不平衡电压下并网逆变器的预测电流控制技术

在推导不平衡电网电压下并网逆变器数学模型和瞬时有功、无功功率数学模型的基础上,提出了实现三相电流平衡、有功功率或无功功率无波动为控制目标的控制策略,讨论了不同控制目标下并网逆变器正序和负序电流指令计算原则。为实现正序和负序电流的准确控制,设计了在两相静止坐标系下的预测电流控制方案,以消除电流采样延时和正负序分解导致系统运行性能下降的影响。最后搭建了3 kVA并网逆变器的试验系统,试验结果验证了理论分析的正确性以及预测电流控制方案的有效性。     

电网电压不平衡时的改进虚拟同步机控制策略

在电网电压不平衡并网逆变器瞬时功率数学模型基础上,分析了传统虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制在电网电压不平衡时存在的问题:逆变器输出电流三相不平衡,输出有功功率及无功功率出现2倍电网频率波动,提出了一种改进型VSG控制策略。改进后的控制策略在dq坐标系下,利用平衡电流VSG控制得到基准正序电流指令,结合电网电压不平衡参数以及瞬时功率数学模型,得到不同控制目标下,并网逆变器正、负序电流指令值,并分别对正、负序电流指令进行跟踪得到正、负序电压调制信号,将正、负序电压调制信号合成为最终调制信号。改进后的VSG控制策略不改变VSG控制机理,保留VSG原有控制特性,分别实现了输出电流三相平衡,抑制有功或无功功率2倍电网频率波动的控制目标。仿真及实验结果表明所提出控制策略的有效性。     

不平衡电网下风电并网逆变器直接正负序功率控制

为了提高风电并网逆变器在不平衡电网中的运行能力,提出了一种直接功率控制方案,该方案将系统有功和无功功率指令分解成正序和负序部分,分别独立控制。在两相静止坐标系下推导出并网逆变器采用瞬时有功和无功功率正负序分量作为状态变量,并揭示瞬时功率正序分量数学模型、负序成分状态方程存在交叉耦合项,导致系统功率精确解耦控制需要按照正序部分和负序部分进行单独闭环控制;依据电网电压正负序分量幅值将有功和无功功率指令分别按3种不同控制目标进行分解修正和功率闭环控制,产生参考电压矢量。采用无扇区空间电压矢量调制算法生成逆变器驱动控制信号。方案在整个实现过程中没有锁相环及坐标旋转变换等环节,增强并网逆变器电网跟随能力并减少控制算法所需硬件计算资源。     

含不平衡负荷的微电网中并网逆变器的滑模控制策略

为改善含不平衡负载的微电网的运行性能,通过在静止坐标系中建立带不平衡负载的并网逆变器数学模型,以电压输出平衡和正序有功/无功功率输出平稳为控制目标,针对微电网中的并网逆变器提出了一种滑模补偿策略。基于积分切换函数的滑模功率控制器直接控制并网逆变器输出的有功、无功功率;基于指数趋近率的电流滑模控制器直接补偿由微网内不平衡负荷导致的负序电流分量。并网逆变器除向电网传送功率外还参与微网电能质量控制。仿真结果验证了所提控制方法的稳定性和有效性。     

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。     

电网不对称时抑制负序电流并网逆变器的控制策略

当三相电网不平衡时,传统双闭环控制策略下将在直流侧和交流侧分别产生偶数次和奇数次非特征谐波,从而严重影响并网逆变器的输出品质。针对这一问题,本文首先建立了电网不平衡时并网逆变器的数学模型,给出了同步旋转坐标下的电压矢量方程;并根据瞬时功率理论分析了功率波动形式;然后提出了一种瞬时正、负序分离方法,该算法准确度较高,且基本无延时;为了使三相并网电流对称,以抑制负序电流为控制目标,正序电流由控制器的外环给定,在正序和负序同步旋转坐标下实现并网电流的控制。在实验室内搭建了并网实验平台,实验结果表明新的控制策略下并网电流波形对称,有效地抑制了负序电流。     

不平衡电网电压下光伏并网逆变器滑模直接电压/功率控制策略

不平衡电网电压下,光伏并网逆变器的输出功率和输出电流都将产生波动,给电力系统的稳定运行造成不利影响。根据光伏并网系统的数学模型,提出了光伏并网逆变器基于滑模控制的直接电压/功率控制策略。该控制策略可在电网电压不平衡时有效抑制并网逆变器输出有功功率和无功功率的波动。根据光伏并网逆变器输出功率和正、负序电流的关系,提出了以消除负序电流为控制目标的改进控制策略。此外,为提高系统的运行性能,提出了功率电流协调控制策略。最后,对所提出的控制策略进行了仿真分析,仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。     

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。     

不平衡电网电压下虚拟同步发电机模型预测控制

虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator, VSG)控制算法,可为电网提供惯性并参与电压及频率调节,但在电网电压出现不平衡时会导致并网电流不平衡及有功、无功功率波动的问题,严重影响了并网电能质量。针对此问题,提出了一种不平衡电网下VSG模型预测控制策略,通过基于快速电压矢量选择的模型预测控制策略来控制所重构的正序及负序电流分量,达到有功功率恒定、无功功率恒定及电流平衡的控制目标。此外还引入负序电流调节系数,进而实现这三个目标的协调控制。     

不平衡电网电压下基于FPNSC算法的逆变器并网输出电流峰值控制策略

针对电网电压不平衡下电压负序引起的逆变器输出功率波动、电流峰值上升、谐波增大等问题,提出了一种基于灵活正负序控制(FPNSC)算法的逆变器并网输出电流峰值控制策略,在降低了并网电流畸变率的同时,将输出电流约束在允许范围内,保障了有功传输与动态无功支撑。通过引入正负序控制因子,FPNSC算法使输出正负序有功与无功的控制更加灵活。文中给出了不同控制目标下正、负序控制因子的选取及参考电流的计算方法;根据不平衡电网电压下逆变器控制目标,提出了基于FPNSC算法的电流峰值限制方法。仿真与实验验证了所提方法的正确性与有效性,该方法可推广应用于分布式并网发电系统中。     

不平衡及谐波电网电压下并网逆变器的直接功率控制策略

为提高并网逆变器对电网的适应能力,提出了不平衡及谐波电网电压下并网逆变器的直接功率控制策略。建立了同步旋转坐标系下的并网逆变器数学模型;以输出有功和无功功率平稳或输出电流三相平衡且波形正弦为控制目标,在传统直接功率控制基础上引入矢量比例积分(vector proportional integrator,VPI)谐振控制器以抑制功率或者电流的波动;分析了VPI谐振调节器的参数设计规律及不同控制目标下所提策略的控制性能。实验结果验证了所提策略的有效性。     

电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略

详细分析了电网电压不平衡条件下永磁直驱风电机组的运行情况,根据电网电压不平衡条件下风力发电机组不同的运行要求,提出基于三种可选控制目标的网侧变换器控制方案,同时采用正序电网电压定向方式简化得到网侧变换器的正、负序电流参考量。所提方案可实现在不平衡电压条件下抑制并网有功功率/直流链电压二倍频波动,抑制并网无功功率二倍频波动或抑制网侧负序电流的控制目标,进一步提高了电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行的稳定性和可靠性。通过对电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行行为进行仿真计算和对比分析,验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

电网电压不平衡时永磁直驱风电机组的控制策略

详细分析了电网电压不平衡条件下永磁直驱风电机组的运行情况,根据电网电压不平衡条件下风力发电机组不同的运行要求,提出基于三种可选控制目标的网侧变换器控制方案,同时采用正序电网电压定向方式简化得到网侧变换器的正、负序电流参考量.所提方案可实现在不平衡电压条件下抑制并网有功功率/直流链电压二倍频波动,抑制并网无功功率二倍频波动或抑制网侧负序电流的控制目标,进一步提高了电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行的稳定性和可靠性.通过对电网电压不平衡下永磁直驱风电系统运行行为进行仿真计算和对比分析,验证了所提控制策略的正确性和有效性.     

电网不平衡条件下的光伏并网发电控制策略

分布式发电系统通常呈现弱电网状态,容易出现电网电压不平衡的情况,此时由于常规控制方案不能处理负序分量,将影响系统内并网逆变器的正常工作。为此,提出了一种解耦双同步坐标系用于获取不平衡电压的正序相位和负序相位;接着分析了不平衡电网下的瞬时功率模型,且通过一个负序分量正序旋转变换矩阵将需要补偿的负序分量注入正序控制坐标系,并引入准谐振控制器对负序分量进行无差跟踪和抑制电网电压谐波的影响;进而实现直流侧电压纹波的抑制,保证最大功率点跟踪精度和较小的并网电流总谐波畸变率。最后,搭建了一个10kW光伏并网逆变器实验平台验证了该方案的正确性和可靠性。     

基于多阶滞环调节器的并网逆变器不平衡控制

研究了在α,β坐标系上基于多阶滞环电流调节器的三相并网逆变器的控制策略。在不平衡电网电压故障下,充分利用多阶滞环控制的快速性,直接对正负序电流控制,避免电流的正负序分解环节,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并网电流要求。实验结果证明了该方法的有效性及正确性。     

电网不对称故障下光伏逆变器预测控制方法

以光伏并网逆变器在电网不对称故障下的控制策略为研究对象,建立了并网逆变器在电网发生不对称故障时的数学模型,并对功率特性进行了分析,进而提出了电网不对称故障下基于模型预测电流控制的光伏并网逆变器控制策略,并在PSCAD/EMTDC平台上分别进行了以抑制有功功率波动为目标和抑制负序分量电流为目标的仿真实验。研究结果表明,模型预测电流控制方法能够使逆变器的输出电流迅速地跟随参考电流指令,具有良好的动稳态特性。在电网不对称故障下,不需要电网电流进行相序分解便可以实现对各序电流的有效控制,能够抑制三相电网电压不对称所引起的有功功率波动和负序电流,该方法控制算法简单,数字信号处理实现容易,在光伏逆变器的控制中具有工程价值。     

一种基于2倍频锁相的锁相环技术及并网应用

基于解结耦思想,建立矩阵式高频链逆变器数学模型。针对不平衡电网,提出2倍频锁相方案,对电网电压正序分量产生的2倍频交流量进行锁相,消除负序分量带来的影响,提高正序分量信息的检测速度和精度。采用电流平衡并网控制方法设计高频链并网逆变器并网控制系统,并采用DFF-PLL和DSOGI-PLL两种锁相方法对比研究。Matlab软件仿真结果表明在不平衡电网情况下,采用2倍频锁相方法和电流平衡控制策略建立矩阵式高频链逆变器并网系统的可行性,同时验证了DFF-PLL在速度和精度方面的优越性。     

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。     

电网不平衡下逆变器预测功率控制研究

在新能源发电并网领域,电网不平衡故障时有发生,为提高逆变器并网性能,提出了并网逆变器预测功率控制算法。建立了并网逆变器数学模型,根据功率最优和电流最优控制目标,提出了对应的电网不平衡故障时的预测功率控制算法,实现了瞬时有功-无功控制和对称的正序控制。实验结果表明了提出的预测功率控制算法的正确性和有效性。     

三相电压型并网逆变器模型功率预测控制研究

针对三相电压型并网逆变器,采用一种模型功率预测控制策略。首先,在同步旋转d,q坐标系下建立了三相电压型逆变器瞬时功率数学模型。其次,引入预测控制目标函数对逆变器瞬时有功功率和瞬时无功功率进行在线预测,选取最优控制目标函数对逆变器在下一周期进行控制,实现了对指令有功功率和指令无功功率的快速、精确跟踪。最后,仿真和实验结果表明,采用模型预测功率控制算法使并网电流具有很好的稳态特性和较低的谐波畸变率。