微网中多分布式变流器耦合分析及PCC电压稳定控制

多个LCL型并网变流器并联接入电网时,由于电网线路存在一定的阻抗,导致了变流器之间的耦合,这种耦合关系会进一步带来系统谐波谐振问题。系统阻抗网络以及网络中谐振特性随着并联变流器数量的增加会发生变化。针对由于多个并网变流器并联引发的谐振问题,首先基于诺顿等效原理建立多变流器系统的数学模型;然后分析了多个变流器并联运行时公共连接点(PCC)处谐波电压谐振的特性;最后提出了一种基于电容电压反馈的虚拟电阻的阻尼方法,用于抑制PCC处谐波电压的放大。仿真和实验验证了分析的准确性以及虚拟电阻阻尼方法的有效性。     

低开关频率下LCL型并网变流器复矢量分析及改进解耦控制

同步旋转坐标系(dq)下的比例积分控制在并网变流器中得到广泛应用。由于滤波器和数字延迟的dq模型均存在轴间耦合并且两者相互影响,低开关频率下LCL型并网变流器的建模和解耦控制变得极具挑战。针对该问题,在对同步旋转坐标系下的LCL型并网变流器采用复矢量进行建模的基础上,通过双边频响特性曲线和零极点图对传统状态反馈和相位补偿进行了系统分析,揭示了不同位置相位补偿对系统相位裕度和解耦性能的影响关系,在此基础上提出了一种改进解耦控制方法,通过在状态反馈环内和调节器输出端依次设计相位补偿,在有效调节和改善动态性能的同时保证系统具有较好的解耦性能。最后,仿真及实验结果表明所提方法具有很好的解耦效果,同时能有效减小系统超调量和调节时间。     

三相并网逆变器LCL滤波器的研究及新型有源阻尼控制

相比较传统的L型滤波器,LCL滤波器以其较低的成本和更好的高次滤波衰减能力适合应用于大功率场合下的三相并网逆变器。文章详细分析了根据逆变器电压电流传感器安装位置不同导致网侧等效阻抗的变化以及对并网逆变器采用不同电流控制方式时的系统稳定性。针对LCL滤波器本身存在的谐振问题以及传统的增加滤波器无源阻尼电阻会带来系统额外的功率损耗,降低变流器效率等缺点,文章通过建立基于LCL滤波器滤波电容串联和并联阻尼电阻的系统控制模型,构建系统传递函数并利用系统传函等效原则,选择滤波电容电压前馈分别实现基于有源虚拟阻尼电阻串联和并联的LCL滤波器系统控制方案,给出前馈系数计算方法。最后通过仿真和实验验证了采用基于有源虚拟阻尼电阻并联LCL滤波的三相并网逆变器控制策略,仿真和实验结果表明在不增加系统额外功率损耗的同时,逆变器并网电流工作稳定且谐波含量低。     

LCL型并网变流器交直流双侧状态反馈有源阻尼优化控制

LCL型并网变流器广泛应用于新能源发电领域,针对新能源高度渗透系统中LCL型并网变流器交直流两侧阻尼不足及谐振问题,提出交直流双侧有源阻尼优化控制策略。为抑制LCL滤波器谐振,利用状态反馈任意配置极点特性等效无源阻尼;结合最优虚拟电阻r的设计,调整极点至最优阻尼点,从而显著抑制LCL滤波器的谐振,且不牺牲其滤波特性。为提升直流电压的控制特性,在电压外环引入阻尼控制回路,并分析了阻尼作用机理。推导了最优阻尼系数计算方法,且当阻尼为最优阻尼系数时,可实现模型等效降阶,从而显著增强电压控制特性。对比分析了引入双侧阻尼前后交直流两侧的稳定性与控制特性,分析结果表明,引入阻尼后的系统具有更好的稳定性与控制特能。最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了双侧有源阻尼优化控制策略的有效性。     

多变流器并联时谐振特性及最优虚拟阻尼方法

LCL型变流器多模块并联并网运行时系统网络阻抗及谐振特性会发生变化,这将无法保证变流器输出电流的控制特性。对输出电流谐振问题进行定量分析及谐振抑制方法研究非常关键。通过建立多变流器并联并网系统的诺顿等效电路模型,对谐振峰分布进行定量分析,进而在简化模型的基础上,得到了谐振频率的数学表达式。基于电容器并联虚拟电阻的阻尼方法,研究虚拟电阻取值对输出电流的影响,提出了虚拟电阻最优值的计算方法。该方法可保证多变流器并联并网系统输出电流对指令值的跟踪特性。仿真和实验结果证明了定量分析结果的准确性及虚拟电阻取值方法的有效性,实现了对输出电流的有效控制。     

电容电压前馈和陷波滤波器有源阻尼对比研究

针对经LCL滤波器并网的三相变流器系统谐振问题,对比研究了两种抑制谐振的有源阻尼技术。这两种有源阻尼技术分别是由滤波电容电压前馈实现的有源阻尼和由与电流控制器级联的陷波滤波器实现的有源阻尼。基于电网阻抗和变流器导纳分析,完成了对两种有源阻尼控制的设计和建模,并评估了闭环系统的鲁棒性。利用额定容量为2.2 kW 的LCL...     

基于阻抗分析法的三相LCL型并网逆变器附加有源阻尼设计

三相LCL型并网逆变器系统中,由于设备与系统间的交互作用可能会造成谐波振荡,严重影响系统正常运行。针对该问题,采用谐波线性化的方法,计及耦合补偿项网侧电压的影响修正阻抗模型,建立了修正后的三相LCL型并网逆变器序阻抗模型,同时从谐振原理及对数频率稳定性角度进行稳定性分析,揭示光伏并网系统高频谐振产生的机理;基于得到的并网系统阻抗特性,针对结合电容电流反馈及串联超前校正的附加有源阻尼环节,考虑阻抗特性曲线进行阻尼环节参数选取,对易振荡频段进行阻抗重塑。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台验证了该方法的正确性和有效性。研究结果表明:附加有源阻尼环节能有效抑制谐波振荡且具有较好动态特性。     

弱电网下双向并网变流器虚拟正阻尼重塑控制

针对弱电网下恒功率控制模式中双向并网变流器系统稳定性会因功率传输方向的不同而产生差异进而引发系统振荡甚至失稳的问题，提出了一种虚拟正阻尼重塑控制策略，将负阻抗重塑为正阻抗，增强系统阻尼进而提升稳定性。首先，详细地建立了双向并网变流器交流侧端口阻抗在d-q坐标系下的小信号模型，分析了不同功率方向下阻抗特性的差异。其次，结合系统最小环路比表达式和电网等值阻抗表达式，基于奈奎斯特稳定判据，分析了电网等值阻抗大小和功率传输方向两个因素对系统稳定性的影响。然后，分析了弱电网下双向逆变器虚拟正阻尼重塑控制策略，并对其进行建模与分析。结果表明：虚拟正阻尼重塑控制可以实现将负阻抗重塑为正阻抗，并增强系统阻尼。并且，即使在电网等值阻抗较大的弱电网下，系统也能保持较好的双向功率稳定性。最后，基于MATLAB/Simulink和小功率实验平台验证所提策略的有效性。     

构网型控制改善跟网型变流器次/超同步振荡稳定性的机理和特性分析

构网型(grid-forming,GFM)并网变流器具有良好的弱电网稳定性,同时能够改善跟网型变流器的次/超同步振荡稳定性。为明确GFM控制改善振荡稳定性的机理和特性,首先推导了GFM变流器电路特性与每个控制环节的关系,并分别从变流器自身电路特性、变流器并网系统整体阻抗特性角度揭示了GFM控制改善振荡稳定性的电路机理。然后,基于阻抗模型定量分析了GFM变流器占比提升对系统振荡频率、阻尼的影响。最后,利用电磁暂态仿真进行了验证。结果表明：GFM变流器在无功控制环节、电压外环作用下表现为“正电阻”,能够削弱跟网型变流器控制环节引入的负阻尼特性,进而改善系统次/超同步振荡稳定性;此外,GFM变流器占比提升能够显著改善系统振荡阻尼,但对振荡频率影响较小。     

LCL型有源滤波器电流指令补偿方法

虚拟电阻技术广泛的应用于变流器的控制中,可以有效抑制LCL型变流器输出电流的放大。现有的虚拟电阻阻尼技术主要是针对变流器只需要控制输出电流基波成分的应用场合。变流器输出的谐波电流会受到虚拟电阻阻尼控制的影响。当变流器用于补偿负载谐波电流时,其输出的谐波电流成分难以得到有效的控制,使得负载谐波电流的补偿效果变差。首先建立了虚拟电阻阻尼控制下变流器的模型,通过与二阶低通滤波器模型的近似关系,得到虚拟电阻的优化取值。随后,基于变流器的二阶低通滤波模型,通过对指令电流进行预调制,保证输出谐波电流的控制效果。最后,仿真和实验结果证明了建模及指令电流补偿方法的有效性,实现了对有源滤波器滤波性能的改善。     

采用VSG策略的MMC阻抗建模及并网稳定性分析

随着分布式能源并网的增多,局部电网逐渐呈现出弱电网特性,虚拟同步发电机（VSG）控制由于可以模拟同步发电机的特性,能够为弱电网提供惯性和阻尼支撑。本文采用谐波线性化方法对采用VSG控制策略的模块化多电平换流器(MMC)进行阻抗建模。所得到的阻抗模型在低频段主要呈容性,在高频段主要呈感性,在复杂电力系统中,可能会与电网阻抗存在谐振点。分析了VSG主要控制参数对MMC阻抗的影响,发现有功-频率下垂系数、阻尼系数和虚拟转动惯量主要影响50Hz附近的阻抗。根据阻抗稳定性判据对MMC并网系统进行稳定性分析,发现并网系统在高频段有振荡的风险。     

虚拟稳态同步负阻抗的VSG功率解耦策略

伴随着分布式能源渗透率的逐渐提高,电力系统中的转动惯量相对减小,严重影响到系统安全稳定运行。其中虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)因具备同步发电机的相关特性而备受关注。针对VSG实际输出端口点到并网点的传输功率过程中存在耦合而引起VSG功率控制产生稳态误差和动态振荡,从而引起下垂特性的变化的情况,在对动静态功率耦合机理分析的基础上,提出基于虚拟稳态同步负阻抗的功率解耦策略,更好地消除了功率环间的耦合作用。通过建立基于所提出的VSG新型功率解耦策略的全局状态空间小信号模型,证明了该解耦策略的有效性。最后,搭建了基于解耦策略的VSG实验平台。通过实验结果验证了所提解耦策略的有效性,消除了功率环间的耦合作用,增强了VSG有功功率和无功功率的动静态响应性能。     

基于模糊控制的虚拟阻抗VSG功率解耦策略

虚拟同步发电机(VSG)技术模拟了同步发电机的运行机制,使分布式发电能够为电网提供惯性并提高系统稳定性。当VSG接入低压微电网时,由于线路阻抗的阻感比过大的影响,VSG的有功环和无功环之间不能视为近似解耦,VSG输出的有功功率和无功功率之间存在耦合。另外如果VSG的功角太大,也将增加功率的耦合程度,增加解耦的难度。文中分析了VSG功率耦合机理,发现功率耦合会引起VSG输出功率的动态震荡,使无功功率产生稳态误差等问题,在此基础上,提出了一种利用模糊控制对VSG功角进行估算的自适应虚拟阻抗解耦策略。最后,通过MATLAB/Simulink构建VSG并网模型,以验证VSG功率耦合的抑制。     

基于RBF的VSG虚拟惯量和动态阻尼补偿自适应控制

虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)技术可以使并网逆变器具有与同步发电机类似的外特性。VSG系统暂态稳定性的主要影响因素是虚拟惯量和阻尼系数,但现有的控制策略在参数调节过程中存在灵活性不足的缺点,不能有效解决系统暂态稳定性和暂态恢复时间的问题。针对这一问题,提出动态调节阻尼补偿量的概念。将阻尼系数和阻尼补偿量共同作为系统的等效阻尼系数,设计了基于径向基函数(radial basis function, RBF)的VSG虚拟惯量和动态阻尼补偿自适应控制策略,实现了参数之间的解耦,使系统的阻尼随着系统频率的变化进行动态调整。通过建立VSG数学模型,确定了参数的具体取值范围。最后,在仿真平台上搭建VSG系统,分别在出力波动和低压穿越两种工况下验证了所提控制策略相较于传统RBF控制策略的优越性。     

基于附加单位延时反馈的LCL型并网变换器鲁棒电流控制策略

LCL型并网电力电子变换器在运行过程中存在谐振现象,有源阻尼法因其无需额外增加硬件成本、低有功损耗而被广泛采用,但往往需要额外的传感器进行控制信号采集,故提出一种仅对并网电流进行采样的附加单位延时反馈鲁棒电流控制。建立传统单环有源阻尼策略的阻抗模型,分析传统策略中有效阻尼区的局限性;考虑数字延迟和弱电网,提出一种基于附加单位延时反馈的控制策略,采用该策略后,可缓解由延时效应导致的相位滞后并扩大有效阻尼区,且无需额外的传感器即可实现有源阻尼。相比于传统方法,所提方法无需重新设计硬件、调制改进等措施,仅从控制模型角度重塑了并网变换器的虚拟阻抗。进一步地,详细设计了单位延时反馈环节的参数,当LCL参数和电网阻抗变化时,变流系统在奈奎斯特频率区间仍能保持稳定,提升了对复杂电网的适应性。     

弱电网下基于DSOGI-PLL的并网换流器频率耦合阻抗建模与稳定性分析

三相电压源型换流器作为中低压直流配用电系统并网常用的接口电路,在系统运行中发挥着重要的作用。为了解决弱电网下基于双二阶广义积分器的锁相环(DSOGI-PLL)的并网换流器失稳的问题,首先建立了DSOGI-PLL的频率耦合阻抗模型,然后综合考虑多种频率耦合因素建立了并网换流器的频率耦合阻抗模型。基于此模型分析了DSOGI-PLL参数、直流电压环带宽以及电流内环带宽比对于并网换流器频率耦合特性的影响。然后推导了考虑频率耦合特性的等效单输入单输出奈奎斯特稳定判据,进而研究了各种因素对于并网换流器系统稳定性的影响。最后基于MATLAB/Simulink对频率耦合阻抗模型和系统稳定性进行了仿真验证,证明了所提频率耦合阻抗模型和理论分析的准确性。     

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。     

基于宽频带转子附加阻尼的双馈型风机次同步振荡抑制策略

针对双馈型风电场并网引发的次同步振荡问题进行了研究,建立了双馈电机以及变流器的等效模型。基于动态等值阻抗解析式分析了并网阻抗特性的关键影响因素。结果表明控制器转子侧内环增益对次同步频带阻抗特性影响较大。在此基础上,提出了一种基于宽频带转子附加阻尼控制的次同步振荡抑制措施。该抑制措施实施于双馈型风机转子侧变流器控制中,无须附加装置,利于工程实现。最后,通过时域仿真验证了该抑制措施的有效性以及在暂态工况下的适用性。     

LCL滤波并网逆变器的分裂电容法电流控制

针对LCL滤波的并网逆变器电流控制时存在的系统稳定性和稳态误差与谐波失真等问题,提出了一种新的电流反馈控制技术。新的控制策略将LCL滤波器的电容按特定比例分成并联的前后两部分,通过测量中间电流并作为反馈信号控制逆变器输出,从而使受控系统的特性从三阶系统转换为一阶系统,控制性能得以改善,便于实现稳定误差和电流谐波失真的减小。本文给出了该控制策略的理论依据和实现方法,分析比较了新方法与传统控制方法的特性差异。通过对5kVA燃料电池逆变并网发电电源的试验验证了该控制策略。     

模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略

直流微电网的变换器均通过电力电子变换器接入直流母线,而电力电子变换器缺少惯性和阻尼作用,负载功率突变会引起变换器端口电压电流的振荡,给直流母线带来较大的冲击,影响微电网的稳定性。文中参考虚拟同步发电机在并网逆变器控制中的应用,提出了一种模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略,使储能变换器具有直流发电机的端口特性,并建立小信号模型,利用阻抗比判据分析了其小信号稳定性。仿真和实验证明所提控制策略可以增强储能单元维持直流微电网内功率平衡的能力,提高直流微电网的供电质量。