负谐振峰向高频方向移动,移动幅度逐渐减小,但谐振峰的幅值逐渐增大。     

基于有源阻尼的多逆变器并网谐振抑制

由于电网阻抗的耦合作用,基于LCL滤波器并网的光伏逆变器之间会产生并联谐振。针对多逆变器并网的谐振问题,提出了一种基于多逆变器并网闭环控制模型的有源阻尼控制策略。基于多逆变器并网拓扑,依据戴维南等效定理建立了多逆变器并网的闭环数学模型,分析了多逆变器之间的谐振机理;采用电容电流反馈构成有源阻尼以抑制并网谐振,给出了基于滤波电容电流反馈的多逆变器并网闭环控制框图;依据谐振阻尼表达式研究了有源阻尼系数对并网系统的稳态及动态特性的影响。在三台10 k W并网逆变器上进行了无阻尼环并网控制算法与加入有源阻尼环控制算法的对比实验,实验结果表明了所提出的有源阻尼控制方法的有效性和可行性。     

分布式光伏集群谐振分布范围及其影响因素分析

分布式光伏集群并网系统中,由于光伏并网台数的增多,使得系统成为一个高阶LC网络,谐振频率分布更加复杂。根据分布式光伏集群并网系统的结构,研究了二阶LC网络和高阶LC网络的谐振分析,得到逆变器自身、其他并联逆变器以及电网之间存在复杂的谐振耦合关系,并确定了分布式光伏集群并网谐振频率的分布范围。在谐振耦合关系的基础上,分别研究了电网阻抗和滤波电容参数、并联逆变器台数以及系统网架结构变化对谐振频率的影响。仿真结果表明以上因素都会引起分布式光伏集群谐振频率的变化。     

多模块三电平逆变器并联系统环流谐振抑制

基于LCL型滤波器的并网逆变器并联是提高模块化三电平并网逆变器系统功率等级的一种有效方法,但同时会带来环流、谐振以及电流分配不均等诸多问题,影响并网系统的安全可靠运行。针对并联模块间可能产生的环流谐振问题,分析其产生的机理,采用脉宽调制(PWM)载波同步以及环流谐振控制器来抑制系统环流谐振。最后,以两个模块化三电平逆变器并联系统为例,通过建立模块化三电平并联逆变器的仿真和实验,验证其环流谐振抑制方法的有效性。     

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。     

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。     

多台并网逆变器并联运行低频谐振及负阻尼补偿方法研究

从导纳的角度研究了多台并网逆变器并联运行的低频谐振问题。由于软件锁相环的影响,基于LCL滤波的并网逆变器输出导纳在低频区域存在负阻尼,而随着并联逆变器台数的增加,并网逆变器和感性电网阻抗所构成的阻抗网络的谐振频率降低,当位于低频区域时,输出导纳的负阻尼特性容易导致系统不稳定。为了消除负阻尼,抑制低频谐振,在电流指令值中引入电网电压前馈,并在对输出导纳其它频率特性影响最小的基础上,推导出前馈补偿系数的最小理论值。最后,实验结果验证了理论分析的正确性以及负阻尼补偿方法的有效性。     

针对电网阻抗的大型光伏并网系统稳定性分析与提高策略

大型光伏并网系统中,一般采用多逆变器并联结构来提高总的光伏并网系统的容量。由于光伏电站的结构特点,随着并网容量的增加,电网阻抗值相对于某一个光伏发电单元而言将会被等效放大,从而导致逆变器控制策略失效且并网失败。文中在光伏并网系统开关平均模型的基础上,详细分析了电网阻抗对于逆变器输出电压和电流的影响,并针对电网阻抗导致的光伏并网系统的不稳定现象,采用虚拟阻抗思想,通过输出电流反馈,实现指令电流与输出电流的协调配合,等效消除电网阻抗对并网电压稳定性和并网电能质量的影响,从而保证系统的稳定运行。最后,通过仿真分析和试验验证了理论分析的正确性。     

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。     

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。     

基于环流阻抗的逆变器并联控制策略

目前,多逆变器并联系统大多采用均值均流控制策略。均值均流控制一般采用环流有功及环流无功进行调相、调幅控制。对于无并机电感的逆变器并联系统,通过环流功率对输出参考电压调相、调幅的调节控制关系与逆变器波形控制参数有关。文中提出了环流阻抗概念,并把它应用到并联系统的均流控制中。根据环流阻抗利用环流直接控制输出参考电压的幅值与相位,实现了无并机电感的并联系统的均流控制。文中对并联系统进行分析获取了模块环流阻抗的数学模型。文中研究基于环流阻抗的均流控制调节器设计。实验结果验证了此均流控制策略是可行的且均流效果良好。     

计及闭环策略的并网逆变器集群阻抗特性比较分析

以逆变器集群为接口的新能源大规模接入改变了电网的动态特性,次/超同步振荡现象频发,制约了新能源的并网消纳。为深入研究该类型振荡的抑制方法,以单台并网逆变器输出阻抗为最小建模单元,引入谐波线性法推导了PI控制和准PR控制策略下逆变器闭环系统的序阻抗模型,在此基础上建立考虑多台逆变器并联运行的等效阻抗模型。通过对比两种闭环控制策略下逆变器集群输出阻抗的低频段动态特性和接入弱电网后的系统稳定性,在电流内环具有相同稳定裕度的情况下,相较于PI控制,逆变器集群采用准PR控制时互联系统稳定裕度更大,可以降低系统发生次/超同步振荡风险。最后在Matlab/Simulink仿真平台搭建逆变器集群并网仿真模型,模拟了不同强弱电网环境下的并网稳定与失稳现象,从而验证理论分析结果。     

集成有源阻尼器功能的并网逆变器虚拟电阻补偿控制方法

有源阻尼器通过构造虚拟电阻提高接入弱电网中逆变器的稳定性,但虚拟电阻的准确性受开关频率限制,有源阻尼器的功能难以集成到常规的并网逆变器中,为此,提出一种虚拟电阻补偿控制方法。建立集成有源阻尼器功能的并网逆变器阻抗模型,分析虚拟电阻对提升系统稳定性的作用;阐明控制带宽和数字延时对虚拟电阻准确性的影响,针对并网逆变器易发生谐振稳定性问题的谐振频段,设计一种新的虚拟电阻补偿环节,显著提升了虚拟电阻的补偿精度。系统阻抗稳定性分析表明,所提方法虚拟出的阻抗具有良好的电阻特性。实验结果表明,集成有源阻尼器功能的并网逆变器接入系统后具有较好的阻尼谐振作用,显著提升了系统稳定性。     

基于有源阻抗重构装置的并联并网逆变系统稳定性策略

为了提高分布式并联并网逆变器之间的稳定性和抗电网干扰的能力,首先提出一种广义阻抗模型来表征多并联并网逆变器系统的稳定性,接着提出一种有源阻抗重构策略来增加逆变器的输出阻抗：广义阻抗模型将复杂的传递函数矩阵分解为逆变器输出阻抗矩阵和电网阻抗矩阵,并从理论上推导出更高的逆变器输出阻抗,以增强系统的稳定性和抗电网干扰能力。为验证该方法的有效性,采用16台单相逆变器并联系统进行仿真,并搭建2台并联的并网逆变器平台进行实验。仿真和实验结果证明,所提出的方法能够有效地提高并联并网逆变器系统的稳定性。     

单相光伏并网逆变器电流控制方法研究及分析

针对并网逆变器的电流控制方法进行了分析研究,通过分析,采用了一种带电网电压前馈和准PR控制的双电流环控制方法,并就其关键的比例谐振控制（ＰＲ）进行了理论分析和参数设计。为分析该方法对抑制谐波,改善电能质量的作用,建立了并网逆变器控制系统仿真模型,并通过仿真试验,分别研究了在电网正常、电网电压突变、电网含低次谐波3种情况下比例积分（ＰＩ）控制和PR控制方法的控制效果,对于研制单相光伏并网逆变器控制系统具有一定参考价值。