基于终端积分滑模的三相逆变器自适应下垂控制方法

针对并联逆变器传统下垂控制中电压电流双闭环方法的鲁棒性较差问题,提出了基于自适应鲁棒的终端积分滑模控制律的下垂控制策略。分析滑模控制的收敛速度、响应时间和抖振幅度三个指标,在终端滑模控制律中增加积分环节建立一类扩展滑模控制律。其次,针对系统参数扰动及直流源侧电压的不确定性,利用自适应鲁棒控制实现抑制扰动,将输出电压控制在参考电压的合适范围内,提高了系统的鲁棒性。最后,综合终端积分滑模控制律,根据LC型并联三相逆变器的下垂控制模型,实现逆变器输出电压的自适应鲁棒跟踪控制,有效实现孤岛模式下逆变电源并联干扰抑制。通过MATLAB/Simulink建立并联逆变器的仿真控制模型并进行电路实验,验证了本文控制器的可行性和有效性。

异构逆变器并联系统改进Gershgorin圆稳定性判据及其多维谐振特性分析

以新能源为主体的新型电力系统正逐步呈现出异构逆变器并联系统特征,即以跟网型与构网型两类逆变器共存的形式呈现。为了全面准确地分析异构逆变器并联系统的稳定性问题,充分计及逆变器间、逆变器与电网间的交互影响,该文建立多逆变器的交互导纳矩阵模型。同时,提出一种基于Gershgorin圆定理的多机稳定性判据,通过引入距离向量函数简化分析过程。然后,基于改进的稳定性判据提出一种参数灵敏度计算方法,并量化分析了系统关键作用因子对异构系统稳定性的影响程度。最后,通过时域仿真算例与实验,验证了理论分析的有效性和稳定性判据的有效性。

西北某荒漠大型光伏电站逆变器的选型研究

我国可再生能源装机已经历了规模化发展的阶段,正在迈向高质量、高标准、高要求的发展新阶段,需要在发电量以及发电质量上寻找除组件转换效率之外的新的突破点,而光伏系统中逆变器无疑起着关键作用。通过箱逆变一体机以及组串式逆变器各项技术参数与经济参数的对比分析发现,组串式逆变器在大型荒漠电站中的应用优势明显,对其他荒漠光伏逆变器选型有重要的参考意义。

基于电路等效的并网逆变器失稳分析与稳定控制

以并网逆变器为功率接口的新能源发电系统在弱电网条件下易发生振荡失稳问题。该文将并网逆变器的控制回路可视化为电路元件组成的虚拟阻抗,基于该电路模型分析了弱电网条件下电流内环与锁相环交互作用导致并网逆变器振荡失稳的机理,在此基础上,提出了基于有源阻尼的稳定控制设计方法,并对不同有源阻尼控制的电路特性以及稳定性提升能力进行了对比分析。研究结果表明,针对锁相环引入负电阻造成的振荡失稳问题,阻抗-高通滤波器型有源阻尼控制策略具有更优的稳定性提升能力。最后通过PSCAD/EMTDC仿真和远宽StarSim控制器硬件在环实验对比了不同有源阻尼控制策略的振荡抑制效果,并验证了阻抗-高通滤波器型有源阻尼控制的动态性能。结果表明,所设计的稳定控制能够在200 ms内有效抑制系统振荡,并且可实现在短路比为1的极弱电网条件下稳定运行。

跟网型和构网型逆变器的阻抗无源化方法综述

相比传统同步机主导的电力系统,由并网逆变器所主导的新能源并网发电系统动态特性发生了根本性变化。近年,国内外报道了多次新能源并网发电系统振荡事件,振荡现象具有宽频域特征,动态行为具有非线性、时变性和复杂性。并网逆变器的端口阻抗无源性是保证并网发电系统稳定的充分条件,适用于复杂电网下的稳定性优化。文中针对跟网型和构网型逆变器,分别从控制器优化设计、串并联虚拟阻抗和其他无源化方法这三个方面,对两类逆变器的中高频阻抗无源化改善方法进行了总结和梳理,最后探讨了当前研究的不足与现存的挑战。

弱电网下基于电网电压前馈的并网逆变器阻抗重塑控制策略

弱电网下,锁相环在基波以上频段引入的负阻特性,会降低系统输出阻抗的相位,严重影响系统稳定性。鉴于此,该文通过系统控制框图等效变换,推导得到可以消除锁相环负阻特性的电网电压前馈函数,进而提出一种基于电网电压前馈控制的并网逆变器阻抗重塑控制策略。同时,为了提高该策略的普适性,该文利用函数近似和多目标约束为电网电压前馈函数的优化提供两种设计方法,并从系统基波电流跟踪性能、并网功率因数等方面进行误差分析,从而证明其函数优化设计方法的可行性。理论分析表明,优化后的电网电压前馈控制策略,可以有效地对系统输出阻抗相位特性进行重塑,很大程度上拓宽了系统对电网阻抗的适应范围。最后,通过仿真与实验验证所提控制策略的有效性。

并网逆变器非线性特性建模及稳定性研究综述

并网逆变器作为连接新能源分布式发电和电网之间的关键接口,发挥着将电能高效、高质量馈入电网的重要作用。随着新能源渗透率的持续提高,并网点处电网存在诸如高电网阻抗、丰富的低频谐波、电压幅值/频率波动甚至故障等复杂状况。鉴于并网逆变器本质上是一个多输入、强耦合的非线性系统,沿用传统的线性建模与分析方法已难以解释工程中的复杂谐波振荡现象,并网逆变器的稳定性分析及其稳定运行受到巨大挑战。为此,该文首先具体阐述了线性与非线性和系统受扰大小之间的关系,指出大干扰稳定性分析更依赖于非线性建模及分析方法的应用。在此基础上,对已见诸报道的并网逆变器稳定性分析方法进行了归纳和对比。然后,详细阐述了稳定性分析方法在并网逆变器特定非线性环节中的应用。最后,总结并讨论了现有研究的不足,以期进一步促进“双高”背景下并网装置非线性建模和稳定性分析的研究。

高渗透率下基于并网逆变器阻抗重塑的锁相环设计方法

针对锁相环、电网阻抗与并网逆变器相互耦合所引发的系统稳定性下降问题。首先,建立考虑电网阻抗的锁相环控制结构模型,通过分析锁相环闭环传递函数可知,电网阻抗会使锁相环系统产生右半平面闭环极点,严重影响锁相环与逆变器系统的稳定性。其次,通过分析逆变器系统输出阻抗,说明锁相环所引入的负阻抗是逆变器系统稳定裕度下降的主要原因。鉴于此,该文提出一种新型锁相环设计方法,理论分析表明,所提方法既能够保证高渗透率下锁相环具有高鲁棒性,又能够对逆变器系统输出阻抗进行重塑,有效拓宽系统对电网阻抗的适应范围。最后,通过仿真与实验验证所提新型锁相环设计方法的有效性。

计及采样扰动抑制的电压源逆变器三矢量无模型预测电流控制方法

针对传统电压源逆变器无模型预测电流控制(model-free predictive current control,MFPCC)方法存在电流纹波大、电流梯度更新停滞以及预测性能易受采样扰动影响的问题。该文提出一种计及采样扰动的三矢量MFPCC方法。在一个控制周期应用3个基本矢量,并根据价值函数计算矢量作用时间,降低了输出电流纹波;其次,通过建立不同矢量作用下的电流梯度方程组,实现电流梯度数据的实时更新,消除了停滞现象;再次,分析采样扰动对MFPCC的影响,采用扩张状态观测器估计采样扰动以补偿预测电流控制,抑制其对输出电流的影响。最后,通过仿真和实验,对所提方法的有效性进行了验证。

基于模态分析的多逆变器系统串并联谐振特性分析

基于模态分析的多逆变器系统谐振分析方法能够获得系统准确的谐振定位,但在谐振类型辨识方面存在不足。该文提出一种基于模态分析方法和参与因子计算的多逆变器系统谐振辨识方法。考虑线路阻抗,建立计及电容电流有源阻尼的逆变器诺顿等效模型。当逆变器组合变化时,对比串、并联谐振模态分析结果的差异。通过对系统谐振类型的划分,获取不同类型谐振的特征信息。针对不同类型谐振选择特定的模态分析方法,借助参与因子表现实现谐振类型辨识。最后,搭建仿真电路模型和实验平台,通过仿真和实验验证所得结论的正确性。

适用于中点箝位型三电平逆变器的多目标调制策略

为同时实现中点箝位型三电平逆变器的中点电压平衡和共模电压降低,分别分析了基于载波脉宽调制(CBPWM)和基于虚拟空间矢量脉宽调制(VSVPWM)的中点电压平衡和共模电压降低方法。基于CBPWM提出一种可以降低共模电压的载波脉宽调制(RCMV_CBPWM)策略,可将大多数工作区域的共模电压限制在直流侧电压的1/6以内。为了实现上述2个目标,同时不过分增加开关损耗,在RCMV_CBPWM基础上提出了一种多目标调制(MOPWM)策略,在全调制度和全负载功率因数范围内,共模电压可限制在直流侧电压的1/6以内并实现中点电压平衡,且其开关损耗低于VSVPWM。比较了MOPWM、RCMV_CBPWM和VSVPWM在中点电压控制、共模电压降低和开关损耗降低方面的性能。实验结果验证了MOPWM的可行性和优越性。

光伏多功能并网逆变器不同出力状态下无功和谐波优化方法

利用光伏多功能并网逆变器所具有的电能质量治理、谐波谐振抑制的主动优势,结合逆变器在不同出力状态下光伏发电系统的输出特性,构建光伏多功能并网逆变器不同出力状态下的无功和谐波优化方法。在所提3层优化策略中,上层优化策略以光伏并网有功功率最大化为目标函数,中层优化策略以电压谐波总畸变率和电压偏差达到相应电能质量规定指标为目标函数,下层优化策略以电压谐波总畸变率和电压偏差最小为目标函数,并采用自适应蚁群算法进行求解。基于IEEE 33节点系统进行算例分析,结果表明:基于逆变器不同出力状态的优化方法可以有效改善电网的电能质量,较好地提升电网运行的经济性;在系统稳定运行的基础上,光伏多功能并网逆变器在不同出力状态下分阶段、分主次地治理谐波和调整电压偏差,治理效果更佳。

面向多运行模式的并网逆变器改进控制策略

为了改善新能源并网逆变器的性能并同时满足多运行模式(并网模式和孤岛模式)调节需求,设计了双重自适应系数,并基于下垂控制和虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制提出了新颖的改进控制策略。该控制策略可灵活地调节惯量和阻尼以满足不同运行模式的需求。设计的双重自适应系数包括自适应协调系数和自适应惯量系数,前者可提高系统动态特性并增强适用性,后者可进一步改善功率超调和振荡问题以完全消除功率超调。所提出的改进控制策略的功率响应无超调和振荡,能够提供接近于VSG控制的惯量和阻尼特性且具有更快的响应速度,可同时满足并网模式下的功率调节需求和孤岛模式下的频率调节需求,具有更大的适用性和更优异的动态特性。最后,通过硬件在环实验验证了所提出的改进控制策略的有效性和可行性。

改进滑模观测器的电流源逆变器驱动PMSM无位置传感器控制

由于电流源逆变器(CSI)的叠流效应以及前级DC-DC控制的母线电流脉动较大,使得扩展反电动势中含有大量谐波,造成较大的位置误差。针对此问题,该文提出一种改进滑模观测器的电流源逆变器驱动永磁同步电机无传感器控制方法。首先,基于传统滑模观测器,设计复系数滤波器代替传统低通滤波器,实现了对估计反电动势的准确提取,同时也抑制了估计反电动势中的高频抖动和高次谐波。其次,将二阶广义积分器内嵌于锁相环中,用于消除位置误差信号中的低次谐波,提高位置观测准确度。最后,将估算的速度信息反馈回复系数滤波器,实现复系数滤波器的自适应性。实验结果表明,所提方法在不同工况下,能够有效提高估算的转子位置精度,验证了方法的可行性与有效性。

单相单级式耦合电感型分裂源升压逆变器

面对全球资源日渐紧缺、环境问题日益严重、传统化石能源开发利用越发困难等新挑战,世界各国都在大力探索、发展新能源发电技术,以新能源为主体的新型电力系统是未来电力系统的发展方向。该文提出一种单相单级式耦合电感型分裂源升压逆变器及其调制策略,所提出的变换器具有如下特点:1)采用Δ型耦合电感,极大地提升变换器的输出电压增益,并具有高输出电压增益调节自由度。2)采用双Buck结构,有效抑制逆变桥臂直通电流,降低死区时间配置要求,提高变换器可靠性。3)高输出电压增益条件下具有高调制系数,从而有效提升输出电压波形质量。该文对该变换器的拓扑结构、工作原理、调制策略和输出特性等进行详细分析,通过仿真与实验验证变换器的可行性与有效性。

基于残差生成器的并联逆变器暂稳态补偿策略

针对孤岛微电网中所存在的因负载投切、不平衡负载等扰动造成的电能质量问题以及因线路阻抗不匹配造成的无功不均分问题,提出一种基于残差生成器的暂稳态性能补偿控制策略。基于逆变器并联系统中各逆变器的状态空间模型设计残差生成器,产生残差r(s),并通过低通和高通滤波器生成基波残差和非基波残差;然后,从扰动和线路压降对消的角度设计暂态补偿控制器Q_(1)(s)和稳态补偿控制器Q_(2)(s),并根据本地信息推导两个控制器的具体表达式,实现扰动抑制和逆变器并联系统的无功均分,抑制环流,并补偿线路压降;最后实验验证所提策略的有效性。

用于并网逆变器的频率自适应复合重复控制

针对电网频率波动时重复控制(repeat control,RC)难以准确跟踪谐波分量和周期性干扰的问题,提出一种频率自适应复合重复控制策略(frequency adaptive PRC,FAPRC)。采用基于幂级数的滤波器实现分数延时。电网频率发生波动时,只需要输入频率比值的小数部分就能在基频和各次谐波频率处产生高增益,对实际电网频率进行准确跟踪,从而增强了系统在频率波动时的无静差跟踪能力和谐波抑制能力,实现频率自适应。在电网频率变化情况下对该控制策略进行仿真分析,与复合重复控制策略相比,所提策略更具优越性。

基于新型VLMZVM的ANPC型三电平并网逆变器环流抑制方法

为解决广泛应用在大功率分布式发电系统中的多机有源中点钳位(ANPC)型三电平并网逆变器间的低频零序环流问题,提出一种基于虚拟大矢量的新型十三矢量调制(VLMZVM)策略。通过建立多机ANPC型三电平并网逆变器零序环流模型,分析零序环流产生机理和影响因素,通过检测零序环流状态,实时选择虚拟大矢量或实际大矢量合成方法来抑制零序环流,并提出区分奇偶扇区的矢量分配方法快速选择合成矢量。实验结果验证了新型VLMZVM策略能在电流突变、参数不一致、全功率因数范围都具有很好的环流抑制效果。

永磁电机系统中冗余结构逆变器的可靠性分析对比研究

基于马尔可夫模型和可靠性框图模型,对永磁电机系统中并联冗余和备用冗余两种结构的逆变器在零件层面和系统层面进行可靠性分析,得到这两种结构逆变器的可靠性函数和平均无故障时间函数。首先,通过对比来确定判断何种冗余结构具有更高可靠性的边界条件函数。其次,分析边界条件函数随各参数的变化情况以及对冗余结构可靠性的影响,包括环境温度、电流、热阻抗和容错处理机制的成功率。然后,建立N相冗余逆变器的可靠性函数,并给出高可靠冗余结构中并联支路数和备用支路数量的确定方法。最后,以三相永磁电机逆变器为例,通过仿真和实验验证边界条件函数的准确性。

面向构网逆变器的虚拟振荡器控制技术:统一设计框架与关键问题探讨

虚拟振荡器控制是近年来新兴的逆变器构网型控制方式,相较于下垂控制、虚拟同步发电机控制等现有构网型控制而言,其在动态响应速度与大扰动稳定性等方面具有优势。首先基于已有研究介绍了虚拟振荡器控制的基本原理及现有类型,接着针对虚拟振荡器设计目前缺乏普适性的问题提出了虚拟振荡器控制的统一设计框架及详细设计步骤,并以自行设计的两类虚拟振荡器为例,通过时域仿真验证了所提设计框架的可行性;最后从功率调度能力、抗扰动稳定运行能力以及实际应用能力3方面针对目前限制虚拟振荡器控制技术发展的关键问题进行了梳理与探讨,并给出了解决思路与未来的研究方向。