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。     

计及谐波影响的光伏逆变器控制方法研究

在光伏并网发电过程中,为了不影响电网的电能质量,逆变器输出并网电流谐波分量应该满足相关的并网标准。文章提出了一种基于阻抗分析的方法,分析了光伏并网逆变器与含背景谐波电网之间的谐波交互影响问题。光伏并网所引起的谐波谐振问题产生的根本原因是逆变器等效输出阻抗和电网等效阻抗在并网公共连接点(POC)处存在阻抗交点,且在交点位置阻抗和值最小,此时并网电流幅值将明显增大,即产生谐波谐振现象。为了分析这一问题,本文建立逆变器的诺顿等效模型,推导逆变器的等效输出阻抗表达式,并基于光伏并网谐波电压、电流的最大限值及谐波谐振条件,分析逆变器等效输出阻抗的合理取值范围。在此基础上,采用PI控制、准PR控制两种不同的控制方法调节逆变器等效输出阻抗,有效的抑制谐波,并避免谐波谐振现象的产生。通过仿真实验,验证了本文方法的有效性。     

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。     

考虑电网阻抗影响的光伏并网逆变器稳定性与谐振分析及设计

电网阻抗的存在可能引发光伏并网逆变器的谐波谐振,甚至不稳定。通过建立单相光伏并网逆变器的等效阻抗模型和等效控制模型,分析系统稳定性和谐振的关系,指出当光伏并网逆变器处于临界稳定状态时,系统由于阻抗匹配而出现谐振现象,且阻抗匹配的频率为系统开环截止频率。为降低并网电流中的谐波含量,应使光伏并网逆变器始终具有足够的稳定裕度,为此提出了"坚强的"光伏并网逆变器设计方案,且给出了详细的设计步骤。仿真和实验结果表明,所提的光伏并网逆变器能够输出较高质量的并网电流,其对电网阻抗具有很强适应性。     

基于扰动式MPPT控制的光伏并网系统间谐波分析模型

为分析最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制对光伏并网系统产生间谐波电流的影响,该文首先建立考虑光伏电池、并网逆变器及其控制系统在内的并网系统模型;其次,分析扰动式MPPT的三点周期振荡特性及其等效输出表达式,揭示扰动式MPPT产生间谐波的具体作用机理;接着,通过在最大功率点附近的线性化处理,推导基于MPPT周期振荡的输出电流间谐波分析模型,通过该模型定量求解不同工况下的间谐波电流大小;分析由扰动式MPPT导致的间谐波电流特性;最后,通过仿真验证理论分析的正确性以及间谐波模型的有效性。该模型可为光伏并网系统的间谐波检测和抑制提供理论指导。     

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。     

基于阻抗模型的集中式光伏电站谐波放大机理研究

针对现有多逆变器并网系统研究缺乏对集中式大型光伏发电系统建模的问题,利用诺顿、戴维南等效定理对集中式光伏并网系统的发电单元、各级升压变压器、传输线路以及电网进行等值建模,建立并网发电系统的阻抗模型,并在此基础上推导谐波与系统各阻抗间的关系。利用频域分析研究谐波在传输过程中的放大机理,仿真结果给出了谐波电流放大倍数受阻抗模型的等效电源系数与等效耦合导纳的影响关系,为后续研究谐波抑制策略提供理论基础。     

大型分布式电源建模分析与并网特性研究

详细分析了大中型光伏电站并网原理,确立了光伏逆变器的数学模型和电网分布参数模型,从而进一步分析其并网特性。研究了大型光伏发电系统和薄弱电网并列运行的特性,着重分析了大中型光伏电站在薄弱电网环境下输出电压、电流谐波等电能质量特性。根据采用传统控制算法的三相光伏逆变器仿真结果和实际运行数据,提出基于空间矢量理论的三相光伏逆变器控制算法,可有效降低光伏并网输出电压、电流谐波,增强光伏并网可靠性。理论分析和部分运行结果证明了并网特性的正确性。     

序阻抗视角下虚拟同步发电机与传统并网逆变器的稳定性对比分析

传统新能源并网逆变器接入弱电网易发生谐波振荡等交互稳定性问题。该文采用谐波线性化方法建立虚拟同步发电机的小信号序阻抗模型,对比分析虚拟同步发电机和传统并网逆变器的序阻抗特性。传统并网逆变器的序阻抗在中频段显容性且阻抗幅值较大;而虚拟同步发电机的序阻抗基本呈感性且阻抗幅值较小,与电网的阻抗特性基本一致。基于序阻抗模型和奈奎斯特稳定判据分析电网强弱、逆变器并网台数和锁相环带宽对虚拟同步发电机和传统并网逆变器并网系统稳定性的影响。稳定性分析结果表明,在弱电网下或者高渗透率新能源发电下,传统并网逆变器容易失稳,而VSG并网系统依旧可以稳定运行且无锁相环的约束。因此,从系统稳定性的角度来说,VSG比传统并网逆变器更适合应用于弱电网下或者高渗透率新能源发电中。最后,通过实验验证该文分析的正确性。     

基于滤波电容电流补偿的并网逆变器控制

在并网逆变器中,LC滤波器因容易控制和具有良好的高频衰减特性而应用广泛。分析了输出滤波电容对采用LC滤波的并网逆变器并网电流幅值、相位和低次谐波的影响,提出一种采用滤波电容电流补偿和电网电压前馈的数字PI控制策略,给出了离散时间域下控制器参数的设计方法,并从电网谐波阻抗角度分析了控制器抑制电网电压扰动的能力。理论分析和实验证明,该方案能有效降低并网电流的谐波畸变率(THD),提高并网逆变器输出电能质量。     

太阳能光伏发电并网系统的建模和仿真

为开展太阳能光伏发电并网系统的研究,采用光伏电源外特性等效方法,推导了大容量太阳能光伏发电的数学模型,搭建了10MW光伏电源的仿真模型。在此基础上,提出了改进的扰动观察最大功率跟踪方法,该方法不受测量和计算误差的影响,能保证光伏电源尽快稳定在最大功率点。应用正弦脉宽调制的电压型三相桥式逆变器和具有阻尼电阻的LCL滤波器作为光伏电源与电网之间的接口,采用内外环加同步比例积分的电流控制技术实现并网。仿真实验验证了搭建的10MW光伏并网发电系统的可行性和正确性,并网电流谐波符合IEEEStd929—2000的要求。     

基于瞬时电流跟踪的三相光伏逆变器并网控制策略研究

在分析光伏逆变器交直流侧的能量传递关系基础上,提出一种基于瞬时电流跟踪方式的并网控制策略。该策略的功率外环考虑到了光伏方阵模块的功率变化及直流电容器的充放电过程等因素,内环采用滞环电流控制的方式对参考电流进行跟踪,具有电流谐波小、响应速度快、控制参数容易整定等优点;同时给出了光伏逆变器的启动控制策略,防止启动电流过大损坏功率开关器件。最后在PSCAD/EMTDC中建立了三相光伏并网系统的仿真模型,数字仿真验证了以上控制策略的有效性。     

基于虚拟阻抗的电流源光伏逆变器谐波补偿法

提出了一种新型的低开关频率下,基于虚拟阻抗的并联电流源光伏并网逆变器特定谐波补偿的控制策略。建立了并联电流源光伏并网逆变器模型,分析了影响并网电流谐波的因素,对特定谐波消除法(SHE)的脉宽调制(PWM)波形进行修改,推导了如何利用逆变桥输出电流特定谐波补偿电网电压特定谐波对并网电流的影响。仿真结果验证了本方案可以很好地补偿电网谐波对并网电流的影响,改善并网电流谐波性能。     

10kW太阳能发电系统谐波测试

太阳能光伏发电系统作为分散电源,在接入电网运行时,需考虑对电网的影响。采用IGBT的光伏逆变器尽管理论上已大幅抑制谐波电流的发射量,但实际上仍在向电网送出相当量的谐波电流。文章以一项10kW太阳光伏发电并网系统工程为例,分析了光伏发电系统输出的电压、电流谐波情况及其对电网的影响。指出,采用IGBT的光伏逆变器,仍有10%的谐波电流注入电网,且三相谐波电流明显不平衡,低次偶次谐波电流幅值较大,应予以重视。     

基于电压扰动源的并网逆变器输出阻抗测量方法

并网逆变器输出阻抗是判定其并网运行稳定性的重要参数,通常采用谐波电流注入法测量。但由于并网逆变器本身存在背景谐波,会影响测量结果的准确性,采用非整数谐波的偏频电流注入方法能够有效避免该问题。然而,由于实际电网运行频率在一定范围内波动,采用谐波电流源注入非整数次谐波电流时存在难以同步的问题,从而造成测量误差。针对以上问题,该文利用电压扰动与电流扰动两种阻抗测量方法的等效性,提出通过同一台电压扰动源产生基频及非整数次谐波电压进行逆变器阻抗测量的方法,以提高阻抗测量的准确性,最后通过插值获取逆变器全频段阻抗。实时数字仿真结果证明了所提测量方法的有效性和可行性。     

基于光伏逆变器的电网谐波阻抗测量新技术

针对新型电力系统背景下电网谐波阻抗的测量需求,提出了一种基于光伏逆变器的新型电网谐波阻抗测量方法。所提方法不会对电网产生扰动,无需安装额外的测量设备,并且还能在阻抗测量过程中治理电网谐波。该方法在基波下控制光伏逆变器实现正常发电功能,在谐波下控制其等效为虚拟电阻。通过改变逆变器的等效虚拟谐波电阻值,测量并网点谐波电压的幅值,并结合最小二乘法来估算系统的谐波阻抗幅值。利用硬件在环实时仿真试验平台进行阻抗测量试验,测量结果与设定值相符,系统5次谐波阻抗的测量精度达99%,7次谐波阻抗的测量精度达97%,验证了所提方法不仅可测量系统多次谐波阻抗幅值,且能保证较高的测量精度。     

户用型单相光伏并网系统仿真分析

针对3 kW光伏并网发电系统,详细分析了光伏电池的模型;采用扰动观察法实现最大功率点跟踪;选择电流内环电压外环的双环控制作为并网逆变器的控制策略,其中电流内环控制并网逆变器的输出电流跟随电网电压,电压外环控制直流母线电压稳定在400 V;将主动式频率偏移法运用于孤岛检测的算法控制,孤岛出现后2 s内迅速检测出孤岛并切断光伏逆变器。给出了基于MATLAB/Simulink的系统仿真模型。结果表明:光伏电池能很好地实现最大功率点跟踪,逆变后成功并网,在规定的时间内对孤岛做出判断,达到预期的设计目的。     

光伏并网逆变器的电流扰动观测控制方法研究

并网逆变器的输出电流质量易受到电网电压状态及逆变器系统参数的不确定性等因素的干扰。根据扰动观测器控制原理,建立电流控制的扰动观测模型,并设计电流扰动观测控制器,该方法将电网电压与直流侧电压变化设定为外部扰动变量,提高电流控制对这两种扰动的抗扰动性,同时可对输入功率变化时电路参数出现的差异性进行补偿控制,提高电流动态响应速度并减少输出电流谐波。仿真与实验结果表明,该电流控制方法可有效抑制三相电网电压不平衡或畸变状态造成的电流谐波,并改善在低输入功率状态的逆变器输出电流质量,当输入功率发生突变时,输出电流的响应速度与质量都得到明显提升,同时降低了光伏逆变器的最大功率跟踪过程时间。     

基于虚拟阻抗的逆变器死区补偿及谐波电流抑制分析

并网逆变器作为可再生能源发电系统与大电网之间的关键接口,在控制模式及电能质量方面有着较高的要求.间接电流控制逆变器既有较快的电流响应,也可实现并/离网模式的平滑转换.该文以并网逆变器为研究对象,对开关体器件死区效应产生的谐波电流以及电网电压背景谐波造成的并网电流畸变问题进行分析.进而提出虚拟并联陷波阻抗、串联谐振阻抗的改进控制策略,有效抑制了因上述两个问题引起的谐波电流,显著改善了并网电流质量.仿真及实验验证了所提方法的有效性.     

基于提升小波变换的光伏谐振检测方法

光伏发电并网系统中多台并网逆变器之间、逆变器与电网之间的交互耦合会引起系统串、并联谐波谐振,严重地影响了电网电能质量,因此光伏发电并网产生的谐振问题亟待研究。针对这一问题,首先建立光伏发电并网系统谐振模型,分析了光伏并网运行时产生的谐振问题。谐振不同于谐波之处在于谐波表现为电流和电压波形产生周期性畸变,而谐振导致的电流和电压畸变是非周期性的。分析了提升小波变换在谐振检测上的应用原理,在此基础上提出基于提升小波变换算法的谐振检测技术,并利用FFT进一步筛选谐振可能所在的频带,得到光伏发电并网谐振的起止时刻以及频带范围。最后通过仿真验证该方法能够有效地检测光伏发电并网系统的谐振问题。