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.     

微电网系统准同期并网改进控制策略

微电网中越来越多以电力电子装置为接口的分布式电源采用模拟同步发电机的下垂控制策略来实现并网和孤岛工况的运行及相互之间的切换。基于分布式电源下垂控制策略和传统电网自动准同期并列装置工作原理,分析了微电网系统准同期并网原理,将频率调节和相角调节进行了统一,提出了一种微电网系统准同期并网的改进简化方法。针对电网末端三相电压不平衡等实际工况,采用正负序角度之和实现通信的传输,降低了对通信实时性的要求,增加负序分量的同步环节,提出了一种弱电网工况微电网系统准同期并网     

电网不平衡时抑制有功功率二次波动的并网逆变器控制策略

当三相电网不平衡时,基于传统双闭环控制策略的并网逆变器将在直流侧和交流侧分别产生偶数次和奇数次谐波,有功功率大幅波动,系统性能恶化。针对上述问题,文中提出在正负序旋转坐标系下实现并网的控制策略。该控制策略基于电网不平衡下的并网逆变器数学模型以及功率波动形式,以抑制有功功率二次波动为控制目标,实现了对并网电流的有效控制。为了有效并快速地分离出正负序量,提出了一种瞬时正负序分离方法,该方法精度较高,且基本无延时。实验结果表明,该正负序分离方法是有效的,且该控制策略可有效抑制有功功率波动和电网电流谐波,改善系统稳态性能。     

电网不对称时并网逆变器不同约束条件下控制问题分析

当三相电网不对称时,基于传统双闭环控制策略的并网逆变器将在直流侧和交流侧分别产生偶数次和奇数次谐波,从而影响并网逆变器系统的性能。针对这一问题,文中提出在正负序旋转坐标系下实现并网的控制策略,该控制策略基于电网不对称下的并网逆变器数学模型以及功率波动形式,由不同的控制目标得到不同约束条件(内环参考指令电流),并设计了相应的控制方法。为了有效并快速地分离出正负序量,提出了一种瞬时正负序分离方法,采用遗忘积分算法进行滤波。最后对比了各个控制目标下的实验结果,验证了所提出的正负序分离算法可快速地提取出电网电压的相角信息,且算法实现较简单。     

不平衡电压下VSG无锁相环并网及运行控制策略

针对并网逆变器在不平衡电压下电流畸变严重和锁相环节复杂等问题,文中设计了一种基于改进虚拟同步机(VSG)的逆变器无锁相环控制策略。重点研究了VSG在不平衡电网电压下的运行控制方法,设计了一种基于比例积分谐振(PIR)控制器的改进VSG控制策略,在不改变VSG外特性的基础上有效抑制了逆变器输出电流的不平衡分量。同时,提出一种基于虚拟功率的VSG预同步控制策略,保证VSG孤岛转并网模式的无缝切换。整个控制过程不依赖锁相环,避免了锁相环对系统控制精度以及响应速度的影响,降低了控制系统的复杂度。最后,基于RT-LAB的实时仿真平台对所提控制策略进行了验证。     

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。     

弱电网不对称故障下正负序电流控制耦合作用对DFIG稳定性影响分析

在弱电网不对称故障下,针对DFIG正负序电流控制耦合作用对DFIG稳定性的影响机理尚不清晰的问题,提出一种分析正负序电流控制耦合作用影响机理的方法。首先,考虑DFIG正负序电流控制耦合动态,建立弱电网不对称故障下DFIG小信号模型。然后,通过特征根和幅值特性分析,研究不同物理条件下正负序电流控制作用以及对DFIG稳定性的影响,来揭示正负序电流控制耦合作用对DFIG稳定性的影响机理。最后,通过仿真分析表明正负序电流控制耦合作用实质是在控制回路中加入了正反馈回路,不利于系统的稳定。     

弱电网不对称故障下基于正负序解耦的锁相环设计与研究

针对弱电网发生不对称故障下传统锁相环正负序解耦不完全的问题,提出了将四阶广义积分器应用于锁相环进行正负序解耦的思路。首先分析了弱电网不对称故障下传统锁相环引起的问题,揭示了不对称故障时端电压相位和幅值突变产生直流和谐波分量而进一步导致传统锁相环正负序解耦不完全的原因。然后分析了基于四阶广义积分器结构的锁相环的幅频特性和滤波性能,并进行广义积分器比例系数的设计。最后,在Matlab中进行了不同短路比下传统锁相环和基于四阶广义积分器锁相环的仿真对比,表明了所做设计的有效性。     

基于功率平衡的PWM整流器不平衡控制策略

为抑制三相电压型PWM整流器的直流输出电压谐波,根据功率平衡原理,提出了一种基于正负序控制器的不平衡控制策略.该策略由瞬时功率相等的原则,推导出输入电流正负序分量指令值,构建正负序两个控制器分别对电流正负序分量进行调节,采用普通的前馈解耦和PI控制器就可获得良好的控制性能.仿真结果表明提出的控制策略能够很好地抑制直流输出电压谐波.     

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。     

电网电压不平衡下交直流混合微电网互联接口变换器分数阶滑模控制策略

针对并网型交直流混合微电网交流侧电压不平衡时会产生交流电流负序分量导致直流母线电压二倍频脉动的问题,提出了一种直流侧母线电压分数阶滑模控制以及交流侧负序电流抑制方法。首先,基于同步旋转坐标系下电网电压不平衡时交直流混合微电网互联接口变换器的数学模型,设计电压外环变结构滑模控制器。然后,根据电压不平衡时互联接口变换器的功率传输特性,提取交流侧三相电压的正序分量,得到交流侧负序电流抑制指令。接着,采用分数阶滑模趋近律设计内环电流解耦控制器,并利用李雅普诺夫函数进行稳定性校验。最后,基于Matlab/Simulink搭建的交直流混合微电网模型,验证了所提控制策略相较传统PI控制不仅抑制了三相电流的不平衡,而且将响应速度提升了近50%。     

不平衡负载时三相逆变器控制方法研究

负载不平衡时传统电压电流双环PI控制器无法实现三相逆变器输出电压平衡,对此提出了一种改进的电压电流双环PI控制器,利用信号延迟对消技术,将输出不平衡电压分解为正序分量和负序分量,在同步正、负序旋转坐标系中,正、负序电压变为直流量。分别在正、负序旋转坐标系中对各个量进行控制,使负序分量无静差跟踪零参考电压,有效地提高了三相逆变器带不平衡负载的能力,降低了输出电压的不平衡度,提高了电能质量。给出了在负载不平衡时输出电压的正、负序分离方法,分析了整个系统的控制框图,实验结果证明了改进算法的有效性和可行性。     

一种不平衡负载下SVG的控制策略

建立了不平衡负载下静止无功发生器(SVG)在dq坐标系下的数学模型。根据对称分量法将不平衡负载电流分解为正序、负序电流分量,然后在正序、双序同步旋转坐标系下分别对SVG补偿电流进行闭环控制。设计了基于反馈线性化的电流内环调节器,使得有功、无功电流解耦,相比于传统的前馈解耦控制,参数调节简单。最后在Matlab/Simulink搭建了不平衡负载下的SVG的仿真模型,仿真结果验证了上述方法的有效性,经过补偿后,系统的功率因数显著提高,降低了网侧三相电流的不平衡度且其谐波分量小。     

电网电压不对称下模块化多电平变流器控制策略

在模块化多电平变流器(MMC)系统中,交流侧电网不对称会导致MMC交流侧三相电流非正弦,有功、无功功率出现波动,直流侧出现较大的2倍频电流和电压波动等问题.为解决这些问题,首先建立不对称电网下MMC系统的数学模型,提出了一种基于微分的正负序分离及锁相方法;其次结合抑制负序电流和瞬时有功功率两种控制目标,给出了不同控制目...     

弱电网牵引变电所群电压不平衡预评估与治理研究

采用单相交流工频25 kV供电制式的电气化铁路具有牵引功率大、速度快、能源利用率高、经济效益好等优点。但冲击性单相负荷接入电网后,会带来以三相电压不平衡为代表的电能质量问题,不利于电力系统的安全稳定经济运行,在弱电网中尤为明显。首先,分析了电气化铁路牵引负荷接入电网的负荷特性,利用电力系统仿真软件PSD建立“弱电网-牵引供电系统”仿真模型,分析牵引变电所群接入电网方案变化对电压不平衡的影响;其次,依据GB/T 15543―2008《电能质量三相电压不平衡》,评估不同方案下系统各节点电压不平衡度;最后,基于单三相组合式同相供电系统,实现对电压不平衡超标牵引所群的治理。     

电网不平衡电压下基于PCHD模型的MMC-HVDC无源控制策略

文中针对模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的高压直流输电(High-voltage direct current)系统的变流站级控制,提出一种电网不平衡电压下基于端口受控耗散哈密尔顿(Port-controlled Hamiltonian with Dissipation,PCHD)模型的无源策略(Passivity-based Control,PBC)。文中针对系统的数学模型,通过功率表达式,得出三种控制目标,针对每种控制目标得出相应的电流参考量;通过基于PCHD模型的无源控制理论,推导出系统能量函数和相应的无源控制器;针对三相不平衡电网中产生的负序分量的情况,文中系统加入正负序分离思想,进一步提高了系统的控制精度;通过Matlab/Simulink仿真平台,搭建了不平衡电网电压下的MMC-HVDC系统,并在三种控制目标下验证了所提控制策略的有效性和优越性。     

弱电网下变电站级微网运行模式平滑切换控制策略

弱电网下变电站级微网联络线距离长,系统容量大,并网/孤岛运行模式切换过程中电压波动剧烈易导致切换失败,为此提出一种运行模式平滑切换控制策略.一方面分析了柴油发电机组运行控制特性,对其电压输入回路进行了改进,使其适用于多并网点微网系统;另一方面在并网转孤岛切换中考虑联络线调压器调节特性,采用经电压闭锁的功率步长控制,有效...     

负载不平衡下D-STATCOM控制策略的仿真研究

通过分析建立配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)在负载不平衡时各序等效电路中的数学模型,提出了将反馈线性化同时应用于正序、负序模型的控制策略。针对三相三线制下负载不平衡时电流可分解为正、负序分量的特点,分别在正、负序同步旋转坐标下进行补偿。其中,正序控制使装置发出负载需要的无功电流,提高功率因数;负序控制用于补偿由于负载不平衡出现的负序电流,从而使电网侧电流平衡达到国标要求。最后在PSCAD中搭建了10 Mvar/10 kV D-STATCOM系统进行仿真验证,证明了该控制策略补偿负载不平衡的同时能发出满足要求的无功功率,并且在电网侧出现超过国标的不平衡时仍能达到较理想的效果,显示出此控制策略的有效性。     

电网电压不平衡条件下VIENNA整流器滑模控制策略

三相VIENNA整流器作为新型的三电平拓扑结构,因其功率密度高、电压应力小和实现单位功率因数运行等特点在大功率整流场合中运用广泛。针对电网不平衡时直流侧电压产生的二倍频波动,设计了一种在两相静止坐标系下的改进型不平衡控制策略。首先利用双同步坐标系的解耦软件锁相环实现电网电压正负序分量的分离,然后基于正负序双电流环独立控制结构将滑模控制SMC（sliding mode control）引入到电流控制器中,通过所设跟踪误差选取合适的滑模面及滑模趋近律,有效实现了直流电压纹波抑制以及输入电流谐波含量的最小化。最后在Matlab/Simulink软件中搭建了电网不平衡下VIENNA整流器控制系统的仿真模型,验证了所提控制策略的正确性和可行性。