基于前馈功率解耦控制的光伏电站系统稳定性研究

在构建以新能源为主体的新型电力系统及能源结构绿色低碳转型的背景下,光伏发电依托大量电力电子器件并网,新能源逐渐取代常规同步机组,对电网稳定运行提出新的挑战。光伏并网逆变器呈现出与电网非线性耦合、动态交互等特性,为电网带来新的扰动因素及安全稳定问题;基于光伏并网逆变器功率双环解耦控制的特点,通过附加额外控制可以提高并网系统的抗扰动能力。推导出了与同步机并列运行的光伏电站附加控制提供正阻尼转矩的机理,设计了基于前馈功率解耦控制(FPD)的并网逆变器阻尼控制策略,通过阻尼转矩系数法推理整定控制器参数来平抑系统的功率振荡。以某实际运行的光伏电站为例,依托Digsilent平台完成光伏电站并入某4机2区域电网建模,仿真验证了所提方法的准确性。

功率前馈电压型PWM整流器直接功率解耦控制

针对有功功率和无功功率互为耦合问题,根据整流器在同步旋转dq坐标系中的数学模型推出功率控制数学模型,提出了电压型PWM整流器直接功率前馈解耦控制新策略,获得有功功率和无功功率独立控制效果。依据新的输入电压空间划分及合成空间矢量,确定了新的功率控制开关表。根据电源电压空间矢量位置和功率控制所需整流器输入电压空间矢量位置,在新的功率控制开关表选择开关函数,给出了系统的功率控制器和电压控制器的设计方法。计算机仿真结果表明,该策略具有可行性。

基于虚拟信号构造的单相整流器功率前馈控制

以单相三电平PWM整流器为研究对象,以提高其稳态精度,减少谐波含量,实现有功和无功功率解耦控制为研究目的。首先,以单相三电平PWM整流器数学模型以及瞬时功率理论为出发点,提出一种基于虚拟信号构造和网压幅值计算的瞬时功率求取方法。在此基础上,采用功率前馈解耦控制策略,实现了整流器交流侧电压控制量的解耦,减轻了动态PI控制器的调节负担,提高了整流器动态响应速度。然后,结合一种具有中点电位平衡功能的调制算法,构建了完整的单相三电平PWM整流器直接功率控制系统。最后,通过Matlab/Simulink仿真对比分析验证了该算法的可行性和有效性。

基于自抗扰的单相PWM整流器直接功率控制

为改善单相两电平PWM整流器的动态性能,本文在传统外环采用PI控制,内环采用功率前馈解耦直接功率控制的双闭环控制方法基础上,提出一种改进控制策略,即引入基于线性自抗扰(LADRC)的电压外环,以减小直流侧电压的超调量,提高系统的响应速度,并增强其抗负载扰动能力。进一步在功率前馈解耦控制的基础上,引入二阶广义积分(SOGI)构建虚拟正交分量,以提高网侧电流对电压的追踪能力,提升系统的动态性能。最后,通过MATLAB/Simulink建立系统仿真模型并进行仿真,对所提出改进控制策略的可行性和有效性进行了验证。

单相三电平脉冲整流器无锁相环直接功率控制

以单相三电平脉冲整流器为研究对象,以取消网侧电压锁相环,实现有功和无功功率解耦控制为目的,首先,建立单相三电平脉冲整流器数学模型。其次,根据有功和无功功率定义,提出一种单相无锁相环(phase-locked loop,PLL)瞬时功率计算方法,并给出详细证明过程,在此基础上,提出一种频率补偿算法,以实现无锁相环非同步旋转坐标系坐标变换。然后,分析了基于功率前馈解耦的PI控制与内嵌中点电位平衡的单相三电平空间矢量调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)相结合的单相三电平脉冲整流器控制策略。最后,对所提出的无锁相环直接功率控制与SVPWM算法进行了计算机仿真和半实物实验验证,仿真和实验结果都验证了该算法的正确性和有效性。

基于电压外环和功率内环的电压型PWM整流器的设计

描述了三相电压型PWM整流器在d-q两相同步旋转坐标系下的直接功率控制的数学模型,采用功率前馈解耦控制,解决了有功功率和无功功率耦合的问题。提出了基于直流电压外环、功率内环的双闭环PWM整流器控制策略,提高了整流器直流电压跟踪能力。给出了系统控制器的设计方法。通过MATLAB仿真证明了该控制策略的可行性。

采用功率内环和电压平方外环的电压型PWM整流器

根据电压型PWM整流器在同步旋转dq坐标系中建立的整流器功率控制数学模型,基于功率前馈解耦,解决了有功功率和无功功率互为耦合问题.为克服整流器电流控制策略、直接功率控制策略及非线性控制策略的不足,提出了采用功率内环、直流电压平方外环电压型PWM整流器的新控制策略.由于采用直流电压平方外环,提高了整流器直流电压跟踪和功率跟踪能力,使系统具有响应快、稳定性好、抗负载扰动能力强及结构简单的优点.给出了系统控制器的设计方法.通过正常负载及负载扰动情况下的计算机仿真,证明了新控制策略的可行性.