三相LCL型逆变器序阻抗简化建模方法及并网稳定性分析

随着分布式电源大量接入电网,配电网呈现明显的电力电子化趋势。作为功率变换接口的逆变器,其与电网的交互稳定性问题不可忽视。对三相并网逆变器进行合理的阻抗建模是分析并网系统稳定性和谐振特性的前提,谐波线性化方法作为物理意义明确的阻抗建模方法受到广泛关注。以三相LCL型逆变器为研究对象,建立了典型锁相环的谐波线性化模型,获得了表征频率耦合效应的阻抗矩阵。基于此,提出一种谐波线性化简化建模方法,对采用典型电容电流反馈控制策略的三相LCL型逆变器进行了阻抗建模。进一步,计及电网阻抗与逆变器阻抗矩阵的交互作用,对多输入多输出系统模型进行变换,获得了适用于稳定性判据的单输入单输出正负序阻抗模型。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提谐波线性化简化建模方法及相应阻抗模型的准确性和其用于稳定性分析的有效性。     

考虑频率耦合效应的三相并网逆变器序阻抗模型及其交互稳定性研究

在分布式发电系统中,并网逆变器作为主要的功率接口单元,其稳定性直接关系到并网系统的可靠运行。目前在大多数阻抗分析过程中,将并网逆变器视为单输入单输出系统,忽略了频率耦合特性的影响,因而导致逆变器低频段的稳定性分析不够精确。该文针对三相LCL并网逆变器,采用多谐波线性化方法分别推导解耦双同步参考坐标系锁相环(decoupleddoublesynchronousreferenceframePLL,DDSRF-PLL)的频率特性模型和并网逆变器的输出阻抗模型。基于序阻抗分析方法和奈奎斯特稳定判据,分析频率耦合特性对并网逆变器系统稳定性的影响,并基于稳定性对锁相环结构进行改进。论文对并网系统的稳定性进行实验验证,实验结果证明了理论分析的正确性。     

三相并网逆变器锁相环频率特性分析及其稳定性研究

并网逆变器的锁相环用来实现并网电流的相位跟踪,其会对并网逆变器输出阻抗特性及其稳定性产生影响。因此,首先采用谐波线性化方法,推导了考虑锁相环前后并网逆变器的正负序输出阻抗模型,指出由于引入了锁相环,逆变器输出阻抗的小信号等效电路多了一条锁相环等效阻抗的并联支路。其次,对两种常用的锁相环电路(同步参考坐标系锁相环和双二次广义积分锁频环)的频率特性进行了对比研究,研究表明锁相环频率特性的不同使得逆变器输出阻抗低频段存在差异。为此,采用基于阻抗的分析方法,研究了不同电网阻抗条件下锁相环对并网系统稳定性的影响;对并网系统的稳定性进行了实验验证,实验结果证明了理论分析的正确性。     

基于阻抗分析法的三相LCL型并网逆变器附加有源阻尼设计

三相LCL型并网逆变器系统中,由于设备与系统间的交互作用可能会造成谐波振荡,严重影响系统正常运行。针对该问题,采用谐波线性化的方法,计及耦合补偿项网侧电压的影响修正阻抗模型,建立了修正后的三相LCL型并网逆变器序阻抗模型,同时从谐振原理及对数频率稳定性角度进行稳定性分析,揭示光伏并网系统高频谐振产生的机理;基于得到的并网系统阻抗特性,针对结合电容电流反馈及串联超前校正的附加有源阻尼环节,考虑阻抗特性曲线进行阻尼环节参数选取,对易振荡频段进行阻抗重塑。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台验证了该方法的正确性和有效性。研究结果表明:附加有源阻尼环节能有效抑制谐波振荡且具有较好动态特性。     

三相LCL型并网逆变器的阻抗建模及特性分析

考虑锁相环、电流调节器(含dq轴解耦系数)、LCL型滤波器等环节,并计及运行工作点,采用谐波线性化的方法建立了三相LCL型并网逆变器正、负序阻抗模型,并基于PSCAD/EMTDC对阻抗模型进行仿真验证。详细分析了锁相环、电流调节器控制参数及滤波器参数对阻抗特性的影响,结果表明：锁相环比例和积分增益对并网逆变器阻抗特性的影响主要在工频附近,而电流调节器比例和积分增益则在次同步和超同步频域均有一定的影响;锁相环和电流调节器积分增益主要影响逆变器工频附近的幅频特性和相频特性;电流调节器比例增益对逆变器正序阻抗特性的影响较大,而锁相环比例增益的影响较小。     

三相LCL型并网逆变器d-q阻抗建模

分布式发电系统中,多个并网逆变器与配电网之间的动态交互会导致系统不稳定,采用阻抗分析法能够有效分析该问题。在d,q坐标系下对三相LCL型并网逆变器进行小信号阻抗建模,考虑并网逆变器主电路、锁相环(PLL)以及控制环路之间的联系,适用于多逆变器配网系统的稳定性分析。最后,通过与实验阻抗测量结果进行对比,验证了该方法的正确性。     

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。     

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。     

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...     

弱电网下计及直流母线和镜像频率耦合扰动的三相LCL型并网逆变器序导纳建模及稳定性分析

为解决新能源并网系统的交互失稳问题,首先运用双谐波线性化方法,综合考虑直流母线与镜像频率耦合扰动,建立三相LCL型并网逆变器的序导纳模型;进一步将传统的矩阵序导纳模型简化为单输入单输出序导纳模型,分别分析锁相环、直流电压外环和电流内环控制器的带宽对并网逆变器导纳特性的影响规律;最后基于MATLAB/Simulink仿真平台,验证了非线性时域系统中所建序导纳模型的准确性,并通过奈奎斯特稳定判据证明了所提模型可有效地提高弱电网下并网交互系统稳定性。     

弱电网下锁相环对三相LCL型并网逆变器小扰动建模影响及稳定性分析

在弱电网中,由于锁相环(phase locked loop,PLL)的PI控制器的动态性能,三相LCL型并网逆变器在小扰动情况下控制dq坐标系和系统dq坐标系不再重合,给系统建模与稳定性分析带来困难。为此,提出一种基于导纳模型的三相LCL型并网逆变器小扰动建模方法。首先,通过旋转矩阵,将系统dq坐标系下参数变换到控制dq坐标系,建立双dq坐标系之间的交互关系,解决了考虑PLL影响的三相LCL型并网逆变器建模难题。其次,深入研究并网逆变器的输出导纳特性。然后,分析PLL、电网阻抗和LCL滤波器参数在系统dq坐标系下对系统稳定性的影响。随着PLL带宽和电网阻抗的增大,系统由稳定变为不稳定。当系统处于稳态时,有源阻尼系数越大,系统的相角裕度越大,表明系统稳定性提高。逆变器侧电感的变化,对系统稳定性的影响很小。滤波电容和网侧电感的增大,导致系统的相角裕度减小,系统稳定性降低。最后,仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

采用阻抗分析方法的并网逆变器稳定性研究综述

阻抗分析方法目前已成为研究并网逆变器与电网交互系统稳定性的重要手段,因此该文基于此方法对并网逆变器阻抗建模、稳定性分析及阻抗塑造进行综述。首先,对比了状态空间方法和阻抗分析方法,研究表明阻抗分析方法可以有效简化系统稳定性分析。其次,研究了dq轴线性化和谐波线性化的阻抗建模和分析方法,对比了这两种方法的阻抗模型、应用特点和测量方法,为阻抗研究方案选择提供依据。然后,介绍了阻抗稳定性理论基础,讨论了三相并网逆变器的阻抗稳定性分析方法,为阻抗稳定性判据应用提供理论基础。最后,归纳了阻抗塑造方法,分类讨论了阻抗参数优化、结构重塑和系统级控制方法,为提高交互系统稳定性提供参考指导。     

基于阻抗的电动汽车并网逆变器的稳定性分析

针对电动汽车向电网馈送能量(V2G)时,车载并网逆变器与电网之间的交互作用引起的并网逆变器不稳定和电能质量问题,首先采用基于阻抗的稳定分析方法研究电动汽车并网逆变器与配电网之间的交互作用;其次根据阻抗比奈奎斯特判据分析配电网阻抗对并网逆变器稳定性的影响,采用谐波线性化方法建立考虑锁相环的单相LCL型并网逆变器小信号阻抗模型,并提出一种基于电压前馈的并网逆变器自适应相位补偿控制策略,以便确保其具有足够的稳定裕度。最后通过仿真验证了所提控制策略的有效性。     

基于输出阻抗建模的并网系统低次谐波预测模型

针对并网系统谐波预测问题,提出引入逆变器实际输出谐波电流建立谐波阻抗模型的方案。首先分析并网系统谐波谐振原理,对单相LCL型并网逆变器进行阻抗建模。为提高阻抗模型准确性,在分析逆变器低频特性的基础上,将单个逆变器并网谐波电流考虑到阻抗模型中,建立谐波阻抗模型,与电路模型仿真对比结果验证了模型的有效性。利用提出的谐波阻抗模型,对多逆变器并网系统进行谐波交互分析及谐波预测建模,以8个并网逆变器为例,分析谐振对并网谐波电流和公共接入点(PCC)处谐波电压的影响,谐波预测模型和电路模型对比仿真结果验证了该多逆变器谐波预测模型的有效性和准确性。     

提高LCL型并网逆变器阻抗重塑控制鲁棒性的延时补偿方法

阻抗重塑方法通过增大LCL型并网逆变器的输出阻抗,提高逆变器对电网谐波电压的抗扰能力。但阻抗重塑控制通常采用数字控制方法,存在控制延时,降低了逆变器的稳定性,并在高于1/6采样频率(f_s/6)的频率段减小了逆变器输出阻抗的模值。为此,提出一种LCL型并网逆变器的状态预估延时补偿方法,通过补偿延时环节产生的相位滞后,优化了虚拟阻抗函数。该方法显著增大了逆变器输出阻抗的模值,提高了阻抗重塑控制的鲁棒性,使逆变器在电网含有谐波电压时满足并网电流的谐波标准。以三相LCL型并网逆变器为例进行实验,验证了控制策略的有效性。     

弱电网条件下锁相环对LCL型并网逆变器稳定性的影响研究及锁相环参数设计

为了保证并网逆变器的进网电流与电网电压同步,需要通过锁相环对电网电压进行锁相,并利用检测出的电网电压相位生成电流基准。该文以单相LCL型并网逆变器为例,建立锁相环的小信号模型,并根据该模型推导并网逆变器基于阻抗的稳定判据。通过分析该判据可知,在电网阻抗可忽略不计时,锁相环对并网逆变器的稳定性无影响;当电网阻抗不可忽略时,锁相环带宽、并网电流幅值给定和输出功率因数都会影响系统的稳定。为了保证系统在弱电网下的稳定性,给出一种基于相角裕度要求的锁相环参数设计方法,并进行实验验证,实验结果证明了理论分析的正确性。     

多逆变器并网系统输出阻抗建模与谐波交互

针对大量分布式并网逆变器接入到公共电网时逆变器侧与网侧之间的交互影响问题,从并网逆变器闭环系统外特性角度入手,提出在同步旋转坐标系下对LCL型三相并网逆变器入网电流和滤波电容电流双闭环系统进行输出阻抗建模。利用前馈解耦策略,将dq轴控制环路之间的耦合阻抗消除。考虑到实际系统多采用数字系统,将数字控制延时引入到模型中以更加精确地反映实际并网逆变器的输出阻抗特性。基于无dq环路阻抗耦合和引入数字控制延时情况下的精确输出阻抗模型,对多逆变器并网系统进行阻抗网络建模、谐振机理剖析及谐波交互影响分析。理论分析结果表明,逆变器产生谐波成分与电网电压谐波成分会加剧多模块并网系统入网电流的谐波畸变。仿真结果验证了所建输出阻抗模型的正确性及其在逆变器—电网交互系统性能分析中的有效性。     

有功功率载荷波动对分布式发电并网逆变器稳定影响分析及其改进控制策略

针对功率变化引起的逆变器并网稳定性波动问题,基于阻抗稳定性判据,以三相LCL型并网逆变器为例,考虑锁相环在系统中的影响,建立电流环控制的并网逆变器交流侧输出阻抗小信号模型,分析功率变化与系统稳定的交互影响。研究系统传输功率增大会导致系统稳定性变差的现象,提出引入直流端电流补偿控制策略,该方案提高了并网逆变器交流侧输出阻抗在低频段增益,增大了系统稳定裕度,有效地处理了功率因素导致的系统稳定性波动问题。同时,在响应速度方面,无论是稳态还是暂态,加入直流电流补偿后的变流器并网系统调节时间更短,响应更为迅速,调节时间只有原系统的30%左右。最后,搭建三相LCL型逆变器并网仿真系统,通过仿真验证了文中理论分析的正确性。     

有功功率载荷波动对分布式发电并网逆变器稳定影响分析及其改进控制策略EI北大核心CSCD

针对功率变化引起的逆变器并网稳定性波动问题,基于阻抗稳定性判据,以三相LCL型并网逆变器为例,考虑锁相环在系统中的影响,建立电流环控制的并网逆变器交流侧输出阻抗小信号模型,分析功率变化与系统稳定的交互影响。研究系统传输功率增大会导致系统稳定性变差的现象,提出引入直流端电流补偿控制策略,该方案提高了并网逆变器交流侧输出阻抗在低频段增益,增大了系统稳定裕度,有效地处理了功率因素导致的系统稳定性波动问题。同时,在响应速度方面,无论是稳态还是暂态,加入直流电流补偿后的变流器并网系统调节时间更短,响应更为迅速,调节时间只有原系统的30%左右。最后,搭建三相LCL型逆变器并网仿真系统,通过仿真验证了文中理论分析的正确性。     

并网逆变器频率耦合特性建模及系统稳定性分析

基于阻抗的稳定性分析方法被广泛用于分析并网逆变器与电网互联系统的稳定性。阻抗建模时,通常认为三相互联系统可以分解为相互解耦的正序子系统和负序子系统,并且每个子系统在频域上都具有单入单出的特性。但是,当系统存在频率耦合时,正负序阻抗不再解耦,原有的稳定性分析方法也不再适用。针对并网逆变器,推导并验证了考虑多种频率耦合原因情况下的并网逆变器的频率耦合特性解析模型。基于推导的模型,进而分析了频率耦合特性的影响因素,以及频率耦合对并网逆变器系统稳定性的影响。