大容量中频逆变器的非线性与不平衡补偿技术

为补偿大容量中频逆变器的非线性和不平衡,分析了多种三相四线制逆变拓扑、级联式逆变拓扑和组合式多电平逆变拓扑,然后选取3个单相二重逆变器组合式拓扑结构作为逆变器主电路,该电路不仅可得到较高的等效开关频率,且带不平衡负载能力强。通过推导得到逆变器正弦脉宽调制(SPWM)波的表达式,根据系统各次谐波含量及总谐波畸变率(THD)要求可设计合适的滤波器参数;采用多重谐振控制器补偿低次谐波,并在控制器设计中考虑了数字控制延时的影响,采用二阶Pade近似对延时进行等效。设计的系统不仅可有效抑制低次谐波,且具有快速的动态响应性能。最后,通过实验对理论分析进行验证,实验结果与理论分析一致。     

大功率400Hz逆变电源数字控制设计

为了实现大容量中频逆变器的数字控制,在两级H桥结构基础上,分析了数字控制时由采样、计算及脉宽调制过程产生的延时及其对系统性能的影响.采用P+谐振控制,通过在连续域设计中引入等效延时环节的方法,对数字控制参数进行了设计.建立了一个100kVA的400Hz/115V逆变器仿真模型,通过离散数字仿真对所提出的方法进行了验证....     

控制延时对虚拟同步机全局稳定性的影响分析

虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)控制技术可使并网逆变器模拟传统同步发电机运行,应用前景广阔。VSG控制依托数字控制技术实现,存在数字控制固有的控制延时问题,制约系统的响应特性和控制精度,影响系统的稳定性。现有研究多局限于分析数字控制延时对控制系统局部稳定性的影响,鲜有文献涉及延时对系统全局稳定性的影响。研究了一种基于状态空间建模和灵敏度分析的逆变器延时稳定性分析方法。首先,建立基于VSG控制的逆变器全阶状态空间模型,包括数字控制延时、内部电压电流控制环、基于VSG控制的功率外环以及物理环节;然后,借助特征值和灵敏度分析,评估控制延时对系统全局稳定性的影响。在此基础上,给出使系统稳定的临界延时时间。仿真和实验结果验证了文中理论分析的正确性,文中所述方法可以为逆变系统参数设计提供理论参考依据。     

一种针对数字控制下光伏并网逆变器的陷波器滞后补偿方法

由于数字控制中存在着延时环节和零阶保持器环节,使得光伏并网逆变器的运行极易发生不稳定的状况。为了研究数字控制下光伏并网逆变器的稳定性问题,首先针对逆变器建立了z域模型,并推导了其z域传递函数,然后通过严格的数学推证发现当逆变器谐振角频率 w res = π/(3Tsa)时,系统存在的两个开环不稳定极点和一次穿越-π线之间的矛盾导致了逆变器的谐振角频率在此点必不能稳定,同时指出了当逆变器的谐振角频率 w res在π/(3Tsa)附近处时系统亦难以稳定。针对此种情况,提出一种陷波器滞后补偿策略,在讨论了数字控制下陷波器特性和离散方法后,给出了滞后补偿的设计思路和方法。根据前述思路与方法搭建了一台功率为6.6kW的三相光伏并网逆变器,实验结果表明此方法简单有效,能够使逆变器在其谐振角频率 wres位于π/(3Tsa)及其附近处时皆能保持稳定状态,验证了理论分析的准确性。     

基于数字控制延时的LCL型并网逆变器强鲁棒性加权平均电流控制策略

加权平均电流(WAC)控制因其对LCL型并网逆变器固有的降阶特性而备受关注,通过对逆变器控制系统的环路增益进行零极点对消,达到将三阶系统降为一阶系统的目的。但是,传统WAC控制未充分考虑数字控制延时对系统造成的影响,数字控制延时的存在导致系统无法进行理想降阶,并网逆变器对弱电网的鲁棒性较差。鉴于此,提出了一种基于数字控制延时的LCL型并网逆变器强鲁棒性WAC控制策略,在耦合点电压前馈通道引入一阶高通滤波器,进而对系统反向谐振峰进行完全补偿,以提高并网逆变器对弱电网的适应性。最后,通过仿真分析验证了所提控制策略的有效性。     

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。     

并网逆变器中数字控制延时对系统稳定性的影响及其优化设计

数字控制系统中不可避免地存在延时,而延时环节会改变系统的相位特性,影响系统稳定性。文中以逆变侧电感单电流环控制为例,在模拟域和数字域下分析了系统的稳定性,系统地研究了数字控制系统中的延时时间对稳定性的影响,在此基础上,详细分析了保持系统稳定的延时时间范围。并从改善系统稳定性的角度,提出了一种数字控制延时的优化设计与延时调整方法。在一台并网逆变器上进行实验,试验结果验证了分析的正确性和所提出方法的有效性。     

孤岛模式下逆变器并联系统的谐振特性分析及其抑制策略研究

针对孤岛模式下逆变器并联系统的谐振问题,首先建立考虑数字控制延时以及数字滤波等非线性因素的单台逆变器系统等效模型,并由此扩展得到孤岛模式下多逆变器并联系统的等效模型。进一步提出利用孤岛模式下逆变器并联系统的等效导纳进行系统的谐振特性分析,分析结果表明多逆变器之间谐波交互可能引发系统谐振,且系统的谐振特性与虚拟阻抗、负载以及反馈滤波器等因素密切相关。最后,针对系统的谐振抑制提出合理选取虚拟电感大小并在电流反馈环节引入串联反馈滤波器的新策略。实验结果验证了所建孤岛模式下逆变器并联系统数学模型的正确性以及所提出的谐振特性分析方法和谐振抑制策略的可行性。     

弱电网下抑制谐波谐振的LCL型并网逆变器鲁棒性CCFAD方法

LCL型并网逆变器采用电容电流反馈有源阻尼在弱电网下进行并网电流控制时，如果系统环路谐振频率高于1/6的采样频率，数字控制延时会导致并网逆变器在较宽范围变化的电网阻抗影响下鲁棒性较差甚至失稳。通过分析指出，电容电流反馈有源阻尼环路可等效为并联在滤波电容两端的虚拟阻抗Z_eq(s),表现出的负阻特性是造成系统失稳的主要原因。鉴于此，提出一种采用负一阶惯性环节进行电容电流反馈有源阻尼的鲁棒性方法，在电容电流阻尼环路中引入惯性环节，利用频率稳定性分析对所提方法进行详细论述，并给出相关参数的设计过程。理论分析表明，该方法可保证Z_eq(s)在LCL滤波器谐振频率有效范围内始终处于正阻特性范围，不仅提高系统的稳定裕度，并网系统的谐波谐振也得到抑制。此外，该方法具有较好的灵活性，当采用电容电压反馈有源阻尼控制并进行锁相时，可节省一组电流传感器的使用。最后，通过实验验证了所提方法的有效性。     

一种提高弱电网下LCL型并网逆变器鲁棒性的相位超前补偿策略

LCL型并网逆变器中,电容电流反馈有源阻尼法可以有效抑制LCL滤波器的谐振。但是,数字控制延时会改变电容电流反馈有源阻尼效果,从而影响系统对电网阻抗的鲁棒性。为削弱数字控制延时的不利影响,提出相位超前补偿方法以补偿电容电流反馈的控制延时。通过分析不同谐振频率下系统的稳定性,得出改进后系统的增益裕度要求都能被满足,并设计出相位超前补偿器的参数。接着,为保证电网阻抗变化时系统的稳定性,给出电容电流反馈系数的设计方法。当采用选取的电容电流反馈系数时,分析加入相位超前补偿器前后的闭环极点轨迹。最后,通过一台1kW原理样机,验证了所提出理论研究的有效性。     

基于Pade近似的电力系统频率振荡模式延时轨迹分析

实际电网中多次出现不同于传统低频振荡的频率振荡问题,和一次调频或自动发电控制强相关。包含一次调频、自动发电控制的电力系统调频过程是一个闭环的控制过程,是一个动态系统,面临着稳定性问题。在实际电网运行中,由调度自动发电控制指令到机组执行带来的延时对电力系统关键模态产生显著影响,从而改变闭环系统稳定性。基于一个三区域系统采用Pade近似方法将延时环节转化为状态空间表达式,选取合适的近似阶数,建立了考虑延时环节的电力系统线性化模型;并且通过特征值计算方法研究延时对频率振荡模式的影响规律,算例仿真结果有效验证了延时给系统带来的阻尼恶化、自动发电控制振荡模式发生周期性变化的结论。     

考虑延时影响的MMC-HVDC系统高频振荡机理分析

基于模块化多电平换流器的高压直流（MMC-HVDC）输电系统的链路延时可能会引发系统产生高频振荡。文中通过Pade近似对延时环节进行等值,建立了基于四阶Pade近似等值延时环节的MMC-HVDC系统的状态空间模型。通过在阶跃工况下与PSCAD/EMTDC中详细电磁暂态模型动态特性的对比以及高频振荡的复现,验证了所建立的状态空间模型的正确性及四阶Pade近似等值延时环节的有效性。然后,研究了延时环节时间常数对系统特征根及高频振荡特性的影响,结果表明,基于特征值分析法对所建立的考虑延时环节特性的MMC-HVDC系统状态空间模型进行分析,可以得到引发系统高频振荡的临界延时时间。最后,通过参与因子分析法探究了引起系统发生高频振荡的主要因素,结果表明,系统的高频振荡现象主要是由交流系统特性与含有延时环节的MMC-HVDC系统特性之间的耦合作用引起。     

A simplified adaptive tracking control for nonlinear pure-feedback systems with input delay and full-state constraints

This article investigated the adaptive backstepping tracking control for a class of pure-feedback systems with input delay and full-state constraints. With the help of mean value theorem, the system is transformed into strict-feedback one. By introducing the Pade approximation method, the effect of input delay was compensated. Radial basis function neural networks are utilized to approximate the unknown nonlinear functions. Furthermore, in order to reduce the computational burden by introducing backstepping design technique, dynamic surface control technique was employed. In addition, the number of the adaptive parameters that should be updated online was also reduced. By utilizing the barrier Lyapunov function, the closed-loop nonlinear system is guaranteed to be semi-globally ultimately uniformly bounded. Finally, a numerical simulation example is given to show the effectiveness of the proposed control strategy.     

考虑时间延迟影响的电力系统稳定器设计

采用广域信息可有效地提高大型互联系统的动态性能。由于距离远，信号传输的时间延迟不可忽略，而时延的存在对电力系统稳定器(PSS)的性能有很大的影响。该文提出了一种考虑时延影响设计PSS的方法。该方法根据留数矩阵确定PSS控制回路；采用Pade逼近法近似时间延迟，并写成状态空间形式，与PSS一同形成了时延控制器，同时使系统变为不显含时延项的控制系统；再应用进化策略整定PSS参数。文章以4机系统为例，比较了考虑时延与不考虑时延设计的PSS的性能，说明了该方法的有效性。     

基于时滞灵敏度和多目标优化的广域电力系统稳定器参数设计

针对广域电力系统稳定器应用过程中信号具有时滞的问题,基于Pade近似与阻尼转矩分析法推导得到一个特征根相对于时滞的灵敏度指标,进而采用多目标粒子群优化算法求解综合考虑该灵敏度指标与系统阻尼的广域电力系统稳定器参数优化问题,实现对时滞具有较好鲁棒特性的广域电力系统稳定器参数设计。在搭建的信息电力融合系统平台中以2区4机系统为例,研究了不同时滞下控制器的控制效果。时域仿真结果表明,所提控制器参数设计方法对广域信号时滞的波动有较好的鲁棒特性,当广域测量系统的传输时滞在一定的范围内变化时,控制器依然能够有效地抑制系统区域间的低频振荡,为广域电力系统稳定器的参数整定提供了一种新的思路。     

数字控制对并网逆变系统稳定性和动态性能的影响

详细分析了模拟控制和数字控制中采样过程、零阶保持、滞后一拍控制对系统稳定性和动态性能的影响。分析结果表明随着数字控制各环节的引入,系统产生了明显的控制延时,导致系统闭环特征方程的阶次升高,不仅减小了系统的临界稳定增益,而且还使系统的动态性能变差。为此采用预测控制来消除数字控制延时造成的影响。最后,将数字比例控制和预测控制应用到由DSP芯片控制的逆变器样机中,通过对比2种控制系统输出电压和电流的动、静态波形,验证了分析结果的正确性。     

弱电网条件下提升LCL型逆变器稳定性的控制策略

弱电网条件下,由于逆变器并网阻抗与电网阻抗之间不匹配程度增加,导致并网逆变器可能失稳.为提高逆变器的稳定性,提出一种可提高系统相角裕度的新型控制方式.根据逆变器的分层控制结构,分别在控制层的电流内环引入带有延时补偿的有限集模型预测控制,在电压外环引入逆模型前馈控制,通过这2种控制的引入降低了系统控制环路的阶数,提高逆变...     

BBMC逆变级分段延迟反馈控制参数稳定域

针对Buck-Boost矩阵变换器(BBMC)逆变级在脉冲输入电压作用下存在的分叉与混沌现象,提出采用分段延迟反馈控制法,研究确定了其控制参数的稳定域。建立了该逆变级的离散迭代数学模型,针对该逆变级在分段延迟反馈控制法下的控制特性进行了分析,研究确定了实现系统稳定运行时控制参数k_1、k_2间的函数关系并确定了其稳定域范围,最后对上述理论分析的正确性进行了仿真验证。结果表明:分段延迟反馈控制能有效抑制BBMC逆变级在脉冲输入电压作用下所产生的混沌现象,对于确保BBMC逆变级的稳定运行具有重要意义。     

基于QPCI控制的微电网并网逆变器控制技术研究

为了保证微电网中并网逆变器在基频附近也具有较好的动稳态特性,提出一种准比例复数积分（QPCI）控制策略。首先结合单相并网逆变器数学模型进行静稳态理论分析;其次采用延时法虚拟坐标系和全通滤波器实现基于QPCI控制的单相并网逆变器的直接电流控制;对2种控制方案进行对比,发现采用全通滤波器实现QPCI控制简单易行。最后通过仿真和实验进行有效性验证,结果表明QPCI控制的单相并网逆变器在基频附近具有良好的静稳态性能。