DIPR-PLL在复杂电网故障下的性能分析

为了解决双二阶广义积分锁相环在电网故障工况下不能精准锁相的问题,以比例谐振控制器环节为基础,提出了一种基于改进式比例谐振控制器的正交发生器.在频域下分析可得,双二阶广义积分锁相环呈现低通特性,即对于高次谐波具有一定的抑制作用,但是难以滤除直流分量;而双改进式比例谐振锁相环呈现带通特性,对某一频率下的信号具有较大的增益作用,对高频谐波、直流分量能够有效抑制,因此改进式比例谐振锁相环能够在电网故障情况下准确提取基波正序相位信息,提高逆变环节的功率因数.通过实验表明,当电网电压跌落、相位突变、波形畸变和含直流分量时,相较于双二阶广义积分锁相环而言,双改进式比例谐振锁相环锁相精度更高,且对于非基波分量的抑制能力更强,有效增强了系统的鲁棒性.     

一种改进型两相静止坐标系增强型锁相环

电网电压中的谐波、不平衡以及直流偏移会在传统两相静止坐标系增强型锁相环(αβ-EPLL)所检测的电网基波电压幅值、频率和相角中产生周期波动,尤其是直流偏移会产生基波频率的周期波动,难以使用低通滤波器直接滤除。提出一种改进的αβ-EPLL结构,在两相信号输入侧引入直流偏移积分器以消除输入直流偏移,在幅值检测环和频率检测环中分别引入延时信号滤波器以消除输入谐波和不平衡的影响。详细的理论分析和实验结果验证了所提出的改进αβ-EPLL的正确性和可行性。     

一种新的谐波检测方法及其在APF中的应用

有源电力滤波器作为改善电能质量的装置被广泛地应用在各种场合,其中谐波检测环节在有源滤波器中扮着重要角色。针对在网侧电压波形发生畸变、幅值跌落等恶劣环境中,传统锁相环无法准确对电压相位进行锁相的情况,提出一种基于双同步坐标系解耦的柔性锁相环的有效值谐波检测方法,并在模拟某相电压跌落和相位偏移的情况下,将其与基于传统锁相环的方均根值谐波检测方法进行对比分析。仿真结果表明,此方法是可行的,可以在电网恶劣环境下,准确检测出电网电压正序基波电压的相位信息,同时将其应用于有源电力滤波器中,网侧谐波的补偿达到了预期的效果。     

基于改进自适应陷波滤波器的锁相方法

风力发电等分布式发电系统并网时,需要实时检测电网电压的基波频率和瞬时相位,电网电压采样信号中含有的直流偏移不利于实现准确锁相。在理论分析直流偏移对自适应陷波滤波器影响的基础上,通过增加一个积分环节,使自适应陷波滤波器能够处理直流偏移。将改进后的自适应陷波滤波器应用到锁相中,在电网电压含有直流偏移以及谐波的情况下,实现了单相电压信号基波频率、幅值和相位的准确提取。实验结果验证了基于改进自适应陷波滤波器的锁相方法实现锁相的有效性。     

基于频率自适应谐振控制器的静止无功发生器电流控制

为了提高静止无功发生器(SVG)的补偿性能、增强谐波抑制能力、拓宽补偿带宽,提出一种基于谐振控制器(RC)的电流控制策略。通过对基波无功和特定次谐波分别设置对应的RC,利用控制器在谐振频率点的无穷大开环增益,实现基波和谐波电流的无静差跟踪。通过数字信号处理芯片(DSP)实现控制功能,为了避免数字化过程引入的控制器性能偏差,直接在离散域进行控制器设计,并针对RC开环增益对电网频率敏感的特性,利用固定基波周期采样点数,实时调节采样周期的数字锁相环,保证控制器谐振频率实时跟踪电网频率变化,提高装置鲁棒性。实验结果验证了本文提出控制策略的有效性。     

无电解电容永磁电机高功率因数控制策略

无电解电容驱动系统常采用体积小，寿命长的薄膜电容贮存网侧输入能量，但该拓扑结构易引起网侧输入功率和逆变器侧输出功率耦合的问题。针对无电解电容驱动电路中由于功率耦合导致的网侧谐波含量多和功率因数降低的问题，提出了一种基于二阶广义积分锁相环和比例积分谐振控制器的带相位补偿的逆变器输出功率控制策略以改善网侧电流品质。首先，通过分析无电解电容驱动系统的电路拓扑结构，明确无电解电容驱动系统高功率因数条件；其次，利用二阶广义积分锁相环获取网侧电压的相位与幅值信息，并利用基尔霍夫电流定律计算逆变器输出功率相位补偿角；然后，建立了基于比例积分谐振控制器的逆变器输出功率控制回路，将逆变器输出功率调节接近理想值。最后，对比实验结果验证了所提方案的有效性。     

基于强跟踪滤波器的单相电压基波相位实时提取

分布式发电系统并网时,需要实时检测电网电压的基波频率和瞬时相位。该文提出基于强跟踪滤波器的单相电压基波相位实时提取方法:首先添加电网电压基波频率和直流偏移作为状态变量,建立含有直流偏移和谐波分量的单相电网电压信号的非线性状态空间描述;其次,考虑到扩展卡尔曼滤波在系统达到平稳状态时无法快速跟踪系统参数突变,采用强跟踪滤波器递推估计各状态变量,并利用状态变量估计值实时计算单相电压信号的基波频率、幅值和相位。实验结果表明,所提相位实时提取方法能够在消除电网电压直流偏移影响的同时快速跟踪电网参数突变。     

LCL并网逆变器准比例谐振与网压前馈控制研究

针对传统LCL并网逆变器对交流电流信号跟踪存在静差及抗干扰性较差的问题,提出一种基于准比例谐振和网压前馈的新型并网控制策略。该控制策略由逆变器侧电感电流反馈环、网侧电感电流外环和电网电压前馈环组成。其中网侧电感电流外环采用准比例谐振控制器,同时结合逆变器侧电感电流内环,在抑制LCL滤波器谐振峰的同时,提高了控制系统的精度;电网电压前馈控制的引入,一方面提高了系统的响应速度,另一方面保证了在电网发生畸变时并网逆变器较好的动态性能。最后,仿真结果验证了所提控制策略在无静差跟踪及抗电网电压扰动方面具有显著优势。     

电网模拟装置的研究

研制了一种电网模拟装置用来模拟电网的各种故障工况,进而实现变流器电网适应性的测试。该装置采用背靠背方式的四象限变流器组成。整流侧变流器采用直流电压外环、有功电流内环的经典双环控制,实现了对直流电压及功率因数的控制。逆变侧变流器采用基于比例谐振(PR)控制器的双环控制,能够实现任意可调的电压幅值和频率,并可模拟电压三相不平衡跌落。分析推导了电压三相不平衡跌落的算法,同时为了保证在各种负载条件下电网模拟装置输出的电能质量,利用电容并联虚拟阻抗控制策略实现了输出滤波器的谐振抑制。通过实验验证了所提出算法和控制策略的有效性和正确性。     

改进型解耦自适应复数滤波器锁相环

为了消除因三相电压不对称、频率突变、相位突变、注入谐波等不平衡电网环境对传统锁相方法的影响,提出一种准确锁定基波正序电压频率以及相位的方法。介绍静止坐标系锁相环(αβ-PLL)的基本结构,分析静止坐标系锁相环工作的基本原理。基于此,引入具有极性选择性的正、负序一阶复数滤波器,通过改进滤波结构、合理选择其参数,在αβ坐标系下实现了正序基波电压的准确提取。仿真结果表明,该方法能更快速准确的检测基波正序电压的幅值、频率及相位。     

基于相位与幅值补偿的虚拟同步发电机低电压穿越控制

摘 要：虚拟同步发电机（virtual synchronous generator,VSG）通过模拟同步发电机的工作原理,引入虚拟惯量与阻尼系数,提高了分布式电源并网的稳定性。但是当电网发生电压跌落时,电压的跌落与恢复均会造成电网电压的相位与幅值发生跳变,而传统的VSG控制策略难以解决此问题。为此,在分析了传统VSG控制下低电压穿越时存在问题的基础之上,本文提出了一种基于相位与幅值补偿的VSG低电压穿越控制方法。首先分析了电网电压跌落与恢复对电网造成的不同影响。其次在电网电压跌落期间,通过将VSG输出电压和电网电压之间的相位与幅值差控制在允许范围内来实现过流抑制、输出功率的快速稳定以及无功补偿的目的。然后在电网电压恢复时,通过快速补偿消除了VSG输出电压和电网电压之间的相位与幅值差,从而抑制因电网电压跳变而造成的过流等问题。最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证所提控制策略的有效性。     

采用参数辨识及新型主动阻尼控制的LCL滤波脉宽调制整流器

采用LCL滤波器的脉宽调制整流器一般需要检测电网电压、电流及直流母线电压,为抑制谐振还需检测交流滤波电容支路电压或电流。过多的传感器增加了整流器成本,且检测所得电网电压实际易受电网内感抗干扰,影响整流器稳定运行。首先提出一种基于电网参数辨识的虚拟磁链定向控制方法。在整流器启动之前,采用遗传算法辨识电网感抗、频率、幅值和初始相位角等参数,以获得虚拟磁链及其初值的精确观测。为抑制LCL滤波器谐振,提出一种通过一阶高通滤波器回馈整流器侧电流高频分量的新型有源阻尼控制方法,建立频域模型,分析高通滤波器参数对谐振抑制效果的影响。所提控制策略只需检测直流母线电压及整流器侧两相电流,省去了电网电压传感器及交流滤波电容支路电压或电流传感器。仿真和实验分析证实了该控制策略有效性。     

不对称电网电压下MMC-HVDC系统功率波动抑制策略研究

电网电压不对称时,在基于模块化多电平换流器的高压直流输电(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)系统中,针对MMC交流侧输出产生的有功功率和无功功率二倍频波动问题,提出了将电网电压、电流均变换至正序dq坐标系下进行电流参考值计算的控制策略,可同时抑制MMC交流侧输出的有功功率和无功功率的二倍频波动。此外,电网电压不对称时,在正序dq坐标系下,电压d、q轴分量中除直流分量外,还将含有由负序分量引起的二倍频分量。若在锁相环的设计中不考虑此二倍频分量,则电网电压不对称时系统整体控制性能将会受到影响。据此设计了基于二倍频陷波器的频率自适应锁相环,在电网电压不对称情况下可准确锁定正序电压相位,并计算电网正序电压幅值及负序电压在正序d、q轴上的分量值,用于所提控制方法中的dq变换及功率波动抑制环节中电流参考值的计算。最后通过仿真验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于载波移相并联的直驱风力发电并网变流器控制策略

直驱风力发电变流器需要全功率变流器,其网侧变流器设计要求低谐波输出、宽电压工作范围、高可靠性及快速的动态响应能力。受现有功率器件及其开关频率、发热等条件制约,采用单模块的变流器难以满足系统要求,因此采用载波移相并联作为并网变流器,使系统冗余性增强、输出电流控制的等效开关频率和采样频率都得到了提高,输出滤波电感的压降减小,提高了系统动态响应能力。针对载波移相并联变流器的环流问题,通过对载波移相并联系统环流数学模型的分析,提出了一种可以有效抑制环流同时改善系统动态性能的总电流输出外环加环流控制环的控制策略。仿真和实验结果验证了所提控制方案的可行性和有效性。     

基于下垂锁相的逆变器并网控制策略研究

采用电网电压前馈的并网逆变器,其滤波电感的感值、电流控制器的参数会影响逆变器并网功率因数.在电网电压前馈电流型并网控制策略的基础上,提出基于下垂特性的新型锁相环(phase-locked loop,PLL)控制方法,采用电网电压和并网电流相位差为反馈量调节锁相环的输出,可以实现并网逆变器单位功率因数运行,并且可以实现逆变器的反孤岛运行.给出该方法的控制框图,分析工作原理和锁相环下垂系数的选取方法,仿真和实验结果验证了该方法在改善逆变器并网功率因数和反孤岛能力方面的正确性和有效性.     

入网电压控制型逆变器直流分量的动态分析与消除

针对入网电压控制型逆变器的并网电流直流注入问题进行研究。基于轴压调节控制型的单相LCL型并网逆变器,建立并网数学模型,并结合逆变器的控制结构对并网电流注入直流分量的原因进行详细的数学分析与公式推导,结果表明直流分量的大小与电网电压幅值和频率的变化量近似呈线性关系。同时为了抑制和消除直流分量对逆变器并网系统所带来的不利影响,提出电流偏移补偿(CDC)控制策略,该策略在电网电压幅值波动和电网频率波动时能够有效地补偿并网电流中的直流分量,保证入网电压控制型逆变器优良的控制性能。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性与所提控制策略的有效性。     

非理想电网下三相LCL滤波并网逆变器对称电流控制

非理想电网包括电网存在不平衡、谐波畸变、频率变化等情况,在非理想电网下,三相电网中除正序分量外还含有一定量的负序、零序以及谐波分量。一方面,电网负序分量会使得d轴上含有2倍工频的脉动,从而导致锁相环锁相失准,虽然通过增加适当的滤波器可以滤除脉动量、提高锁相精度,但难以同时保证较好的频率适应性;另一方面,电网的负序及谐波分量易导致进网电流不对称且谐波含量增大,污染电网。针对上述问题提出了采用变采样周期锁相环(VSP-PLL)和电网负序电压前馈的方案,并结合逆变侧电流反馈控制以实现对称电流控制,最后,在一台5 k W三相LCL滤波并网逆变器样机上进行了实验验证。实验结果证明了方案的有效性。     

基于电压矢量闭环双馈风力发电空载并网策略

电压开环双馈电机空载并网方式缺少对定子电压的直接有效控制,存在定子电压相位、幅值极易受参数变化的影响、端电压幅值低频脉动的缺点,并网过程中易产生较大的冲击电流,影响电网的稳定运行.分析了基于定子电压瞬时值闭环控制的基本原理和控制策略,对转子电流进行了线性化解耦控制.通过仿真验证了采用电压闭环控制,定子电压对电网电压具有较强的跟随性能,提高了定子端电压的控制精度,并网过程冲击电流较小,电压闭环空载并网是一种理想的并网方式.     

微网系统稳定运行及模式平滑切换研究

提出了一种基于对等结构的控制策略,实现微网系统在并网和孤岛两种模式下的稳定运行和平滑切换。稳定运行时的多环控制策略包含电压-相角下垂控制、虚拟阻抗控制和电压电流双环控制,可按逆变器额定容量之比精确分配负荷功率,保持系统电压幅值、频率的稳定。并网时采用基于双二阶广义积分器及锁频环的电压同步策略,使微网的电压幅值、相角快速向主网同步,从而平滑并网。解列时设计了功率同步策略,通过降低微网与主网间的交互功率,抑制切换时的功率冲击。仿真结果表明,所提控制策略能够保证微网系统的稳定运行,同时在过渡模式下,减小网络冲击,稳定系统频率,实现模式平滑切换。     

基于光储控制的微电网改进预同步控制及离并网切换策略研究

光储配合的微电网预同步控制和离并网切换策略是保证电网平滑运行的重要支撑。针对微电网和大电网之间存在的电压幅值、相位和频率偏差等问题,基于储能逆变器的V/f控制,引入大电网电压作为控制器参考量,简化预同步控制环节结构,提出一种改进的预同步方法。基于离网到并网负序电流变化,提出孤岛检测方法,确定离网信号的发出。考虑光储电源输出随机性和离并网切换特点,提出两储能单元分时转换V/f控制模式和P/Q控制模式的离-并网切换策略,分时控制降低系统切换冲击。设计离-并网切换试验、并-离网切换试验、三组光储出力并网策略对比实验,仿真运行结果表明,改进预同步方法在保证离-并网电压幅值、频率、相角偏差分别小于1%、±0.1 Hz、5°的同时,结构简单;基于两储能单元切换策略的并-离网切换时间缩短、冲击降低,验证了改进预同步方法和基于两储能单元切换策略的有效性。