一种LCL型并网逆变器的复合阻抗重塑方法

LCL型并网逆变器高频谐波衰减能力强,但存在谐振问题,并且并网电流在电网低频谐波电压的扰动下发生严重畸变。建立LCL型并网逆变器的状态空间模型,通过状态反馈有源阻尼控制配置主导极点,对并网逆变器谐振频率的输出阻抗进行校正,引入阻尼比以抑制谐振峰。进一步地,为了抑制电网背景谐波电压对并网电流的扰动,提出一种谐波补偿方法,通过电压前馈函数与二阶Butterworth滤波器串联,重塑逆变器的中低频输出阻抗,同时提高了电压前馈控制对阻抗参数的鲁棒性。采用这种复合阻抗重塑方法时,逆变器的中低频输出阻抗可以增大10倍以上,仿真实验验证了所述方法的正确性和有效性。     

基于电网阻抗的并网逆变器准比例谐振控制

随着新能源大规模接入电网,新能源并网逆变器在与电网交互引发的次/超同步振荡问题引起了广泛关注。此类振荡问题与并网逆变器的输出阻抗和电网阻抗特性密切相关。采用谐波线性化方法建立了三相LCL型并网逆变器的小信号输出阻抗模型,分析了不同电流控制策略对其输出阻抗的影响,通过阻抗比奈奎斯特判据分析了电网阻抗变化对系统稳定的影响。采用无源阻尼与有源阻尼相结合的方法抑制LCL滤波器的固有谐振尖峰,再根据公共耦合点电网阻抗的变化调节准比例谐振（quasi proportional resonance,QPR）控制器参数以及电容电流反馈系数,使系统阻尼基本保持不变,增强系统鲁棒性,确保系统稳定运行。时域仿真与数值分析结果证明了所提控制策略的有效性。     

弱电网下提高并网逆变器稳定性的相角方法

电网阻抗不断增加,其与并网逆变器阻抗频率交截处相角会越来越低,基于电容电流反馈有源阻尼法抑制谐振尖峰可能失效,容易发生低次谐波振荡,并网逆变器趋于不稳定。从阻抗法的角度,建立LCL型单相并网逆变器系统阻抗模型,提出电网电压前馈相角提升方法,提高电网阻抗与逆变器输出阻抗频率交截处的相角达到稳定裕度的要求,采用该方法能有效提高并网逆变器系统在阻抗变化下的稳定性。     

LCL型并网逆变器的鲁棒并网电流反馈有源阻尼控制方法

传统并网电流反馈有源阻尼方法(grid-currentfeedback-active-damping,GCFAD)是一种抑制LCL型并网逆变器谐振尖峰的有效方法。然而,由于数字控制下的控制延时使其等效阻尼电阻正负的分界频率介于1/6与1/3倍系统开关频率间,电网阻抗的宽范围变化极有可能造成系统无法稳定运行。对此,文中提出一种鲁棒GCFAD方法,包括并网电流的二重采样和改进型GCFAD方法。并网电流的二重采样在不引入开关纹波的情况下最大程度地降低了有源阻尼环中的控制延时;改进型GCFAD进一步提高了该分界频率与系统开关频率的比值,使得该分界频率等于0.5倍系统开关频率,位于LCL滤波器设计的谐振频率区间外,从而解决了LCL滤波器的实际谐振频率穿越该分界频率的鲁棒性问题,大大地提高了对电网阻抗的鲁棒性和系统的稳定性。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。     

基于虚拟电阻的LCL型并网逆变器前馈控制策略

为改善无源阻尼产生的损耗及低输出阻抗导致的电流畸变，设计了基于虚拟电阻的LCL型并网逆变器前馈控制策略。通过虚拟电阻增大等效阻尼，实现了尖峰削减；通过设计电网电压全前馈函数构成全前馈控制，提高了整体输出阻抗，实现了谐波电流抑制。仿真实验结果表明，该控制策略具有良好的稳态、动态和抗干扰能力。     

LCL型并网逆变器全频域阻抗分析及致稳策略

分析了基于传统控制策略的LCL型并网逆变器全频域输出阻抗特性,以及控制参数对输出阻抗在低频与高频段非耗散区域的影响因素。提出了综合电网电压前馈增益优化、有源阻尼控制延迟相位环节补偿等逆变器稳定性增强控制方法,有效改善了逆变器输出阻抗在各频段的系统特性,全面提升了复杂并网条件下,逆变器并网电流的谐波抑制能力以及系统稳定性。最后通过额定功率3 kW的LCL型单相并网逆变器原理样机充分验证了理论分析与全频域稳定性增强方法的有效性和正确性。     

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。     

弱电网下提升并网逆变器无源性的网侧有源阻尼策略

为抑制“双高”背景下新型电力系统中日趋复杂的电网背景谐波,并网系统通常需要在已有控制方案基础上附加PCC节点电压前馈策略。而现有研究表明,在弱电网下由于并网逆变器与电网阻抗之间的相互作用,该策略会降低并网逆变器等效输出阻抗在中低频段内的无源性,易引发并网系统产生宽频谐振问题。针对这一问题,通过建立弱电网下并网逆变器系统等效输出阻抗模型剖析了传统PCC节点电压前馈策略在抑制电网背景谐波方面的优点及固有缺陷;并在此基础上基于无源性理论提出了一种新型网侧有源阻尼策略,该策略通过在电容支路增加有源补偿装置与主逆变器附加控制相结合,不仅实现了并网逆变器系统等效输出阻抗在宽频段范围内的充分无源,且能有效抑制电网背景谐波,提高并网系统在弱电网下的稳定性与适应性。通过搭建系统仿真模型对所提控制策略在并网逆变器接入弱电网时的有效性进行了验证。     

弱电网下LCL逆变器阻尼谐振抑制与功率快速调节方法

位于电网末梢或偏远地区的新能源发电弱电网中,大量本地阻感性负荷的接入会引起电网阻抗变化与频率偏移及电压波动,进而影响LCL逆变器自身谐振尖峰抑制及其输出有功与无功动态调节过程。对此,提出了一种LCL逆变器阻尼谐振抑制与功率快速调节方法,包括鲁棒并网电流反馈有源阻尼控制、同步参考系准比例积分控制及功率快速调节。提出的鲁棒并网电流反馈有源阻尼控制增强了系统阻尼特性,抑制了LCL谐振尖峰;光伏能量功率前馈和负载无功快速检测可实现LCL逆变器的有功功率快速调节与电压无功紧急支撑功能;同步参考系准比例积分控制可降低电网基波频率偏移对系统稳定性的影响,增强了系统整体鲁棒性。通过深入分析控制系统动态响应和稳定性,给出了控制参数优化设计方法。最后,仿真及实验结果验证了所提控制策略的可行性。     

多机并网逆变系统建模分析及谐振抑制研究

考虑并网逆变器PWM调制的谐波源特性,针对多机并网逆变系统中LCL滤波器与电网阻抗耦合所引起的谐波增大甚至谐振的问题进行建模,分析其谐振机理.在逆变器电流环控制中引入电容电压反馈作为有源阻尼,使多机并网时逆变器输出电流满足并网条件.仿真对比加入有源阻尼前后多机并网的效果,证明所用的控制策略能削弱并网点电压和电流的谐振,改善并网环境.     

非理想电网下逆变器并网电流质量改善策略

逆变器在非理想的电网条件下采用传统的电网电压前馈控制时,其输出阻抗的相位裕度很低,且不能很好地抑制电网电压的谐波传入控制系统,从而很难保证其并网电流的质量。提出了一种改善在非理想电网条件下逆变器并网电流质量的方法。首先,建立PR控制下采用传统电网电压前馈的LCL型逆变器输出阻抗模型,提出利用带通滤波器改进的电网电压前馈策略,提高逆变器对电网阻抗的鲁棒性。同时在PR控制器上并联多次谐波补偿器,使其不仅能够提高逆变器对电网阻抗的鲁棒性而且能够有效地抑制电网电压谐波对逆变器并网电流的干扰,从而改善非理想电网条件下的逆变器并网电流的质量。最后,利用仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

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。     

提高光伏并网逆变器在弱电网下稳定性的阻抗相角补偿控制

针对LCL型并网逆变器自身存在的谐振现象,提出一种电容电压惯性反馈控制策略来抑制其谐振尖峰。在弱电网情况下,由于电网阻抗和并网逆变器输出阻抗的相互作用,使得并网逆变器的稳定性急剧恶化。于是提出输出阻抗相角补偿加滤波器的方法,提高逆变器输出阻抗相角使其满足稳定裕度,从而提高并网逆变器在弱电网下的稳定性。在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建并网逆变器系统仿真模型,对所提方法进行仿真验证。仿真结果表明,所提方法不仅能提高并网逆变器的稳定性,而且还能改善并网电流的质量,降低谐波总畸变率。     

提高并网逆变器在弱电网下稳定性的虚拟阻抗附加相角补偿控制

在LCL型并网逆变器中,为了减少传感器的使用,并网电流反馈的闭环控制得到了广泛的应用。然而一方面LCL型并网逆变器自身存在谐振现象,从而限制了电流控制器的设计;另一方面,由于弱电网中电网阻抗的存在,使该控制性能下降,对系统稳定产生不利影响。针对上述问题进行改进：一是采用特定的并网电流反馈有源阻尼控制器来虚拟电网侧的串联阻抗,即基于有源阻尼的虚拟阻抗法来抑制谐波尖峰;二是采用相位超前补偿的方法,增大逆变器输出阻抗的相角,极大地减少不稳定区域。保证了当电网阻抗变化时,该系统仍具有较强的稳定性。最后在MATLAB/Simulink上进行仿真,验证了所提方法的有效性和可行性。     

三相光伏并网逆变器电网高阻抗谐振抑制方法

针对电网电压高阻抗LCL滤波器谐振问题,提出一种虚拟电阻+电容有源阻尼方法。该方法将虚拟电阻和电容串联之后与三相光伏并网逆变器的滤波电容并联。通过滤波电容电压得到虚拟电阻和电容支路的电流,将虚拟电阻和电容支路的电流作为LCL滤波器谐振抑制有源阻尼电流给定。通过逆变侧电流闭环控制,实现对三相光伏并网逆变器电网高阻抗LCL滤波器谐振抑制。建立15 k W的T型三电平三相光伏逆变器平台,对所提有源阻尼方法进行稳态实验,实验结果验证所提方法的可行性和正确性。     

一种改进型并网电流反馈有源阻尼方法

相对于L型滤波器,LCL型滤波器为三阶结构,容易导致谐振,造成系统不稳定。采用传统并网电流反馈有源阻尼(grid-current-feedback-active-damping,GCFAD),可以在不增加额外电流传感器的基础上有效抑制LCL型滤波器谐振尖峰。考虑到控制带来的数字延时,采用传统GCFAD方法,系统有效阻尼区仅为(0, fR),fR在1/6采样频率(fs/6)和1/3采样频率(fs/3)之间,较窄的阻尼区间不利于系统参数设计以及应对电网阻抗变化。针对这种情况,提出一种改进的GCFAD方法,将系统的有效阻尼区扩展到(0, f_R),f_R∈(fs/4, fs/2)。为满足系统稳定性与鲁棒性要求,在离散域下对系统建模,结合数字控制原理对系统参数进行设计。仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

基于LADRC与模糊自适应的新型有源阻尼谐振抑制策略

针对LCL型并网逆变器固有谐振属性容易引起系统谐振，影响系统稳定性的问题，采用无需增添额外传感器的并网电流反馈有源阻尼(GCFAD)法抑制谐振，并引入高通滤波器(HPF)抑制传统GCFAD中二次微分环节对高频谐波电流的放大效应。为应对电网阻抗变化导致谐振频率偏移时阻尼参数难以根据系统变化进行实时调节，提出一种基于线性自抗扰的新型并网电流反馈模糊自适应有源阻尼控制策略(FHPF-LADRC)，进一步提高系统的鲁棒性。使用频域分析法分析新型有源阻尼控制对抑制系统谐振峰值和高频谐波衰减的效果，通过仿真结果验证了新型有源阻尼控制策略不仅有效提高系统阻尼效果，还增强系统稳定性和谐波抑制力，具有较好的可行性。     

弱电网下多逆变器并网系统全局谐振抑制

弱电网条件下,各逆变器之间以及逆变器与电网之间会形成交互耦合,从而影响到系统的稳定运行。针对该问题,提出了一种弱电网下多逆变器并网系统的全局谐振抑制策略。首先,基于并网电流反馈,提出改进的有源阻尼策略形成虚拟阻抗,来增加逆变器自身阻尼,从而抑制多逆变器并联谐振;其次,通过结合电网阻抗测量的改进电网电压前馈策略,抑制电网背景谐波电压通过电网阻抗产生的谐波谐振,从而提高多逆变器并网系统的稳定性。仿真和实验结果均验证了所提谐振抑制策略的有效性和可行性。     

基于双二阶滤波器的LCL型并网逆变器延时补偿方法

为了抑制LCL型滤波器的谐振尖峰,电容电流反馈有源阻尼被广泛应用于LCL型并网逆变器中。由于数字控制延时带来的不利影响,电容电流反馈有源阻尼的阻尼性能被严重削弱。负阻尼区域出现在到之间,减弱了并网逆变器的稳定性和对电网阻抗变化下的鲁棒性。在电容电流反馈通道上插入一个双二阶滤波器来补偿数字控制延时带来的相位滞后,正阻尼范围可以扩展到,从而实现了对电网阻抗变化的高鲁棒性。选择了合适的离散化方法,分析了补偿后的系统稳定性。提出了一个详细的闭环参数设计流程,以获得良好的控制性能。最后,实验结果验证所提方法的有效性和参数设计流程的可行性。     

LCL型并网逆变器的GCFAD优化设计方法

针对并网电流反馈有源阻尼(GCFAD)方法在谐振尖峰抑制程度与响应速度上存在着两个相互制约的参数且不利于提高LCL型并网逆变器动态性能的问题,推导了GCFAD的等效虚拟阻抗模型,阐述了系统动态性能指标与GCFAD参数的本质关系。并在结合零极点模型和劳斯稳定判定的基础上,提出了一种改善LCL型并网逆变器动态性能的GCFAD优化设计方法。将GCFAD的两变量降为单一变量控制,降低了参数设计复杂程度,解除了两制约参数的耦合关系,使控制系统具备最佳的动态性能。仿真与实验结果表明:LCL并网逆变器的满载并网电流畸变率仅为2.2%;当系统从半载跳变到满载时,系统超调量仅为8%,相较于其他设计方法具有更快的响应速度与更小的超调量。