电网和负载不平衡条件下的双模式逆变器控制研究

针对负载和电网处于不平衡条件下的双模式逆变器控制,首先研究了并离网两种情况下的逆变器电压正、负序分量提取的方法。其次,在并网运行时研究了二阶广义积分器和双同步解耦锁相控制方法,保证逆变器在电网电压不平衡时快速跟踪电网变化以改善大电网不平衡对逆变器的影响。最后,通过仿真和实验验证了电网和负载不平衡条件下所用方法补偿不平衡分量并改善不平衡度的有效性。     

不平衡负载下三相离网逆变器的序阻抗建模及特性分析

孤岛微电网中三相负载不平衡是引起微电网电压不对称的主要原因。为了清晰直观地分析和改善电压不对称问题,从序阻抗角度,采用一种谐波线性化方法,建立了不平衡负载下三相离网逆变器采用无正负序分离电压控制模式的正负序阻抗模型,在不同PI控制参数、不同的运行工况下对三相离网逆变器的正负序阻抗特性进行了对比分析。分析表明PI控制参数对正负序阻抗特性影响较大,运行工况产生的影响较小。然后在三种不同运行工况下,对单序dq控制模式和无正负序分离电压控制模式进行了仿真对比分析。得到的序阻抗特性曲线和输出波形表明:采用单序dq电压控制模式时离网逆变器的输出电压幅值不平衡度高,而采用无正负序分离电压控制模式时,由于三相离网逆变器的负序等效输出阻抗在基频下较小,不平衡负载引起的负序电流流过阻抗产生的压降也较小,使逆变器的输出电压幅值基本保持平衡。最后,仿真验证了无正负序分离电压控制模式下的序阻抗模型的有效性。     

基于三相四桥臂的双模式变流器控制策略研究

针对微网系统在离网模式下,给不平衡负荷供电之一问题,文中采用三相四桥臂作为双模式变流器拓扑,并设计了并网与离网双模式工作及并离网模式切换的控制策略,可解决离网模式下不平衡负载引起的电压不平衡问题。根据不同模式下三相四桥臂变流器的数学模型,采用电网电压定向的电感电流闭环控制策略实现并网模式运行,采用双同步旋转坐标系下的正负序电压控制以及零序电压的比例谐振控制策略实现离网模式运行。同时,采用一种控制模式的平滑切换方法来实现并网与离网两种模式的独立运行。最后,通过仿真对采用的双模式变流器控制策略进行了验证。仿真结果表明,采用的双模式控制策略在并网模式下可以准确跟踪功率指令,在离网模式下可有效抑制不平衡负载的扰动,实现输出电压平衡。在并离网切换过程中,该控制方法能够减小负载电压变化与输出电流的冲击,实现负载的不间断供电。     

适用于电网不对称下的自同步电压源逆变器控制策略

自同步电压源逆变器(SVI)在电网电压不对称工况下实现三相并网电流平衡控制,同时兼顾离网独立运行时机端电压控制稳定性,是实际工程应用中面临的挑战之一.首先,在简要阐述SVI工作原理的基础上,文中详细分析了电网不对称条件下,常规正负序分离控制应用到SVI的局限性和系统离网独立运行时不稳定的机理.然后,基于SVI单模式控制思想,提出一种基于准谐振控制器的SVI负序电流抑制策略,在电网不对称工况下实现了入网电流输出平衡,同时保证了SVI在并/离网模式切换以及离网(含多机并联)独立工作时的系统稳定性.最后,仿真和实验结果验证了所提出的系统控制策略的正确性和有效性.     

光伏发电系统中三相逆变器不平衡控制的分析

针对光伏发电系统中离网三相逆变器工作在不平衡负载时的特点,文中详细分析了离网三相逆变器的拓扑电路结构及其相应的控制方法。分析了三相三桥臂逆变器主电路拓扑结构,引入了电容电流瞬时值反馈控制,同时还对三相逆变器经LCL滤波后的输出三相电压进行独立控制。通过对每相输出的交流电压与参考电压进行PI运算后再与电容电流进行K运算产生控制开关管的SPWM脉冲波,从而实现三相逆变器输出电压平衡。建立Matlab/Simulink仿真模型,仿真分析表明,文中采用的控制方法,在三相负载严重不平衡情况下,输出的三相电压不平衡度低,且带非线性负载能力强,从而保证逆变器在带任意不平衡负载时仍能维持三相平衡的输出电压。     

基于负序补偿微源逆变器带不平衡负载研究

三相四线制微源逆变器在不平衡系统中具有独特优势,因此可作为微电网中变流器拓扑。为了改善微电网系统离网运行工况下带不平衡负载时的供电质量,提出一种改进负序控制方法。基于对称分量法和叠加原理对三相微源逆变器在不平衡负载下产生三相输出电压不对称的机理进行系统分析,得到了输出电压正序、负序、零序分量不同的补偿特性。设计了一个简单可行的同步正/负序参考系控制器,有效地补偿了不平衡负载引起的微源逆变器输出电压畸变,保证了微源逆变器在不平衡负载下能维持三相平衡输出电压。最后通过仿真和实验验证了理论分析和所提控制方法的正确性。     

基于模型预测控制的并网逆变器不平衡控制

电网电压发生不平衡故障时,大功率并网逆变器有效的调节控制可以提高其并网运行的能力。主要研究在α,β坐标系中三相并网逆变器的模型预测控制(MPC)策略。在电网电压不平衡的故障下,大功率并网逆变器充分利用MPC在低开关频率条件下的高动态性能和稳定性能,直接对正负序电流进行控制,避免了电流的正负序分解,通过控制电网负序电流为零、抑制有功功率或无功功率二倍频脉动,以满足电网电压不平衡时逆变器的并网电流要求。在一台2 kW的L型并网逆变器实验平台上进行了实验验证,依次实现了3种控制目标。实验结果表明了该方法的有效性及正确性。     

一种单相逆变器并离网切换的统一控制策略

分布式能源系统中,逆变器通常具有并网运行与孤岛运行两种模式。当逆变器并网运行时,一般表现为电流源特性,向电网输送功率;当逆变器孤岛运行时,一般表现为电压源特性,控制本地电网电压与频率稳定;逆变器并离网切换过程时需进行两种控制模式的模式切换。提出一种基于下垂控制的单相逆变器统一控制策略,构造一种电压源电网支撑型逆变器,在并网与离网模式下均可稳定运行,从而实现并离网工况的无缝切换。建立逆变器阻抗模型,基于阻抗模型设计了下垂控制策略和下垂曲线,给出了逆变器并离网切换的控制逻辑,构建了实验样机,通过实验验证了所提出的理论分析和控制策略的可行性。     

微网逆变器不平衡负载控制技术研究

微电网逆变器的一个重要性能是离网时在三相负载不平衡情况下仍能维持三相输出电压的对称性。传统对称分量法与叠加原理虽然能在三相逆变器带不平衡负载时通过对输出电压正、负、零序分量的不同补偿来维持三相电压的平衡,但该方法运算量大,不宜控制。针对微网逆变器接不平衡负载的情况,提出一种简单有效的系统控制策略,即谐振控制器的控制方法。该控制策略免去常规控制中所需电压/电流正负序分离及环路单独控制,极大简化了系统控制结构。仿真和实验结果验证了该方法能有效抑制由不平衡负载引起的输出电压畸变,获得高质量输出电压波形。     

适用于双模式场景下的三相四桥臂逆变器控制

适用于并网与离网双模式工作条件下三相逆变器是并网型微电网的重要核心设备,在此基于三相四桥臂(3P4L)逆变器电路拓扑,提出了一种基于同步坐标系下解耦控制与空间矢量调制技术相结合的逆变器控制策略.该策略既保证逆变器在离网独立运行模式下可实现较高的直流电压利用率,解决不平衡负载条件下的机端三相电压平衡问题,又可实现在并网工作模式下的低谐波并网发电,且具有较强的低电压穿越(LVRT)能力.当微电网在并/离网模式的切换过程中,该控制策略能够实现负载电压冲击小、敏感性负载不间断供电运行.系统仿真及原理样机实验结果表明了所提控制策略的正确性和有效性.     

微网中并行电压电流多环反馈的单相控制策略

三相4线制低压微网中,由于接入大量单相负荷,会导致三相不平衡;针对传统单相下垂控制策略一般将电压环电流环串联使用,提出了一种基于并行电压电流多环反馈的微网逆变器控制策略,来实现系统在三相不平衡时的独立稳定控制。该控制策略将带有电压参考值前馈补偿的电压闭环作为单相逆变器的电压整体控制,同时与电流阻尼环并行控制来提高系统的暂态性能。最后利用PSIM实验仿真系统验证了所提出的控制策略在孤网运行模式下的有效性。     

基于比例积分谐振的微网逆变器电压均衡控制策略研究

对于工作在离网模式下的微网逆变器,在可能会出现的负载不对称或者单相负载运行场合,采用传统的电压电流双闭环控制方法会导致输出电压严重不平衡,从而危害供电设备以及整个系统。基于分裂电容式的三相四线逆变器系统,针对逆变器在离网模式下带不平衡负载运行的问题,建立相关数学模型分析抑制不平衡问题,分析传统比例积分控制的缺陷,并在此基础上采用正负序分离独立控制和比例积分准谐振控制策略。同时针对微电网运行状态平滑切换的要求,给出一种基于间接电流控制策略的平滑切换控制策略。仿真结果证明该控制策略的正确性。最后在微电网逆变器实验平台上通过实验验证了该方案的实用性和可行性。     

电网电压不平衡下燃料电池并网逆变器功率控制

基于参考指令变更的三相并网逆变器功率控制方法,通过调节影响功率波动的参考指令内的谐波分量可以实现逆变器电流质量和功率波动间协调控制,但不能实现三相电压不平衡下负序交流分量的无静差调整。针对此问题,提出了三相电压不平衡下燃料电池三相并网逆变器功率控制方法,构建了燃料电池三相并网逆变器电路拓扑结构。在此基础上采用无锁相环直接功率控制方法,采用全通滤波器对并网逆变器电路中的电压和电流基波分量进行90°相移,消除2倍频的负序交流分量,实现并网逆变器有功功率和无功功率的有效控制。仿真结果证明,所提方法控制的并网逆变器进网电流谐波含量为0.33%,输出电流正弦度较高,电网电压不平衡状态下仍能坚持对电流进行控制。该方法功率控制效果好,具有较强的安全性。     

电网电压不平衡条件下微网恒功率控制策略研究

在基于平衡假设的前馈解耦恒功率控制是微网典型的控制策略,通过对该策略进行功率分析,并釆用开关函数法进行并网逆变器输出特性分析,针对电网电压不平衡条件下负序和3次谐波现象,在原有PQ控制控制结构基础上叠加一个前馈电压负序控制环,使微网并网逆变器产生一个与公共连接点不平衡电压中负序分量大小相等相位相同的电压,实现微网并网节点的三相对称控制,改进的开关函数调制法的采用抑制了3次谐波的输出。仿真和实验结果表明,改进的微网不平衡PQ控制策略提高了微网在电网电压不对称条件下的生存能力。     

光伏并网逆变器在不平衡电网下的控制策略研究

目前,在平衡电网电压下的光伏并网逆变器的控制已较成熟,而在不平衡电网下,光伏并网逆变器的传统控制策略会引起电压不稳定和有功无功功率的二次脉动.通过建立并网逆变器的数学模型,获得dq坐标系下的并网逆变器的动态方程,分析并网逆变器控制策略的关键是其锁相环能够准确提取电网三相电压相位.传统的三相同步锁相环(SRF-PLL)在电网三相电压不平衡时无法准确提取电压的相位,在举例分析国内外几种获取电压准确相位方法的优缺点的基础上,采取了一种基于解耦双同步参考坐标系下的锁相环(DDSRF-PLL)的控制策略,通过dq旋转轴的坐标系和解耦网络,可准确获取三相不平衡电网的电压相位,并采用旋转dq坐标系分离正负序分量,完成独立控制.最后构建电网三相电压平衡和不平衡工况下的光伏并网逆变器的仿真模型,验证了该控制策略的可行性和有效性.     

面向不平衡补偿的三相四桥臂并网逆变器控制策略研究

针对微网中大量接入不对称负载且日益增多的现状,引起的三相电压不平衡问题,提出基于三相四桥臂逆变器的多状态分层协同补偿策略.利用四桥臂并网逆变器三相输出独立的特点,采用双同步坐标系解耦软件锁相准确跟踪微网相位,根据电网三相电压值的大小,对发电装置发出的电源进行三相功率分配,对低电压相进行功率补偿以实现微电网电压的平衡.利用MATLAB/Simulink进行建模仿真,并对个别状态进行了试验.结果 表明,对于微电网中可能存在的电压不平衡情况,所提出的补偿控制策略可以有效改善电压不平衡的问题,并对其进行补偿.     

光伏发电并/离网切换控制策略研究*

对于具有并网及离网双模式运行功能的光伏发电系统,实现两种模式之间的平滑切换一直是控制上的难点。建立了三相光伏发电系统仿真模型,分析研究光伏逆变器的并网、离网两种模式的切换控制策略。提出了一种实现并/离网平滑切换的方法,采用分相并网开关,检测电网电压每相过零实施开关合断并合理配合控制策略的切换时序,离网时则采取PI调节器重载初始值的方式保持逆变器稳定电压输出。仿真结果表明,逆变器输出波形有效地得到改善,证明了该控制方案的可行性。     

适用于不平衡负载工况下的微网逆变器控制策略

微网逆变器的一个重要性能是其工作在离网模式下时,在三相负载不平衡情况下仍能维持三相输出电压的对称性,为微网提供稳定的电压支撑。文中通过分析逆变器输出接不平衡负载时的系统不平衡机理,提出了一种简单有效的系统控制策略:在系统传统控制环路中引入谐振控制器,以抑制不平衡负载条件下控制环路中所存在的2倍工频脉动分量。所提出的控制策略免去常规控制中所需电压/电流正负序分离等控制环节,极大地简化了系统的控制结构。建立了新控制策略下的系统环路模型,给出了环路控制参数及谐振控制器的设计方法。仿真和实验结果验证了所提出的系统控制策略能有效抑制由不平衡负载引起的输出电压畸变,获得高质量的输出电压波形。     

低压微电网逆变器的自调节下垂系数控制策略

由于传统下垂控制的微电网逆变器在离网状态下输出电压的幅值和频率不稳定,提出一种改进的自调节下垂系数控制,且加入电压和频率的误差反馈,减小了微电网在离网运行状态下负荷突变所引起的输出电压幅值和频率的偏差,且增强了其动态性能。同时传统的三相逆变器控制基于dq旋转坐标系,其并网功率冲击较大,而基于αβ静止坐标系下的控制能有效减小并网时的功率冲击,提高了系统的稳定性。仿真验证了该控制策略的正确性和有效性。     

并网逆变器电压支撑的参考电流值

为了使新能源并网逆变器在电网故障时,安然度过电压暂降,并通过注入无功功率以支撑电网电压,提出了实现三相电压均衡、提升或消除有功功率波动为控制目标的并网参考电流值的设置方案。首先分析了电网电压不平衡下,αβ静止坐标系中电压正负序分量、电网电流与功率的关系,引入参数k控制无功电流中正序与负序分量间的关系,推导出电网参考电流的表达式,以及消除有功功率振荡的k取值范围。再对最大并网电流进行了限制,以穿越电网故障,使并网逆变器不脱网。最后通过采用αβ静止坐标系中比例谐振电流环控制,三相并网逆变器在不同参考电流下实现了电网电压提升、均衡或者抑制有功功率振荡的功能。