弱电网下LCL型并网逆变器的高鲁棒性加权平均电流控制策略

加权平均电流(weighted average current,WAC)控制方法由于其环路降阶特性,在并网逆变器系统中得到了广泛的应用。然而,传统WAC控制方法并未充分考虑数字控制延时对并网逆变器系统造成的影响。该文分析表明,数字控制延时引入的相位滞后导致传统WAC控制方法不再具备环路降阶特性,而使得环路增益中出现一个随电网阻抗变化的反向谐振峰,使并网系统存在失稳的风险。针对此问题,该文提出一种基于超前补偿器的高鲁棒性WAC控制策略,该策略利用前馈通道中引入的超前补偿器来补偿反向谐振峰频率范围内的相位滞后,以此来实现环路降阶特性及弱电网适应性。对比分析和实验研究表明,所提控制策略能够保留传统WAC控制的降阶优点,同时对弱电网亦有很强的适应能力。     

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。     

弱网下风电LCL并网逆变器有源阻尼控制研究

为解决弱网阻抗变化时并网逆变器有源阻尼方法存在的阻尼失效问题,这里从考虑数字控制延时的有源阻尼阻抗特性出发,对弱网下有源阻尼失效的原因进行分析,提出了一种相位超前补偿的改进有源阻尼方法,减小数字控制延时对系统正阻尼区间的影响,拓宽了系统正阻尼区间,提高了谐振抑制效果,使并网逆变器在弱网下保持谐振阻尼的有效性和良好的稳定性。设计并搭建了一台LCL型中点箝位型(NPC)三电平并网逆变器实验样机,实验结果表明该方法可以拓宽系统正阻尼区间,使并网逆变器在不同的电网阻抗下能可靠稳定运行,提高其并网电流质量。     

基于滑模观测器的LCL型并网逆变器鲁棒预测控制研究

针对常规LCL型并网逆变器的有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）参数鲁棒性差的问题,提出一种基于滑模观测器的LCL型并网逆变器鲁棒预测控制方法。首先,分析了参数变化对常规LCL型并网逆变器电网电流预测控制的影响;然后,根据超局部建模理论建立LCL型并网逆变器的一阶超局部模型,使用滑模观测器对系统的集总扰动进行估计,提高系统控制的动态性能,实现并网电流的鲁棒预测控制;最后,通过搭建Typhoon602+仿真器和PE-Expert4控制器实验平台验证了所提方法的有效性。     

数字控制下LCL型并网逆变器的环路滞后补偿方法

基于数字控制的LCL型并网逆变器会产生不可忽略的控制延时,使系统表现为非最小相位特性,而用于抑制LCL谐振的有源阻尼方法受控制延时影响,大幅改变了开环增益的相频曲线,在电网阻抗宽泛变化的弱电网中,系统鲁棒性将严重降低.文中从系统开环增益的特性入手,提出一种环路滞后补偿方法,合理设计了滞后环节的补偿参数,详细分析了所提方法在弱电网中的鲁棒性,分析结果表明该方法可分离阻尼分界频率与环路一次穿越频率,能保证系统良好的适应弱电网,最后通过仿真模型验证了理论分析的正确性与所提方法的有效性.     

一种改进型并网逆变器控制策略的研究

由于数字控制延时的影响,LCL型并网逆变器稳定区间仅为(0,f_s/6)(f_s为采样频率)。弱电网下宽范围的电网阻抗变化会使得LCL型并网逆变器谐振频率发生偏移,若谐振频率大于f_s/6,会严重影响系统的稳定性。针对此问题,这里在传统的电容电流反馈有源阻尼(CCFAD)控制策略的基础上,引入一阶高通滤波器(HPF)反馈环节,拓展系统最大正负阻尼分界频率至任意的f_R∈(f_s/6,f_s/3)扩大了系统的稳定区间,使并网逆变器在弱电网下具有强鲁棒性,最后搭建一台样机进行了实验验证。     

弱电网下基于高带宽并网逆变器的并网系统鲁棒性提升技术研究EI北大核心CSCD

数字控制LCL型并网逆变器的固有控制延时会影响原有谐振阻尼方案的控制特性,从而降低并网逆变器在弱电网下的鲁棒性。该文首先基于不同参数建立多逆变器并联系统在弱电网下的多输入多输出矩阵,并推出确保系统进网电流稳定性以及各模块交互电流稳定性的3条判据。进一步地,基于频域阻抗法分析数字控制延时在模块采用不同开关频率的情况下对系统鲁棒性的影响,进而发现在系统中引入高带宽逆变器对于抑制低频谐振的有效性。分析高带宽逆变器模块与低频模块之间的交互稳定性,据此选取高带宽并网逆变器的开关频率。最后,搭建一台基于新型宽禁带器件GaN的高带宽并网逆变器原理样机,并将其并入低频模块并网系统中去,通过实验验证所提高带宽并网逆变器有助于提高弱电网下系统的鲁棒性,为提高分布式发电系统的稳定性提供一种新思路。     

高带宽数字控制LCL型并网逆变器及其提高并网系统鲁棒性的谐振抑制技术研究

数字控制LCL型并网逆变器的固有控制延时会影响原有谐振阻尼方案的控制特性,从而降低并网逆变器在弱电网下的鲁棒性。该文首先基于不同参数建立多机并联系统在弱电网下的多输入多输出矩阵,并推出了确保系统进网电流稳定性以及各模块交互电流稳定性的三条判据。进一步地,基于频域阻抗法分析数字控制延时在模块采用不同开关频率的情况下对系统鲁棒性的影响,进而发现在系统中引入高带宽逆变器对于抑制低频谐振的有效性。然后,分析了高频模块与低频模块之间的交互稳定性,据此选取高带宽并网逆变器的开关频率。最后,在实验室搭建了一台基于新型宽禁带器件GaN的高带宽并网逆变器原理样机,并将其并入低频模块并网系统中,通过实验验证了所提出的高带宽并网逆变器有助于提高弱电网下系统的鲁棒性,从而为提高分布式发电系统的稳定性提供了新思路。     

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。     

弱电网下WAC控制LCL并网逆变器延时补偿策略

针对并网逆变装置中因LCL滤波器和数字控制延时产生的稳态误差、谐振和反向谐振尖峰问题,提出一种加权平均电流与补偿器相结合的控制策略。首先,建立加权平均电流并网逆变器数学模型,分析传统电流控制下电网阻抗和滤波器对系统影响,并采用加权平均电流降低系统阶数以减小稳态误差和抑制谐振。然后,分析由控制延时产生的反向谐振对系统影响和抑制反向谐振原理,通过合理设计所提出的补偿器参数以消除系统中的反向谐振尖峰。最后,通过建立仿真模型及搭建半实物仿真平台对所提控制策略进行验证,对比仿真与实验结果,验证了该策略的有效性。     

并联虚拟阻抗对并网逆变器相位裕度的影响

弱电网条件下,电网表现出来的低短路容量和电网阻抗宽范围变化特性,会严重影响LCL型并网逆变器控制系统的性能及其运行稳定性。针对上述问题,以LCL型并网逆变器模型为基础建立数学模型,推导出逆变器输出阻抗与相位裕度、系统鲁棒性之间的关系,提出了并联虚拟阻抗的控制策略,以增加系统的相位裕度,使逆变器并网系统能够在宽范围电网阻抗条件下依旧保持良好的控制性能。最后通过仿真及实验验证了该控制策略的正确性和有效性。     

弱电网中基于调节器重构的多机并网稳定性研究

多逆变器并联并网的方式常见于光伏电站,以满足大规模发电的实际需求。但在弱电网中,由于电网阻抗不可忽略,导致多机并网系统的稳定性受到严重威胁。针对弱电网中多机并网稳定性问题,将弱电网下的三相LCL型并网逆变器作为研究对象,建立多机并网模型,分析了电网阻抗对系统稳定性的影响机理,由此提出一种基于调节器重构的控制策略,调整多机并网系统的零极点分布以提高系统的稳定性,最后研制了两台参数相同的三相LCL型并网逆变器实物平台,通过实验对该控制策略的正确性和有效性进行了验证。     

基于电容电压前馈的LCL逆变器并网控制

并网逆变系统中,LCL滤波器相比单电感滤波器具有更优的滤波性能,然而引入了谐振点,降低了系统稳定性。揭示了存在数字延时LCL型并网逆变器逆变侧电流单环控制的稳定性恶化现象,提出了一种基于电容电压前馈的逆变侧电流控制方案,该方案通过电容电压前馈使系统降阶,从而有效地改善了系统的稳定性,同时分析了延时和前馈系数对电容电压前馈效果的影响。所提控制方案的有效性在自行研制的630 k W三相逆变器上得到了实验验证。     

提高LCL型并网逆变器电流控制性能的双采样模式实时运算方法

LCL滤波器对开关谐波具有很强的抑制能力,被广泛应用于并网逆变器中。为了抑制LCL滤波器的谐振尖峰,通常采用电容电流反馈进行有源阻尼。但是采用数字控制时,反馈信号的采样和控制算法的计算会引入一拍滞后的延时,改变有源阻尼的特性,使得控制系统对电网阻抗的鲁棒性较差;同时,该延时还会降低系统的相位,严重限制并网电流环的环路增益和带宽的提高。为此,提出双采样模式的实时运算方法,完全消除了有源阻尼内环和并网电流外环的计算延时,因此可大大提高并网逆变器的系统鲁棒性和电流控制性能。同时,与传统方法相比,双采样模式实时运算方法还可延长采样时刻与开关管开关时刻之间的时间间隔,从而有效地避免了高频开关噪声对采样信号的影响,提高了逆变器的抗噪性能。以单相LCL型并网逆变器为例,进行实验验证。实验结果证明了所提出的双采样模式实时运算方法是有效的。     

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。     

基于占空比预测与零极点结合的LCL型逆变器延时补偿方法

LCL型并网逆变器数字控制中延时环节对系统稳定性的影响不可忽略。分析发现,网侧电流数字单环鲁棒性不足,需要采用额外的有源阻尼方法增强阻尼,但传统的数字电容电流反馈有源阻尼方法带来了内环数字延时,使电容电流内环等效虚拟电阻不再保持纯电阻特性,增大了系统保持稳定的难度,因此提出一种预测占空比结合零极点补偿控制延时的方法。通过预测控制算法得到占空比和增加零极点,有效地补偿了系统数字延时,消除了采样计算等产生的一拍延时和零阶保持器产生的半拍延时,使系统在有源阻尼方法下能有效地起到增强阻尼的作用。算法设计简单,系统稳定性加强。仿真和实验验证了所提方法的有效性和可行性。     

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。     

单相并网模型电流控制及数字延时影响研究

并网逆变器作为电能变换的重要一环,其控制算法显得尤为重要。针对单相L型并网逆变器将模型电流控制应用其中,得到了一种参数易于整定的逆变并网控制算法且适用性强。为满足工程实践要求,分析了数字控制延时对系统稳定性的影响,并给出了控制参数修正方法;同时在计算并网逆变器给定输出电压时,对于数字控制延时的影响给出了电网电压反馈值合适的相位补偿。最后通过仿真与实验验证了模型电流控制的适用性及补偿数字控制延时影响的有效性。     

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。     

LCL型逆变器的改进WACC前馈相位补偿方法

加权平均电流控制(WACC)方法因其对并网逆变器固有的降阶特性而备受关注。然而传统WACC并未充分考虑数字控制延时对系统造成的影响,数字控制延时引起的反向谐振峰使并网系统不易稳定。鉴于此这里从并网系统的等效模型对网侧电流稳定性进行重新审视,提出了一种在公共连接点(PCC)电压前馈串入新型一阶复数滤波器的方案,以此提高输出阻抗在低频段的相位,保证并网系统的相位裕度以及高渗透率条件下的稳定性。最后通过实验研究验证了所提策略的有效性。