中点箝位式三电平光伏并网逆变器的三单相Quasi-PR控制策略

准比例谐振(quasi-proportion resonant,Quasi-PR)控制器可克服传统比例谐振(proportion resonant,PR)控制器带宽窄、抗频率偏移能力差的缺点,基于此提出了基于三单相Quasi-PR控制的中点箝位式(neutral point clamped,NPC)三电平光伏并网逆变器控制策略。Quasi-PR控制器继承了传统PR控制器的优点,避免了矢量控制策略中复杂的坐标变换、解耦控制和前馈补偿等,简化了控制算法。同时当电网频率发生偏移时,Quasi-PR控制器仍能实现对交流电流的无静差跟踪。此外,为减少电网不平衡时产生的较大谐波电流含量,设计了基于Quasi-PR控制的分次谐波补偿器。仿真结果表明了所提控制策略的有效性。

功率前馈的准Z源光伏并网逆变器Quasi-PR控制

为了加快准Z源光伏并网逆变器的动态响应,避免电网电压矢量定向控制策略需解耦控制和多次坐标变换的不足,同时提高并网电流控制器对电网频率偏移的适应范围,将功率前馈及准比例谐振控制引入准Z源光伏并网系统中。在两相静止坐标下,将功率前馈、准比例谐振控制与直通分段空间矢量脉宽调制(SVPWM)相结合,设计了并网系统的完整控制策略。在Matlab/Simulink中搭建了系统仿真模型,并与传统控制进行对比分析。仿真结果表明:当外界环境发生变化时,采用功率前馈的准比例谐振控制策略能使系统较快地过渡到另一个稳态,且可实现对给定值的无静差跟踪控制,抗电网频率偏移能力强。

LCL滤波单相光伏并网逆变器Quasi-PR控制策略

针对采用传统PI控制器的LCL滤波单相光伏并网逆变器在跟踪并网交流信号时存在静差的问题,在并网电流Quasi-PR单闭环控制的基础上,增加1个电容电流内环,从而构成双闭环控制结构,以提高系统抗扰能力,抑制振荡;通过Quasi-PR实现外环并网电流无静差控制.在系统建模和分析的基础上设计参数,利用MATLAB软件进行仿真分析,通过搭建的试验系统加以验证.结果表明:在此控制策略下,获得的并网电流畸变率小,实现了并网电流的无静差跟踪,系统输出波形满足入网要求.

采用可控负荷灵敏度的DFIG并网电力系统低频振荡模式抑制

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)并网加剧了低频振荡(low-frequency oscillations,LFO)。电力市场和智能用电设备,使得负荷可参与阻尼控制。此时危险模式阻尼比受负荷影响,增加特征灵敏度解析表达难度。现有恒阻抗模型,不能反映综合负荷对小扰动稳定影响;异步电机模型精确,但参数辨识难度大,很难用于小扰动稳定分析。该文为避免潮流计算和稳定分析中负荷模型差异,采用ZIP负荷模型修正系统状态方程。以潮流解对负荷灵敏度为中间变量,提出危险模式阻尼比对负荷灵敏度的解析表达。引入准比例谐振控制(quasi-proportional resonance,qPR)调节负荷,相应修正阻尼比灵敏度,以改善阻尼控制的鲁棒性。仿真结果验证了所提算法的控制效果。

带自适应谐波补偿功能的光伏并网控制策略

为了使含有源电力滤波器(active power filter,APF)功能的光伏并网逆变器在指令电流超过逆变器的限值时具有良好的谐波补偿效果,分析了传统比例式限流和指令电流跟踪方法的不足,提出了一种自适应谐波选取限流与准比例谐振(proportional resonant,PR)电流协调控制相结合的并网控制策略。自适应谐波选取限流策略可以在逆变器容量超限时针对性地选取危害大、含量高的谐波分量进行补偿,提高限流措施的有效性;准PR电流协调控制策略可以对指令电流中的各谐波分量进行单独控制,进一步提高谐波补偿的精确性。仿真结果表明,所提控制策略可以提高不同并网场景下的谐波补偿效果,验证了其可行性和有效性。

虚拟阻容下的LCL型并网逆变器谐振抑制策略

针对LCL滤波器自身谐振以及多逆变器并联谐振引发逆变器输出电压不稳、破坏电能质量等突出问题,建立了三相滤波等效电路模型,分析了谐振产生机理,重点设计了基于虚拟电容、虚拟电阻的优化组合谐振抑制策略。主要考虑虚拟电容可强化高频滤波能力,简化控制算法;虚拟电阻的设计旨在增大系统阻尼,增强逆变器并网谐振抑制效果。此外,引进电感电压前馈控制可降低LCL型逆变器系统阶次,优化对谐振的抑制效果,有利于提高系统稳定性和鲁棒性。最后,搭建了仿真模型和实验平台验证控制策略的可行性,并网电流波动性明显减弱,THD小于5%可平稳入网,说明了策略的有效性。

基于H-MMC的闭环预充电控制策略研究

六边形模块化多电平变流器(hexagonal modular multilevel converter,H-MMC)作为一种直接AC/AC变流器,在中压大功率电机驱动领域具有广阔的应用前景。然而,由于H-MMC子模块众多,如何将子模块电容充电至其额定值成为亟待解决的关键问题。通过对H-MMC拓扑结构特点和充电回路进行研究,提出了一种闭环预充电控制策略。根据设定的充电功率计算电网电流参考值,基于H-MMC数学模型推导出桥臂电流参考值。采用准PR控制对桥臂电流进行跟踪以实现H-MMC的恒流充电。均压控制保证子模块电容电压的一致性。基于Matlab/Simulink搭建的预充电对比仿真结果表明所提策略具有充电时间可控、无冲击电流、一致性好的特点。最后,通过H-MMC小型样机验证了所提闭环预充电控制策略的可行性。

基于SOGI的MMC环流抑制策略研究

MMC(Modular Multilevel Converter)具有高度对称的子模块级联结构,输出波形质量好,被广泛应用于高压直流输电等场合。MMC环流的存在会加剧桥臂损耗,使桥臂电流发生畸变,产生高次谐波分量,严重破坏电能质量。针对该问题,文中采用基于SOGI和直流积分器相互配合的多谐波滤波器提取环流的交流成分的方法,通过3个准PR(Proportional Resonant)控制器并联组成的新环流抑制器对环流进行抑制。在MATLAB/Simulink中搭建了11电平的MMC逆变仿真模型进行仿真实验,结果表明文中所提控制策略能够有效地完成对系统的控制。与传统环流抑制方法对比,文中所提方法的环流抑制效果更加明显,电容电压波动范围降低大约60%,证明了文中所提控制环流控制策略的正确性和有效性。

含LCL滤波的全桥变流器参数设计与改进控制策略

分布式电源通过电力电子装置并网引发的谐波问题日益凸显,采用滤波环节去除电网侧高次谐波成为重要解决方案。其中,LCL滤波是一种有效的滤波结构,但其高阶特征使系统控制策略更加复杂。为提高LCL滤波器接入后并网变流器的谐波抑制能力和运行稳定性,推导了LCL滤波全桥变流器运行控制数学模型,提出了LCL滤波结构设计和参数计算方法,设计了基于准比例谐振控制和比例积分控制的电压-电流双闭环控制策略,提出了基于带通滤波器和信号限幅环节的控制策略改进方案。算例测试表明,本文方法能够基于LCL滤波器实现精准的谐波抑制,同时避免高阶滤波器谐振问题,改善了LCL滤波并网变流器在复杂运行环境下的谐波抑制能力和控制稳定性。

抑制输入电流纹波的单相三桥臂准Z源逆变器仿真平台设计

单相逆变器相关内容是“电力电子技术”课程教学中的重要组成部分。在实际应用中单相逆变器广泛应用于新能源装置,然而其固有的2ω纹波功率会影响光伏系统的最大功率点波动,导致系统效率下降。为了帮助学生深入理解单相逆变器直流侧二次纹波的产生原因和抑制方法,对一种用于新能源装置的三桥臂准Z源逆变器的结构及其控制策略进行分析,详细介绍了其在输入电流纹波抑制方面的工作原理以及系统各部分的控制方法,得到输入电流谐波含量与附加桥臂注入电压之间的关系。同时,在PSIM仿真软件中搭建了全载功率300 W、电压144 V/110 V DC/AC、频率50 Hz单相三桥臂Z源逆变器的仿真平台,得到了系统的稳态和动态波形。通过搭建该仿真平台,学生可深入理解二次纹波抑制方法,并增强电力电子技术实践能力。

有源电力滤波器基于准比例谐振的电流协调控制策略研究

利用有源电力滤波器实现对电能质量的综合控制是配电网智能化的关键,但现有文献均未考虑补偿时各频率分量电流的协调控制,且控制系统对频率的波动敏感,参数整定困难,补偿效果较差。该文通过等效电路变换,建立了三相四线制三电平三桥臂有源电力滤波器在实现正序无功电流、负序电流、谐波电流和中线电流补偿时的等效电压源电路模型;基于瞬时功率理论求得三相指令电流的参考值,无需基波电流正负序分量的分离和无功及各次谐波电流的提取,简化了控制结构设计;在静止坐标系下基于准比例谐振控制实现了对指令电流各频率分量的协调控制,利用数字锁相环实现了单位工频周期的定点数采样,保证了控制系统对频率波动的自适应性;给出了控制器在现场可编程门阵列上的离散化实现方法。仿真及0.4kV/50A模块化有源电力滤波器的实验研究表明,该文所建立简化模型准确,所提控制策略的稳态特性好,动态响应快,对频率波动和负荷突变的适应性好,控制算法实现简单可靠。

抑制负序和谐波电流的永磁直驱风电系统并网控制策略

在详细分析永磁直驱风力发电系统并网电流负序分量及谐波分量产生机理的基础上,从改善永磁直驱风电系统输出电能质量的角度出发,提出了一种采用准比例谐振(quasi-proportional-resonant,quasi-PR)控制器抑制并网负序电流分量及谐波电流分量的控制策略。该控制策略不仅可有效抑制由电网电压不平衡引起的并网电流负序分量,而且能抑制由电网电压或发电系统引入的低次谐波电流分量。仿真验证了上述控制策略的正确性和可行性。

一种无延时的单相光伏并网功率控制方法

针对分布于电网末梢的单相光伏并网发电系统,提出一种无延时的兼具无功补偿功能的并网功率控制方法,使系统在向电网和本地负载快速提供有功电能的同时,也能提供负载所需的无功电能。该方法由无功电流检测、电压电流双环控制、功率前馈及电网电压前馈构成。提出的无延时单相无功电流检测方法,解决了传统单相无功电流检测存在较大延时的不足;电压外环采用比例积分(proportion integration,PI)控制实现逆变器直流侧稳压;电流内环采用准谐振PR控制实现并网电流的零稳态误差控制,并降低电网频率偏移对电流的影响;引入功率前馈加快系统响应;引入电网电压前馈降低电压畸变或扰动造成的电流畸变。给出了并网功率控制系统的设计,分析了准谐振PR控制中不同控制参数对系统性能的影响,并选取了合适的设计参数。仿真与实验结果验证了所提方法的有效性。

基于多谐振控制器和电容电流反馈有源阻尼的PWM变换器电流环参数解耦设计

基于电容电流反馈有源阻尼的LCL型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)变换器并网电流控制中,通常采用多谐振比例谐振(proportional resonant,PR)控制器来实现静止坐标系下正弦电流给定的无静差跟踪和抑制电网电压特定次谐波影响。针对电流环控制器复杂、参数多、设计难的问题,采用频率域理论分析电容电流反馈系数和准PR控制器各参数对电流环性能的影响。在此基础上,提出一种电流环控制器参数解耦简化解析设计方法,根据稳定性、稳态误差和相位裕度要求,分别设计电容电流反馈系数及PR控制器相对谐振增益系数和比例系数。该设计方法简化了控制器参数之间的耦合关系,且多采用解析计算,不需要反复试凑。实验结果验证了所提出的参数解耦解析设计方法是可行和有效的。

光储式充电站基于SOC的改进型准PR下垂控制研究

针对光储式电动汽车充电站以DG形式接入微电网的情况,提出了一种基于SOC的改进型功率耦合下垂控制,在系统孤岛运行时,能根据充电站储能系统SOC的变化,改善充电站与其他DG之间的功率分配;在微电网并网/孤岛双模式切换时,结合相应的并网输出功率的改变和预同步控制,来实现双模式切换的平滑过渡。在逆变器的双环控制中,电压外环采用准PR控制,电流内环采用比例P控制,实现对参考信号的快速跟踪和无差控制。最后,基于MATLAB/Simulink针对不同工况对控制策略进行了对比研究,仿真结果表明,所提出的改进型下垂控制能实现充电站向电网方向放电的灵活有效控制。

基于改进拓扑的MMC-HVDC控制策略仿真

基于模块化多电平换流器高压直流输电技术已得到了广泛应用和研究。当直流侧线路发生短路故障时,传统模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)半桥子模块拓扑不具备闭锁直流故障电流能力,只能靠触发交流断路器来进行故障隔离,从而降低了系统故障穿越能力。而在交流侧电网故障时,基于同步旋转坐标的矢量控制为抑制负序电流,需要将电流进行序分量分解和单独控制,从而对其控制性能带来一定影响。为实现直流故障电流抑制,先对MMC半桥子模块拓扑进行改进,设计具有直流侧故障电流阻断能力的双子模块串联拓扑;其次为避免电网电压不平衡下电流序分量分解,利用准比例谐振控制器作为电流内环控制,并设计相应限流环节;此外电容电压均衡作为MMC中不可或缺的控制,通过定义电容电压差异度量化指标,对排序频率实现动态调整,避免不必要的开关状态转换,降低开关频率;最后以改进子模块拓扑为例,在PSCAD/EMTDC仿真环境中,搭建仿真模型,对负序电流抑制策略和直流侧两极短路故障电流抑制功能分别进行了仿真验证。

LLCL滤波的单相光伏并网逆变器控制技术研究

采用新型LLCL滤波器对单相光伏并网逆变器进行滤波,LLCL滤波器通过在传统LCL滤波器的电容支路中串联一个小电感达到在开关频率处产生串联谐振,相比LCL滤波器能够更大程度地对串联谐振频率处的电流谐波进行衰减,可进一步减小总电感值。分析表明LCL滤波器双电流环控制同样适用于LLCL滤波器,并网电流外环采用带谐波补偿的准比例谐振(PR)控制器能够有效跟踪并网电流指令的同时可对特定次谐波进行补偿,但谐振控制器在谐振频率处存在180°相角跳变,随着谐波补偿的次数增加易导致系统不稳定。在准PR控制器之后增加一个超前校正环节,对谐振频率处进行相位补偿的同时能够提高系统的相位裕量,增强系统稳定性。此外,引入电网电压前馈控制增强系统对电网电压的抗干扰能力。仿真结果表明系统具有较好的稳态性能和抗干扰性能。

Z源三电平并网逆变器的准PR控制系统

Z源三电平逆变器将具有独特性能的Z源拓扑和高性能的三电平逆变器相结合,能够充分发挥两者的优势。由于Z源三电平逆变器的拓扑结构相比两电平逆变器更加复杂,为了避免并网控制策略中复杂的坐标变换和解耦过程,进而提高系统效率,将准PR控制引入Z源三电平并网逆变器中。在理论分析的基础上,将准PR控制和SVPWM调制算法相结合,设计出了系统完整的控制策略,实现了Z源三电平逆变器在两相静止αβ坐标系下对电网交流信号的无静差跟踪,简化了传统的系统控制结构,提高了系统的性能。最后在Matlab/Simulink仿真软件中建立了Z源三电平并网逆变器的的仿真模型。仿真结果表明,相比于传统的两电平逆变器,该三电平逆变器输出的电压更接近正弦波,谐波畸变率更低,系统的鲁棒性更强。

LCL型并网逆变器电流控制器设计

在LCL型并网逆变器的应用中,电流控制器的结构和参数对系统稳定性和输出电流质量非常重要。采用电容电流内环,进网电流外环的双闭环控制策略,提出了一种基于准比例谐振调节器和比例调节器的新型电流控制器设计方法。与传统单位电容电流反馈不同,将比例调节器用于反馈通道,实现两个调节器间的解耦控制,简化调节过程。根据逆变系统实际特性,在正向通道中引入惯性环节。控制器参数由系统闭环传递函数根轨迹方法进行设计,以凸显单个参数对系统的影响,使设计过程在无任何假设和简化的情况下直观明了。额定功率为50kW并网逆变器的仿真结果验证了所提控制策略和电流控制器设计方法的合理性和可行性。

光伏并网逆变器模糊准PR控制仿真研究

针对光伏并网逆变器系统的非线性特性,在固定参数PR控制方法的基础上,提出了一种模糊准PR控制方法。首先介绍单相光伏并网逆变器的结构,并分析准PR控制的实现算法、离散化和谐波滤除,然后把模糊控制和准PR控制结合应用于并网逆变器同步控制。最后利用Matlab/simulink平台进行仿真实验,结果表明:与准PR方法相比,所提出的控制方法可使电网电流同步误差更小,适应性和抗干扰性更强,因而具有较好的应用价值。