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。     

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。     

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。     

双模式扰动下新能源发电装备的宽频带序阻抗在线精确测量方法

宽频带阻抗测量是验证及修正新能源发电装备宽频带阻抗模型的重要方法。当待测新能源并网逆变器阻抗与电网阻抗在测量频段内的相对大小改变时,仅采用单一的电流并联注入型阻抗测量系统或者单一的电压串联注入型阻抗测量系统不能精确地测量该待测装备的宽频域(10Hz～10kHz)阻抗。该文首先分析了单一电流扰动或单一电压扰动注入方式下宽频带阻抗测量精度不高的主要原因;然后,以新能源并网逆变器的阻抗测量为研究对象,提出了双模式扰动下新能源发电装备的宽频带序阻抗在线精确测量方法,实现电网阻抗高于待测装置阻抗时注入电流扰动、电网阻抗低于待测装置阻抗时注入电压扰动的工作模式,使扰动高比例分布在待测装置侧,提高了阻抗测量精度;最后通过对阻感负载及新能源并网逆变器的阻抗在线测量,验证所提双模式扰动注入方式下阻抗在线测量方法的有效性。     

弱电网下LCL滤波并网逆变器自适应电流控制

由电网电压谐波以及电网阻抗变化等引起的电网不确定性严重影响LCL型并网逆变器的电流控制。电网电压比例前馈因实现方便且可有效地抑制电网谐波的作用而获得了广泛的关注,但少有文献探讨其在电网阻抗大幅变化即弱电网下的性能。该文分析表明,弱电网下该前馈补偿会大幅降低电流控制的稳定裕度。随着电网阻抗中感性成分的增大稳定裕度变差,最终导致不稳定。此外,低次谐波电流抑制也会失效。针对上述问题,提出一种基于电网阻抗估测的自适应控制方法,即时修正用于前馈补偿的电压以及调整调节器参数以保证较好的相位裕度或高带宽。对比分析以及实验研究表明提出的方案可有效地提高LCL滤波并网逆变器的电网适应性。     

基于级联H桥变流器的双向功率阻抗测量装置

新能源并网变流器大规模接入电网诱发了许多宽频振荡事故,并网变流器与电网的阻抗特性不匹配是此类宽频振荡问题的根源。因此需精确实测新能源并网换流器的阻抗特性,以评估新能源接入后的系统稳定性。为此,提出了一种基于单相级联H桥变流器的双向功率流阻抗测量装置,通过所提控制策略,可在子模块无直流电源供电情况下,实现5～2 000 Hz范围内扰动电流的注入,所提控制策略简化了装置拓扑,提高了装置功率密度。通过半实物实验验证该阻抗测量装置获取谐波阻抗的精确性。     

弱电网下计及锁相环影响的并网逆变器输出阻抗重塑

比例积分+谐振补偿控制器(resonant harmonic compensators,HCs)可以用来抑制电网背景谐波引起的并网电流畸变.然而在电网阻抗较大时,锁相环(phase-locked loop,PLL)、电流控制器与电网阻抗相互耦合,降低了并网逆变器系统的稳定性.为了改善弱电网下锁相环对并网逆变器系统的不利影响,首先建立了考虑锁相环影响的并网逆变器小信号模型,分析了锁相环导致系统稳定性的原因,揭示了电网阻抗影响并网逆变器-电网交互系统稳定性的本质规律.然后,提出一种基于二阶低通滤波器(low-pass filter,LPF)的锁相环优化控制与参数设计方法,以重塑并网逆变器输出阻抗.最后对所提策略进行了仿真与实验验证.研究结果表明,改进的策略可以提高弱电网下并网逆变器系统的稳定性,改善其对电网的适应性,从而证明了理论分析的正确性与所提策略的有效性.     

PRS-789型电压切换装置设计缺陷分析与改进方法

为了实现电网与并网逆变器的稳定运行,提出一种基于PRBS信号注入的电网阻抗在线检测方法。该方法通过并网逆变器向电网注入PRBS扰动信号来获得特定频率的响应电压和扰动电流,然后进行DFT变换,最后得到电网阻抗。仿真结果表明:PRBS注入法对电网的扰动较小,能够更好地测量电网阻抗,检测精度高。     

基于PRBS信号注入的电网阻抗在线检测方法

为了实现电网与并网逆变器的稳定运行,提出一种基于PRBS信号注入的电网阻抗在线检测方法。该方法通过并网逆变器向电网注入PRBS扰动信号来获得特定频率的响应电压和扰动电流,然后进行DFT变换,最后得到电网阻抗。仿真结果表明:PRBS注入法对电网的扰动较小,能够更好地测量电网阻抗,检测精度高。     

基于阻抗辨识的下垂控制并网逆变器孤岛检测方法

为了保障安全及并网电能质量,基于并网逆变器的分布式发电系统需要具备孤岛检测功能。传统孤岛检测方法不适用于下垂控制并网逆变器,而现有适用于下垂控制并网逆变器的孤岛检测方法需要改变下垂特性且存在检测盲区的问题。为了解决上述问题,提出一种基于阻抗辨识的下垂控制并网逆变器孤岛检测方法。该方法在公共耦合点注入电压扰动,通过电压、电流扰动信号辨识阻抗,进而依据阻抗变化判定是否出现孤岛效应。利用谐波扰动注入放大孤岛前后特征量差异,提高检测灵敏性。另外,通过递归离散傅里叶变换提取扰动信号,提高了阻抗辨识的准确度和时效性。实验结果验证了所提方法的有效性。     

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。     

一种电流型并网逆变器的拓扑和控制方法

提出一种基于导抗变换器的单相和三相电流型并网逆变器主电路拓扑结构及三角波-三角波脉冲宽度调制模式,详细分析了该主电路的工作原理及控制策略,推导了导抗变换器及三角波-三角波调制模式的输出特性,仿真和实验结果验证了本方案的正确性.由于本逆变器采用高频电感和高频变压器替代了传统电流型逆变器中的工频电感和工频变压器,具有控制简单,成本低,体积小,效率高等优点,并网电流不受电网电压影响,可以实现高功率因数电流源并网逆变.提出的三相并网逆变方案,相比于传统三相并网逆变器,具有系统冗余性好,抗电网波动能力强等优点.     

三相并网逆变器闭环输出阻抗建模及其优化

变压器漏感、线路阻抗等导致实际电网存在阻抗,并网逆变器输出阻抗与电网阻抗不匹配容易导致并网逆变器的稳定性变差,甚至不稳定。采用阻抗稳定判据对系统稳定性分析时,研究并网逆变器的闭环输出阻抗特性至关重要。首先在静止坐标系中建立了并网逆变器的闭环输出阻抗模型,并对电网存在阻抗情况下系统稳定性机理进行了研究。针对数字控制系统中计算延时和PWM调制等效延时对闭环输出阻抗的影响,提出了一种阻抗优化方法,以增大闭环输出阻抗幅值,提高系统的稳定性。采用改进阻抗的方法,以网侧存在RLC阻抗为例,对并网逆变器的稳定性进行了分析以及实验验证,结果表明所提出方法的正确性和有效性。     

多逆变器并网下的超高次谐振特性分析

超高次谐波是电力电子技术快速发展过程中不可避免的电能质量问题,受到了越来越多的关注。为揭示多个逆变器并网下的超高次谐振特性,文中提出了一种多逆变器并网下的超高次谐振特性分析方法。首先,以单相并网逆变器为例,分析其在单极倍频正弦脉宽调制(SPWM)下的谐波分布特性,以此来揭示基于单极倍频SPWM控制下的电力电子装置的超高次谐波发射机理。然后,建立了逆变器并网等效电路模型,并在此基础上,得到了多逆变器并网系统超高次谐波下的等效电路模型。其次,根据所建的等效电路模型求得了公共连接点的等效阻抗,并提出了超高次谐振放大系数的概念,在此基础上采用控制变量法分析了滤波器参数、并网逆变器数量和电网阻抗变化下系统的超高次谐振特性。最后,通过仿真验证了所建模型和理论分析的正确性。     

二次侧注入扰动的变流器次超同步频段广义阻抗测量方法

基于广义阻抗的稳定判据充分考虑了次超同步频段电网和变流器的耦合作用,并可将系统稳定性分析转化为对单输入单输出系统的分析。从二次侧注入扰动不仅可以测量变流器的广义阻抗,相比一次侧注入扰动,还具有成本低、操作简单的优势。为此,提出了二次侧注入扰动的变流器次超同步频段任意功率因数下广义阻抗测量方法。首先,推导了任意功率因数下的系统广义阻抗和考虑二次侧扰动信号注入的原-对偶复电路;然后,从电路的角度解释了所提广义阻抗测量原理;最后,根据测量原理给出了该频段二次侧注入扰动的变流器广义阻抗测量方法。所提方法是现有广义阻抗测量方法的推广,通过仿真分析可验证所提方法的有效性。     

一种改进线性扩张状态观测器的自抗扰控制宽频带振荡抑制方法研究

针对自抗扰控制策略在并网系统参数变化时能否维持逆变器接入弱电网的稳定性展开了进一步研究。首先,建立了计及频率耦合的自抗扰控制型并网逆变器等效单输入单输出序阻抗模型,并采用Nyquist稳定判据定量分析逆变器输出功率、电网短路比、锁相环以及自抗扰控制器参数变化对并网系统稳定性的影响。其次,针对上述参数变化所导致的弱电网下自抗扰控制型逆变器稳定性降低、宽频带振荡等问题,提出了一种改进线性扩张状态观测器(enhanced linear expansion state observer, e-LESO)的自抗扰控制宽频带振荡抑制方法。通过在传统一阶自抗扰控制器中LESO内部增添比例支路和滤波环节,重塑自抗扰控制型并网逆变器输出阻抗,拓宽其中频段(100 Hz~1 kHz)内呈正阻尼特性的频率范围,从而增强自抗扰型并网逆变器鲁棒性,实现宽频带振荡抑制。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。     

弱电网下计及锁相环影响的LCL型并网逆变器控制策略

新能源并网逆变器在弱电网下易诱发宽频带振荡.为分析振荡失稳的发生机理,首先基于复矢量传递函数方法建立了计及锁相环影响的三相LCL型并网逆变器阻抗模型,然后分析了频率耦合的机理.在此基础上推导出并网逆变器系统与电网阻抗交互作用的等价输出阻抗模型,应用阻抗稳定性判据分析了锁相环对并网逆变器稳定性的影响.为抑制锁相环对并网逆...     

基于叠加法和正弦幅度调制的阻抗测量注入扰动电流信号形式

电力电子系统的稳定性在很大程度上取决于系统的输入输出阻抗,因此,在系统的控制和设计中,阻抗测量就显得十分重要。文中提出了一种新的谐波电流注入形式,采用这种形式的电流信号进行阻抗测量,可以更加快速准确地获取阻抗特性。该方法采用正弦幅度调制,将方波信号频移到不同的频率区间,然后将这些调制后的信号叠加,即可得到一个包含频谱丰富且整个频段幅值衰减都很小的信号。采用这种形式的信号作为扰动电流注入待测系统,相对于注入传统脉冲电流形式的方法,可以更加准确地测量系统高频段阻抗特性;相对于正弦扰动注入方法,测量时间更短。MATLAB仿真结果表明该方法的有效性。     

弱电网下基于电压扰动补偿的并网变换器改进控制方法

在弱电网条件下,并网变换器的控制系统与电网阻抗相互耦合,导致并网系统的稳定性降低,其中并网点电压扰动对锁相环和直流电压环的影响是导致并网变换器稳定性下降的关键因素。变换器阻抗模型是系统稳定性分析的基础,因此,首先在dq坐标系下,建立了包含电流环、锁相环和直流电压环等环节的三相并网变换器小信号阻抗模型。由阻抗模型中各变量的传递关系,能够找出并网点电压对锁相环和直流电压环输出的扰动通道,推导出扰动分量对控制器输出影响的表达式。在此基础上,将锁相环和直流电压环输出扰动补偿项添加到d轴和q轴电流环控制器,进而提出了基于并网电压扰动补偿的控制方法。理论分析结果表明,该方法可以在弱电网条件下有效降低电网阻抗与控制器耦合的影响,提高并网系统的稳定性。实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

考虑频率耦合效应的虚拟同步发电机序阻抗建模

中低压配电网的线路阻抗呈现时变特征,使得基于虚拟同步发电机VSG (virtual synchronous generator)算法的分布式发电单元和电网阻抗产生交互作用,出现系统失稳。阻抗模型是一种基于外特性的建模方法,是研究分布式发电系统稳定性的有效手段之一。考虑到VSG系统存在着频率耦合特性,首先阐述了VSG系统的频率耦合原因,采用谐波线性化的方法建立包含功率外环和频率耦合效应的完整VSG序阻抗模型。再从阻抗测量和并网交互两个角度分析了频率耦合效应对VSG输出阻抗特性的影响。仿真结果验证了模型的准确性和适应性,表明所建立的阻抗模型能准确反映VSG的二倍频频率耦合特征。