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。     

弱电网下新能源并网逆变器锁相环参数优化设计方法

并网逆变器常采用锁相环(phase-lockedloop,PLL)实现系统的同步运行。弱电网下,PLL参数设计不当时,易引发并网逆变器的失稳现象,传统PLL参数设计方法未能兼顾多种PLL的适用性。针对这一问题,提出一种广泛适用的PLL参数优化设计方法。首先,通过PLL参数特点建立参数之间的关系;其次,根据系统开环传递函数,通过引入系统相位裕度及谐波抗扰能力限定条件,得到其参数约束区域;最后,结合参数对系统动态性能影响及系统稳定性影响分析确定参数的选取。利用实验测试对所研究的优化设计方法的有效性进行验证,并进一步研究其在3种常见PLL(即,同步坐标系锁相环(synchronous reference frame PLL,SRF-PLL)、基于前置低通滤波器同步坐标系锁相环(low-pass-filter-basedsynchronousreferenceframePLL,LSRF-PLL)和基于双二阶广义积分器的锁相环(double second-order generalized integrator PLL,DSOGI-PLL)中的适用性。     

弱电网下LCL并网逆变器控制设计

当分布式发电(DG)单元与弱电网系统互连时,受电网阻抗摄动的影响,并网后DG单元的性能降低,甚至产生不稳定。基于μ方法设计了并网电流反馈控制器,为了对并网的有功电流分量和无功电流分量解耦,建立多输入多输出系统模型。将低频并网电流dq解耦要求与稳态误差、超调量等指标一起转化为闭环系统控制器设计问题,最后基于μ方法设计一种鲁棒的反馈控制器。仿真结果表明,该控制器保证了系统在弱电网电感摄动时的鲁棒稳定性和鲁棒性能,实现了并网电流的d分量和q分量的解耦。     

弱电网下考虑锁相环影响的并网逆变器自适应改进前馈策略

LCL型并网逆变器采用网压比例前馈策略可以有效地抑制电网背景谐波,但在弱电网下,随着电网阻抗的增大,系统逐渐失稳,同时再考虑锁相环影响,系统鲁棒性大幅降低。为此,本文首先建立包含锁相环以及网压比例前馈的LCL型并网逆变器阻抗模型,并采用阻抗分析法进行稳定性分析;提出了在锁相环以及网压前馈通道前串联陷波器对逆变器等效输出阻抗相位进行补偿的改进策略,在提升系统鲁棒性的同时保留网压比例前馈策略谐波抑制能力。然而,改进策略无法满足电网阻抗宽范围变化时系统稳定的要求,因此在改进策略的基础上加入了自适应环节,通过电网阻抗测量技术结合粒子群优化算法对陷波器参数进行自适应优化,从而提升系统在电网阻抗宽范围变化时的鲁棒性。最终通过仿真与实验验证了自适应改进策略的正确性和有效性。     

弱电网下LCL型并网逆变器的自适应控制策略

并网电压电流双环反馈策略能够较好抑制电网的背景谐波,但在弱电网环境下,电网电感会使LCL型并网逆变器系统的相位裕度下降,造成并网电流畸变,导致系统稳定性变差。针对该问题,提出了一种基于电网阻抗检测的自适应控制策略。该策略在双环反馈控制策略的基础上,利用小信号注入法检测电网电感,并根据电网电感的变化调整并网电流前馈函数的参数,从而实现对系统的自适应控制。理论分析结合仿真及实验结果均表明,所提策略能够有效抑制弱电网下LCL型并网逆变器的并网电流谐波,显著提升电流质量,增强并网系统的稳定性。     

基于无网压传感器控制的单相并网逆变器预同步控制策略

针对无网压传感器控制在换流器与电网同步瞬间,可能导致冲击电流过大进而并网失败的问题,提出一种预同步控制策略,在保证跟网型变流器在弱电网下稳定性的前提下,实现基于无网压传感器控制的单相并网逆变器与电网平滑可靠并网。该控制策略通过对开关管施加占空比满足一定约束条件的周期性脉冲,使换流器作为逆变器连接到交流电网之前以单位功率因数运行在整流模式。因此,交流电网的初始相位可通过采样电流来估计,其中电流相位可通过锁相环（Phase-Locked Loop,PLL）获取。所提控制器策略无需采集公共耦合点（Point of Common Coupling,PCC）电压,即可实现换流器与电网平滑可靠并网。最后通过半实物实验测试,验证了所提控制策略的有效性。     

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。     

弱电网下并网逆变器正交功率同步控制策略

功率同步控制(power synchronization control,PSC)是电压源型逆变器(voltage source converter,VSC)连接至弱交流电网的有效控制策略。极弱电网的短路比(short circuit ratio,SCR)接近1,系统稳态功角接近90°的稳定运行极限。电网电压暂降极易引起VSC功角越过稳定极限并出现同步失稳。针对这一问题,该文首先通过相图法对PSC的暂态同步稳定性进行深入的分析,给出一阶同步环的暂态功角响应特性。然后,引入虚拟功率的概念,给出具有正/余弦特性的同步环暂态功角特性。进而,提出一种正交功率同步控制策略,该方法能够防止VSC在不同电网电压暂降深度下失去静态稳定工作点,有效的保证并网系统的暂态同步稳定。所提方法无需检测电网故障工况,且无需进行控制模式切换,提高了并网逆变器的控制性能。最后,通过半实物实时仿真验证所提出控制策略的有效性。     

弱电网下无锁相环的并网逆变器无源控制策略

并网逆变器工作在弱电网(高阻抗电网)时性能会受到较大影响,这归因于在非常弱的电网下,锁相环与电流环控制之间的相互耦合作用会导致弱电网中的谐波问题,甚至使系统不稳定.在设计分析控制系统时,通常忽略锁相环而产生未建模分析的影响.针对此问题,提出了一种无锁相环的控制策略,该策略是通过直接功率控制理论推导出的矢量电流控制,结合...     

弱电网下计及锁相环影响的LCL型并网逆变器控制策略

新能源并网逆变器在弱电网下易诱发宽频带振荡.为分析振荡失稳的发生机理,首先基于复矢量传递函数方法建立了计及锁相环影响的三相LCL型并网逆变器阻抗模型,然后分析了频率耦合的机理.在此基础上推导出并网逆变器系统与电网阻抗交互作用的等价输出阻抗模型,应用阻抗稳定性判据分析了锁相环对并网逆变器稳定性的影响.为抑制锁相环对并网逆...     

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。     

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型并网逆变器的自适应改进前馈控制策略

传统比例前馈策略能较好地抑制来自电网背景谐波的扰动,但是在弱电网下由于电网阻抗的存在,其正反馈通道与并网电流内环会通过电网阻抗产生耦合现象,从而导致其鲁棒性大幅度下降。针对上述情况,提出了一种基于电网阻抗测量的自适应改进前馈控制策略。首先在公共耦合点电压的正反馈通道上增加多谐振环节,使得正反馈通道只在电网主要背景谐波频率处有反馈作用,从而在一定程度上提高逆变器的鲁棒性,并保留比例前馈策略的谐波抑制能力;然而,改进后的控制策略在鲁棒性提升方面存在一定的局限性,因此在控制策略中加入自适应环节来实时调整开环增益,从而进一步提高控制策略的鲁棒性;最后通过仿真模型对控制策略进行了验证。仿真结果表明,该策略可使LCL型并网逆变器在弱电网条件下始终具有良好的鲁棒性。     

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。     

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。     

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LCL逆变器电流双环控制器参数选择

为提升LCL型逆变器适应弱电网的能力,针对电容电流反馈的PI双闭环控制策略,提出一种内外环控制器参数选择方法.分析弱电网下电网阻抗变化时电感比和电容对内环参数范围的影响;利用李纳德–戚帕特稳定判据确定适应电网阻抗变化的外环参数最优可行域;依据外环参数与系统稳定裕度的关系曲线确定外环参数.仿真实验表明,取最大电网阻抗的1...