并网逆变器的阻抗自适应控制方法

弱电网下,含电网电压前馈控制的并网逆变器和电网之间的阻抗交互作用,可能导致并网电流谐波放大甚至系统失稳。分析了输出阻抗特性,以提高逆变器与电网之间的稳定相角裕度为目标,提出了基于并网电流微分和电网电压微分的串、并联复合阻抗校正方法;讨论了微分系数对相角提升的灵敏度,给出了一种自适应调整的微分系数设计方法。该方法使得并网系统在电网阻抗宽范围变化时均能稳定运行,同时提高了并网系统对电网电压的抗扰性能。实验结果验证了所提控制方法的有效性。     

提高弱电网下并网逆变器稳定性的复合补偿策略

采用电压前馈控制以及H∞控制组成的H∞复合控制策略,利用阻抗分析方法,分析电网阻抗对并网逆变器稳定性的影响,通过分析并网逆变器的输出阻抗特性,提出了一种在电压前馈通道引入复数滤波器以及在系统前向通道引入超前校正环节的复合补偿方法,以此提高并网逆变器在弱电网下的稳定性。最后,在MATLAB/Simulink中对所提方法进行仿真实验,结果表明,通过在电压前馈通道引入复数滤波器以及系统前向通道引入超前校正环节,可以提高所用策略对电网阻抗的适应能力。     

Decoupled control of grid connected inverter with dynamic online grid impedance measurements for micro grid applications

This paper presents a decoupled control of grid connected inverter using dynamic online grid impedance measurements for a micro grid application. The proposed controller is implemented in synchronous reference frame (SRF) and controlled using linear PI controllers. The mutual coupling introduced between the d and q control loops due to the transformation into SRF is accurately decoupled using the dynamically measured grid impedance using a feed-forward control. The decoupling allows independent control of active and reactive powers against step changes in the active/reactive power references. The online measurement of the actual impedance and its use further for decoupling is proposed in this paper for making the decoupling accurate inspite of the network configuration being altered like in micro grids. Here the grid resistance and inductance are measured during the operation using a non-characteristic frequency current continuously injected into the grid, and subsequently calculating the impedance using discrete Fourier transforms. The continuous injection of non-characteristic current at 75 Hz avoids the injection of sub-harmonics into the grid during measurements. The control loop is updated periodically with the estimated grid impedance, thus enabling the independent control of active and reactive powers delivered by the inverter. The proposed decoupled controller with grid impedance measurement is tested through simulation studies and hardware experiments. The experiments are conducted with the proposed controller on a scaled down laboratory model of micro-grid with a 1 kVA solar inverter, and the performances are presented for step changes in the power references and the results are presented.     

Design and Implementation of a Dynamic Evolution Controller for Single-phase Inverters with Large Load Changes

Abstract—A new controller is developed for a single-phase inverter based on the dynamic evolution control method. The non-linear model equations and algorithm of the approach is derived and presented. The simulation is conducted based on the proposed method by MATLAB/Simulink to test the performance of the controller for large load variations. The system was also tested experimentally to show the feasibility of the proposed method applied to a single-phase inverter. Results show that the proposed approach is suitable for applications with large load variations. Practical results show that the controller can successfully handle a 40 times load change in less than 2 ms. It also has good output in the harmonic spectrum compared with the IEEE 519 harmonic standard during no-load and full-load conditions.     

Seamless Transfer Control Strategy for Grid-Interactive Inverters

Abstract—Single-phase microgrids are widely used in residential houses. The energy storage system with grid-interactive inverters in these microgrids should operate in both grid-tied and standalone modes. In this article, proportional resonant controller for the single-phase grid-interactive inverter with LCL-filter is designed and implimented in the both operation modes. Also, a novel seamless transfer strategy based on hysteresis current control is proposed when off-grid transfer operation is needed. With the proposed method, the inverter is able to provide voltage support to the local critical loads during the whole transfer process when the grid fails. For the grid-tied transfer process, a phase difference eliminating method based on inverter frequency regulation is introduced in this article to eliminate the phase difference between the grid voltage and the inverter voltage when the grid recovers. Simulation and experiments are carried out and the results verify the effectiveness of the proposed control method.     

基于自适应虚拟阻抗的新能源微电网功率控制系统

传统新能源微电网功率控制系统因忽略虚拟阻抗而不利于随机位置分布式电源的结合,导致容易发生电网故障,致使微电网整体瘫痪。为了解决上述问题,本文提出基于自适应虚拟阻抗的新能源微电网功率控制系统的研究。引入虚拟阻抗,降低逆变器输出功率的耦合程度。通过逆变器额定容量比值确定虚拟电阻取值范围,计算微电网输出电压,保障微电网输出电能质量。在积分控制器下控制虚拟阻抗电阻数值,使逆变器输出功率趋近于积分控制器计算得到的功率参考值,保障输出功率的稳定性,实现对新能源微电网的功率控制。设计仿真实验,结果显示：本文方法控制的逆变器在同容量逆变器并联条件下,输出的有功功率最为稳定,无功功率保持均分状态;不同容量逆变器并联条件下,输出的有功功率稳定用时最短、无功功率基本与额定容量比匹配,充分说明提出方法对新能源微电网的功率控制及运行具备较好的控制效果。     

基于阻抗在线观测的光伏逆变器控制策略研究

光伏逆变器通常采用最大功率跟踪算法尽全力向电网注入有功功率,并不参与电网电压的控制。只有当电网电压超过了保护阈值,光伏逆变器才停止工作以避免引发过电压故障。提出一种光伏逆变器的电网电压控制策略,用以改善电网电压水平,使得光伏逆变器在非最优电网电压情况下依然可以向电网输送电能。根据电网电压控制效果由电网阻抗的阻抗比R/X决定的基本原理,所提出的控制策略在线观测电网阻抗比,实时控制光伏逆变器注入电网的有功功率和无功功率,改善光伏逆变器的电网电压控制效果。所提出的控制策略不仅适用于光伏逆变器,同样也适用于其他类型的分布式发电并网逆变器。     

永磁同步电机H_∞鲁棒控制策略研究

永磁同步电机(PMSM)目前已得到广泛应用,普遍采用双闭环PI控制策略。在考虑到系统建模中的不确定性和负载扰动,基于凸极PMSM的数学模型,将控制器设计问题转化为H∞鲁棒控制标准型问题,通过选取适当的权函数并求解Riccati方程得到控制器参数。最后,通过实验证明所提出的H∞鲁棒控制策略具有良好的动静态性能。     

可调阻抗无互联线并联逆变器的控制方法

传统的无互联线并联逆变器PQ下垂法是由同步电机并网理论推导而来的,它具有稳态均流精度低和动态响应差等缺点.分析了逆变器并联系统的有功功率和无功功率的环流模型,并且基于传统的PQ下垂法,增加了具有阻抗调节功能的两个控制环节,提高了系统的动态和静态环流抑制能力,并且降低了系统对线阻抗等参数不平衡的敏感程度.仿真和实验结果均验证了该方案的良好性能.     

基于无源控制的并网逆变器特定次谐波电流抑制方法

分布式新能源发电多并接于较弱的配电网,该地区电网电压谐波含量大。受电网电压谐波与开关特性的影响,并网逆变器的电流容易发生畸变现象,影响系统稳定性。为此,文中针对三相并网逆变器提出一种基于无源控制的特定次谐波电流抑制方法。首先建立三相并网逆变器的欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange, EL)数学模型,并设计电流环无源控制器;然后结合多重参考系(multiple reference frame, MRF)方法引入误差电压补偿环路,对谐波电流进行独立控制;最后搭建系统仿真模型,并与传统比例积分(proportional integral, PI)控制和无源控制进行对比仿真研究。仿真结果表明,所提控制方法在具有无源控制优点的同时能够有效抑制三相并网逆变器的谐波电流,提高并网电流的电能质量,降低滤波器的设计要求,提高并网逆变器的弱电网适应能力。     

基于虚拟阻抗的低压微网多逆变器环流抑制研究

低压微网内逆变器等效输出阻抗导致多逆变器间环流上升,低压微网整体运行出现异常,稳定性下降,严重时会造成器件损毁。为解决上述问题,提出基于虚拟阻抗的低压微网多逆变器环流抑制研究,在低压微网结构中,分析等效输出阻抗对输出功率特性的影响,提出多环控制策略,在下垂控制方基础上引入虚拟阻抗,将全部逆变器的等效输出阻抗由感性转变为阻性,均分低压微网负荷功率,提升低压微网稳定性。在Matlab/Simulink仿真平台内构建低压微网仿真模型,仿真结果显示引入虚拟阻抗后可将低压微网多逆变器间的环流最大值降至2A以下,保障低压微网系统稳定运行;分布式电源的离、并网情况下微网运行特性仿真结果证明所提方法及控制器的可行性与有效性,可有效实现整个逆变器并联系统的环流抑制。     

海上风电并网的有限控制集模型预测控制

针对海上风电场柔性直流输电(voltage source converter high voltage direct current,VSC-HVDC)系统传统矢量控制中,PI参数难以整定、需要调制器以及难以实现多目标优化等问题,提出了一种基于有限控制集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)的新型海上风电VSC-HVDC并网控制策略。该方法结合并网逆变器的离散数学模型,通过电流误差构造价值函数,以价值函数为优化目标,预测并网逆变器未来时刻的开关状态;为避免计算时间延时并实现多目标优化,引入延时补偿和权重系数,产生最优开关组合触发并网逆变器。在Matlab/SIMULINK中建立风电并网系统的仿真模型,并采用FCS-MPC和传统PI控制两种方法实施并网控制,通过对风电场功率波动及电网发生故障等多种运行环境进行仿真,结果有效验证了所提出的FCSMPC方法应用于VSC-HVDC海上风电场并网系统对直流电压的控制能力和故障恢复能力。     

基于二阶线性自抗扰的风电并网逆变器电压控制

为了提高直驱永磁风电并网逆变器直流侧电压的稳定,设计了一种二阶线性自抗扰(LADRC)的并网逆变器电压控制器。建立了三相PWM电压源型并网逆变器的数学模型,分析了其传统的双闭环PI控制方式,在此基础上设计了二阶LADRC控制器来代替传统的电压外环PI控制器,目的是使直流侧电压快速稳定,减小波动。分析了电压外环二阶LADRC控制器的设计原理,最后通过在Matlab/Simulink搭建1.5 MW直驱永磁风力发电机组仿真验证所设计控制器的有效性。结果表明,相对于传统的控制方式,所设计的二阶LADRC控制器电压的稳定速度更快,并网电流的总谐波畸变率(THD)更小。即使在电网电压发生扰动时,也能有一个良好的控制性能,提高了直流侧电压的抗干扰能力。     

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。     

弱电网下计及背景谐波的多并网逆变器阻抗重塑谐振抑制方法

弱电网下多逆变器并网系统的谐振问题一直广受关注,当计及背景谐波时,逆变器的电网电压前馈环节引入正反馈通路,将进一步恶化系统的电能质量。鉴于此,提出了一种弱电网下计及背景谐波的多并网逆变器阻抗重塑谐振抑制方法。通过对逆变器的控制环节进行导纳划分,建立基于三分解导纳的多逆变器并网等效模型,并利用模态分析法得到逆变器数量和电网侧阻抗变化时系统的谐振特性。计及电网电压前馈和电容电流反馈环节,对加权电流控制进行改进,并通过公共耦合点并联虚拟导纳对逆变器进行阻抗重塑,以实现对弱电网下系统谐振的抑制。仿真结果表明,所提方法既能极大地减小背景谐波对逆变器输出电流的影响,又能有效地抑制弱电网下多逆变器并网系统的谐振。     

三相PWM整流器H∞鲁棒控制器设计

三相PWM整流器普遍采用双闭环PI控制策略.在此针对电流环特点,设计了一种H∞鲁棒控制器.基于d,q轴旋转坐标系下PWM整流器的数学模型,选择适当的状态参数,建立了满足H∞鲁棒控制标准型的增广状态方程.依据H∞鲁棒控制的原理,定义评价信号,通过求解Riccati不等式,得到H∞鲁棒控制器.仿真和实验证明了所提方法的可行...     

基于混合H2/H∞控制理论的交直流并联系统机网阻尼协调控制

针对交直流并联运行系统阻尼不足、存在区域间低频振荡的问题,文中提出一种基于混合H_2/H_∞控制理论的交直流并联系统的机网阻尼协调控制策略。首先采用最小二乘-旋转不变算法辨识出系统振荡模式和开环降阶模型,结合混合H_2/H_∞控制理论,在高压直流输电和发电机中设计了附加鲁棒阻尼控制器,该控制器采用线性矩阵不等式的求解方法和输出反馈构造,求解容易,控制器构造简单,具有较强的鲁棒性。最后在PSCAD/EMTDC中搭建四机两区域测试系统,并与传统附加阻尼控制器对比,仿真结果验证了机网阻尼协调控制的有效性、鲁棒性。     

单相光伏并网逆变器电流控制方法研究及分析

针对并网逆变器的电流控制方法进行了分析研究,通过分析,采用了一种带电网电压前馈和准PR控制的双电流环控制方法,并就其关键的比例谐振控制（ＰＲ）进行了理论分析和参数设计。为分析该方法对抑制谐波,改善电能质量的作用,建立了并网逆变器控制系统仿真模型,并通过仿真试验,分别研究了在电网正常、电网电压突变、电网含低次谐波3种情况下比例积分（ＰＩ）控制和PR控制方法的控制效果,对于研制单相光伏并网逆变器控制系统具有一定参考价值。     

弱电网下电压控制型逆变器的自适应快速功率控制策略

电压控制型逆变器VCI(voltage-controlled inverters)在弱电网下表现出更强的稳定性,有望在可再生能源发电中得到更广泛的应用。然而,VCI的有功功率控制带宽通常低于电流控制并网逆变器CCI(current-controlled inverter)。随着电网阻抗增大和电网强度进一步降低,其调节时间甚至将长达数秒,难以满足可再生能源发电最大功率点跟踪MPPT(maximum power point tracking)的要求。此外,现有的以功率环改造为特点的VCI有功功率快速控制方法,则可能导致弱电网下VCI稳定性损失。针对这一问题,建立了VCI并网系统的详细输入-输出模型,揭示了弱电网下VCI功率环改造法面临稳定性和快速性矛盾的根源,并提出了一种基于外环改造和功率指令前置滤波的VCI有功功率快速控制方法,能够有效提升VCI有功功率控制带宽,且不影响其弱电网下的稳定性,进一步实现了基于VCI的MPPT控制;针对短路容量比和电网阻抗大幅波动对所提控制的影响,又提出了一种基于电网阻抗在线辨识的VCI有功功率快速控制自适应方法。最后,实验结果验证了所提方法的有效性。     

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。