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。     

弱电网下计及锁相环影响的并网逆变器稳定性提升方法

并网逆变器通常使用锁相环获取电网电压同步信息。在弱电网中,电网阻抗不可忽略,公共耦合点处的电压扰动使得锁相环输出相角存在偏差,从而影响对并网电流的控制,不利于并网逆变器的稳定运行。为抑制锁相环引入的扰动、增强并网系统的稳定性,提出一种基于非理想广义积分器的改进小信号补偿控制方法。首先,在dq坐标系下建立考虑锁相环影响的LCL型三相并网逆变器小信号模型。然后,分析加入小信号补偿前后并网逆变器等效输出阻抗的变化特征,针对小信号补偿方法对稳定裕度的提升效果随频率升高减弱这一问题,在小信号补偿的基础上加入微分补偿通路,微分项由非理想广义积分器等效替代。在电网阻抗宽范围变化时,采用所提方法可以确保并网逆变器始终保持良好的稳定裕度,增强了并网逆变器的稳定性和动态性能。最后,通过实验验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

基于阻抗分析法研究光伏并网逆变器与电网的动态交互影响

大量存在的并网逆变器会对分布式发电系统的电能质量和系统稳定性造成深刻影响,该文基于阻抗分析方法研究光伏并网逆变器与电网间的交互影响。论文定量分析光伏并网逆变器与电网之间由于阻抗交互影响所产生的谐波振荡,并通过基于硬件在环的分布式发电综合实验平台验证不同电网接入条件对并网逆变器稳定性的影响;推导LCL型并网逆变器的系统阻抗模型,并提出一种基于电压前馈的主动阻抗控制策略来提高逆变器与电网之间的稳定相角裕度,使光伏并网逆变器在不同的动态电网条件下均具有较好的控制鲁棒性;最后给出阻抗主动调整控制策略的设计过程和参数设计方法,并通过仿真验证主动阻抗控制策略的有效性。     

下垂控制三相逆变器阻抗建模与并网特性分析

分布式发电系统因接入电网时的线路阻抗较大,使得并网逆变装置与电网构成的互联系统易产生谐波震荡,威胁其稳定运行。阻抗分析法是一种较为有效的并网稳定性研究方法。该文首先利用谐波线性化方法建立下垂控制三相并网逆变器含功率外环和相角扰动时的完整序阻抗模型,阐述功率外环引起的二倍镜像频率耦合效应,并分析下垂系数对模型的影响,通过下垂控制与电流控制型并网逆变器阻抗曲线对比说明下垂控制具有更好的并网特性。同时,通过阻抗分析法对下垂控制三相并网逆变器与电网组成的互联系统的稳定性展开研究,提出采用虚拟阻抗的方法来提高互联系统相位裕度,改善系统鲁棒稳定性。通过仿真和实验,验证了上述结论的正确性。     

一种提升逆变器对电网适应能力的电流控制策略

为了改善不同电网条件下并网逆变器的稳定性和进网电流质量,提出电网电压比例加权前馈和附加相角补偿的谐波准谐振电流控制策略,明确了比例加权系数与谐波准谐振控制器可叠加次数之间的联系,给出一套完整的控制参数设计方法。该控制策略可在保证逆变器与电网级联系统稳定的前提下,最大化利用电网电压前馈和附加相角补偿的谐波准谐振控制的优势,提高逆变器输出阻抗模值,实现高质量的进网电流。理论和对比实验表明,该方法可以兼顾级联系统的稳定性和进网电流低次谐波抑制,为提升逆变器对电网的适应能力提供一种简单有效的解决方案。     

弱电网条件下提升LCL型逆变器稳定性的控制策略

弱电网条件下,由于逆变器并网阻抗与电网阻抗之间不匹配程度增加,导致并网逆变器可能失稳.为提高逆变器的稳定性,提出一种可提高系统相角裕度的新型控制方式.根据逆变器的分层控制结构,分别在控制层的电流内环引入带有延时补偿的有限集模型预测控制,在电压外环引入逆模型前馈控制,通过这2种控制的引入降低了系统控制环路的阶数,提高逆变...     

弱电网条件下锁相环对LCL型并网逆变器稳定性的影响研究及锁相环参数设计

为了保证并网逆变器的进网电流与电网电压同步,需要通过锁相环对电网电压进行锁相,并利用检测出的电网电压相位生成电流基准。该文以单相LCL型并网逆变器为例,建立锁相环的小信号模型,并根据该模型推导并网逆变器基于阻抗的稳定判据。通过分析该判据可知,在电网阻抗可忽略不计时,锁相环对并网逆变器的稳定性无影响;当电网阻抗不可忽略时,锁相环带宽、并网电流幅值给定和输出功率因数都会影响系统的稳定。为了保证系统在弱电网下的稳定性,给出一种基于相角裕度要求的锁相环参数设计方法,并进行实验验证,实验结果证明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。     

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。     

A New Approach to H-Infinity Control for Grid-Connected Inverters in Photovoltaic Generation Systems

Abstract

The present study investigates the stability problem of the grid-connected inverters (GCIs) for possible variations in grid impedance. A new type of H∞ control method is proposed for the current control loop of inverters, where the third weighting function is determined using the game theory. The proposed method is applied to the GCI in a photovoltaic system and its response to variations in grid impedance is investigated. Computer simulations conducted for comparison of H∞ and PI controller indicate the effectiveness of the proposed control algorithm. Simulation results also show that the proposed algorithm significantly outperforms the PI controller under the conditions of varying grid impedance.     

基于阻抗测量的多逆变器系统稳定性校验方法

随着接入电网的电力电子逆变器的增多,逆变器与电网交互导致的稳定性问题越来越突出.逆变器在接入电网之前有必要进行稳定性校验,以确保逆变器接入电网之后系统能安全稳定运行.为此,文中提出一种基于阻抗测量的多逆变器系统稳定性校验方法,用于多个逆变器接入电网前的稳定性校验.同时,还提出利用主动式阻抗灵敏度分析方法识别造成系统失稳的主导逆变器,为确定并网方案提供依据.应用案例研究表明所提方法适用于多逆变器系统稳定性校验分析,仿真和实验验证了所提方法的有效性.     

可调阻抗无互联线并联逆变器的控制方法

传统的无互联线并联逆变器PQ下垂法是由同步电机并网理论推导而来的,它具有稳态均流精度低和动态响应差等缺点.分析了逆变器并联系统的有功功率和无功功率的环流模型,并且基于传统的PQ下垂法,增加了具有阻抗调节功能的两个控制环节,提高了系统的动态和静态环流抑制能力,并且降低了系统对线阻抗等参数不平衡的敏感程度.仿真和实验结果均验证了该方案的良好性能.     

基于电网阻抗的并网逆变器准比例谐振控制

随着新能源大规模接入电网,新能源并网逆变器在与电网交互引发的次/超同步振荡问题引起了广泛关注。此类振荡问题与并网逆变器的输出阻抗和电网阻抗特性密切相关。采用谐波线性化方法建立了三相LCL型并网逆变器的小信号输出阻抗模型,分析了不同电流控制策略对其输出阻抗的影响,通过阻抗比奈奎斯特判据分析了电网阻抗变化对系统稳定的影响。采用无源阻尼与有源阻尼相结合的方法抑制LCL滤波器的固有谐振尖峰,再根据公共耦合点电网阻抗的变化调节准比例谐振（quasi proportional resonance,QPR）控制器参数以及电容电流反馈系数,使系统阻尼基本保持不变,增强系统鲁棒性,确保系统稳定运行。时域仿真与数值分析结果证明了所提控制策略的有效性。     

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。     

LCL型有源电力滤波器的强鲁棒性控制器优化设计

LCL型有源电力滤波器能有效补偿电网谐波,但LCL型滤波器存在谐振问题,电容电流比例反馈有源阻尼是抑制LCL谐振的主要方式。然而,在数字控制下,谐振频率会随电网阻抗变化,导致反馈系数选取困难。针对该问题,研究了适应电网阻抗宽范围变化的反馈系数选取方法,推导不同反馈系数和谐振频率下的系统稳定条件,优化设计适应电网阻抗变化的反馈系数。此外,随着电网阻抗增加,LCL谐振频率减小,系统带宽变窄,有源电力滤波器采用传统准PR控制补偿高次谐波时,系统相频曲线在控制器谐振点容易穿越-180o线,导致系统不稳定。提出加入相位补偿环节以提升控制器增益处相角,并给出详细设计方法。理论分析表明,所提强鲁棒性控制器优化设计方法,可使有源电力滤波器在保证良好谐波补偿能力的同时具有更宽的稳定运行范围。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于虚拟阻抗的低压微网多逆变器环流抑制研究

低压微网内逆变器等效输出阻抗导致多逆变器间环流上升,低压微网整体运行出现异常,稳定性下降,严重时会造成器件损毁。为解决上述问题,提出基于虚拟阻抗的低压微网多逆变器环流抑制研究,在低压微网结构中,分析等效输出阻抗对输出功率特性的影响,提出多环控制策略,在下垂控制方基础上引入虚拟阻抗,将全部逆变器的等效输出阻抗由感性转变为阻性,均分低压微网负荷功率,提升低压微网稳定性。在Matlab/Simulink仿真平台内构建低压微网仿真模型,仿真结果显示引入虚拟阻抗后可将低压微网多逆变器间的环流最大值降至2A以下,保障低压微网系统稳定运行;分布式电源的离、并网情况下微网运行特性仿真结果证明所提方法及控制器的可行性与有效性,可有效实现整个逆变器并联系统的环流抑制。     

基于PI调节器和电容电流反馈有源阻尼的LCL型并网逆变器闭环参数设计

基于电容电流反馈的有源阻尼是实现LCL型并网逆变器谐振峰阻尼的一种有效方法,PI调节器因其简单有效而常用于并网电流的控制。针对基于PI调节器和电容电流反馈有源阻尼的LCL型单相并网逆变器,详细分析PI调节器参数和电容电流反馈系数等闭环参数对系统性能的影响,通过对并网电流稳态误差、系统相位裕度和幅值裕度的分析,得到满足上述要求的PI调节器参数和电容电流反馈系数的取值范围,结合实际应用需要就可从中优化选取出合适的闭环参数。所提出的闭环参数设计方法不需要反复试凑,不仅可以有效阻尼LCL滤波器谐振峰,而且可以使系统具有高鲁棒性、快速动态响应性能和低稳态误差。实验结果证明了所提出的闭环参数设计方法是有效的。     

基于Sobol拟随机脉宽调制的电网阻抗测量方法

利用并网逆变器获取的实时电网阻抗信息可用于电网状态监测、故障诊断、并网设备稳定控制等领域,提高并网设备和电网调控的智能化水平。由于注入的扰动信号常施加于逆变器电流控制环路,阻抗测量频段受限于控制器带宽。为了提高高频阻抗测量的准确性,文中利用随机脉宽调制的频谱搬移和Sobol拟随机序列的均匀性,提出了一种基于Sobol拟随机脉宽调制(SQRPWM)的电网阻抗测量方法,并根据系统带宽和稳定性约束等条件优化设计了SQRPWM频率边界。在Starsim的实验平台上验证了所提出的SQRPWM阻抗测量方案以及单脉冲+SQRPWM混合阻抗测量方案的可行性,结果表明所提阻抗测量方案具有扰动小、高频段测量精度高的优点,并可与基于电流扰动的阻抗测量方案联合,扩展电网阻抗测量的频段,获取宽频阻抗信息。