单电压环构网型并网逆变器暂态稳定性分析

随着电力电子化电力系统的快速发展,构网型并网逆变器作为新型电源得到了广泛关注,其中单电压环构网型并网逆变器因具有更强的小信号稳定性而在新能源并网中具有独特优势。同时,构网型并网逆变器在大扰动下呈现与同步电机不同的暂态响应,容易产生暂态失稳。针对这一问题,以单电压环构网型并网逆变器大扰动模型为基础,采用相平面图的方法分析了大扰动下功率控制环、电压控制环对逆变器的暂态作用,给出了关键控制器参数对暂态稳定性的影响,刻画了功角的暂态响应特性。同时,揭示了有功控制环、无功控制环和单电压环在暂态期间会改变功角超调量、逆变器输出电压幅值和变化率,进而影响并网逆变器的暂态稳定性。基于上述分析,给出了减小有功和无功下垂系数,增大电压积分系数和低通滤波器截止角频率的控制参数优化方法,可增强单电压环构网型并网逆变器暂态稳定性。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了分析的准确性与可行性。

附加虚拟阻抗的LCL型并网逆变器电流扰动观测控制方法

针对LCL型并网逆变器输出电流质量容易受电网电压背景谐波及在弱电网条件下电网阻抗的影响,提出一种附加虚拟阻抗的LCL型并网逆变器电流扰动观测控制方法。首先,在常规双闭环控制的基础上引入扰动观测器,将电网电压背景谐波视为系统外部扰动,利用扰动观测器实时估算出扰动量并前馈补偿动态消除扰动对系统的影响;其次通过阻抗分析法来分析弱电网系统中电网阻抗引起稳定性下降的问题,在电流扰动观测控制方法的基础上再加入虚拟阻抗进行优化设计,使得并网阻抗在阻抗交截频率较大范围内变化时的相角裕度仍然大于系统所约束的稳定裕度。仿真对比结果表明,所提方法在保持良好的电流质量的同时提高了系统对电网阻抗的鲁棒性。

构网型并网逆变器状态空间建模及稳定性分析

随着“双碳”目标的提出与逐步实施,作为新能源发电单元接入电力网络的重要接口元件的并网逆变器稳定性问题凸显。目前,电网大部分采用跟网型并网逆变器,然而弱电网中跟网型并网逆变器与锁相环、电网间存在耦合,严重影响系统稳定性。构网型并网逆变器在弱电网中较跟网型并网逆变器表现出更强的适应性,但现阶段构网型并网逆变器状态空间模型的相关论述较少,基于状态空间模型的构网型并网逆变器稳定性分析也不够深入。针对这一空缺,首先详细呈现构网型并网逆变器状态空间建模的相关细节,包括功率控制环、电压控制环、时滞环节和LCL滤波环节;然后,复现构网型并网逆变器失稳现象,并基于所提模型开展参与因子分析,验证模型有效性;其次,基于模型对构网型并网逆变器主要环节参数变化引起的失稳问题进行分析;最后,在Matlab/Simulink中搭建改进的IEEE 4节点三相平衡电网系统进行仿真,进一步验证模型有效性和实用性。

弱电网下LCL型并网逆变器高鲁棒性并网电流反馈有源阻尼策略

并网电流反馈有源阻尼(grid-current-feedback-active-damping,GCFAD)策略可以在不增加额外传感器的前提下,有效抑制LCL型并网逆变器的谐振尖峰。在电网电压畸变的工况下,GCFAD策略往往与电网电压前馈策略同时使用以改善并网电流质量。然而,通过研究发现,传统GCFAD策略等效虚拟阻抗在中低频段的正阻特性会导致并网逆变器输出阻抗在中频段产生一定的相位滞后,从而降低了系统在电网电压畸变且附加电网电压前馈策略的情况下,对电网阻抗变化的鲁棒性。为了解决这一问题,提出了一种高鲁棒性并网电流反馈有源阻尼(high robustness grid-current-feedback-active-damping,HR-GCFAD)策略,使虚拟阻抗在高频处呈现正阻特性以抑制LCL谐振尖峰,增强了系统的稳定性;在中低频段呈现负阻特性以提高系统中频段输出阻抗相位,进而提高了系统在附加电网电压前馈策略时对电网阻抗变化的鲁棒性。理论分析和实验结果充分验证了所提策略的有效性。

基于滑模观测器的三电平风力发电并网逆变器无差拍优化模型预测控制

针对中点钳位型(NPC)三电平并网逆变器系统,提出了一种基于滑模观测器的无差拍可优化有限控制集模型预测控制策略。为了降低电网电流谐波量及有功和无功功率的独立控制,采用了基于幂次函数的滑模观测器,实现对电网电压和耦合项进行实时性观测;以滑模观测器为基础,结合空间电压矢量位置信息,提出了基于电流无差拍的优化有限控制集模型预测控制,减少了控制计算量;通过基于中点不平衡电压补偿的性能代价目标函数,提高了控制系统的性能。仿真结果表明了该控制策略的可靠性和有效性。

基于H_(∞)滤波器的LCL型并网逆变器有源阻尼方法

LCL型滤波器具有优越的高频谐波抑制性能,但会造成谐振和稳定性问题。对于LCL型并网逆变器,传统的电容电流反馈型有源阻尼方法能有效抑制谐振尖峰,但是需要额外的电流传感器。为此,提出一种基于H_(∞)滤波器的新型有源阻尼控制策略。根据LCL型滤波器状态空间模型及过程噪声模型完成H_(∞)滤波器的求解,可利用入网电流和公共耦合点电压信息估计滤波电容电流并完成反馈,增大系统阻尼,即使LCL型滤波器参数发生摄动也仍能保持估计值的精确度。仿真和实验结果表明,该方法对LCL滤波器参数变化和电网阻抗变化不敏感,验证了该方法的可行性和优势。

太阳能船舶光伏系统构网型逆变器并网控制策略

[目的]旨在解决现有太阳能船舶光伏发电系统采用跟网型控制策略并网,而导致的船舶电力系统整体稳定性下降问题。[方法]结合船舶电力系统特点和运行特性,以跟网型恒功率控制和构网型下垂控制为研究基础,另外选取构网型虚拟同步发电机控制和构网型虚拟振荡器控制,共4种逆变器控制方法,分别构建太阳能船舶电力系统光伏并网控制策略。最后通过Matlab/Simulink建立太阳能船舶电力系统仿真模型,验证构网型控制理念和思路的有效性。[结果]研究结果表明,与跟网型控制相比,在负荷投切工况下,采用构网型控制策略可使频率波动极值平均减小26.86%、电压调节时间平均减小37.85%。在光伏输出功率切换工况下,频率波动极值平均减小39.95%。[结论]采用构网型控制策略能有效抑制光伏系统并网后所导致的船舶电力系统稳定性下降的问题。能够使光伏系统在完成供能的同时,主动维持船舶电力系统电力参数稳定,显著提高船舶电力系统稳定性。

计及背景谐波的LCL型并网逆变器谐振抑制策略

电网在运行时电压不可避免地含有一些附加的背景谐波成分,背景谐波的存在会使当电力电子装置与电网并网运行时,可能引起并网电流的波形畸变,同时会对电网的安全性、稳定性以及运行效率带来不良影响。针对此问题,先构建三相LCL型并网逆变器系统的阻抗数学模型,并深入探究电网电压波动对并网电流的具体影响机理;然后设计了一种电网电压全前馈抑制方法,用以减轻电网中背景谐波电压对并网电流造成的不利影响;最后进行了仿真验证,在加入策略后并网电流谐波含量从7.03%降到了1.46%。表明采用的电网电压全前馈抑制方法可有效地减小逆变器因电网背景谐波而产生的输出电流的影响,可有效抑制并网系统可能出现的谐振问题。

基于DBN-ELM的构网型并网逆变器控制参数自适应调整方法

“双高”电力系统中电网阻抗呈现宽范围时变特性,构网型并网逆变器控制参数缺乏自适应调整能力,存在失稳风险。对此,提出一种基于深度置信网络-极限学习机的构网型并网逆变器控制参数自适应调整方法。建立闭环极点映射模型,利用深层架构对控制参数与关键极点之间的映射关系进行训练;通过训练好的闭环极点映射模型预测得到相应的关键极点,识别出关键极点最接近参考极点时构网型并网逆变器的控制参数;通过自适应调整控制参数,确保系统在电网阻抗变化时跟踪参考极点,实现自适应稳定控制。理论分析和仿真结果均表明,所提方法能够实现控制参数的自适应调整,有效提高构网型并网逆变器对电网阻抗变化的适应性。

基于自适应滑模观测器的中点钳位型三电平并网逆变器开关管和电流传感器故障诊断

为提高中点钳位型三电平(3L-NPC)并网逆变器故障诊断的准确性和可靠性,针对其开关管开路故障和电流传感器故障,提出一种基于自适应滑模观测器的开关管开路故障和电流传感器故障同时诊断方法。该方法首先针对3L-NPC并网逆变器,设计一种收敛速度快且能显著抑制抖振的自适应滑模观测器来精确估计正常状态下的三相电流值;其次,利用实际电流和估计电流设计了故障检测变量;同时,利用实际三相电流之和以及估计三相电流之和来区分开关管故障和电流传感器故障;在此基础上,构造开关管故障定位变量和电流传感器故障识别变量,实现开关管开路故障的准确定位以及电流传感器故障类型的快速识别。实验结果验证了该文所提诊断算法的有效性和鲁棒性。

基于小型风力系统的单相电压型逆变器控制研究

提出了一种基于小型风力发电系统的单相电压型并网逆变器d-q控制算法。该方法将常应用于三相逆变器中的d-q算法应用于单相电压型并网逆变器。一般来说,应用d-q算法至少需要独立的两相。该文依据正交虚拟电路的概念建立逆变器的第二相,获得独立且正交的两相。理论上,逆变器的输出电压可以达到无穷大的开环增益,从而消除了逆变器在输出电流基波频率时的稳态误差。该文在Matlab-Smulink中对该系统的控制器进行了设计,并取得了较好的稳态及动态性能。

基于状态重构准谐振扩张状态观测器的LCL型并网逆变器电流控制策略研究

LCL型并网逆变器是分布式发电与电网实现能量双向流动的重要装置,其电流控制方法通常需要多个电压电流传感器实现有源阻尼及并网电流控制,而这会增加系统成本。提出一种基于状态重构准谐振扩张状态观测器的全状态观测系统,只需一个逆变器侧电感电流传感器即可实现对所需状态变量的实时观测。通过在扩张状态观测器中每个状态变量的观测通道添加准谐振环节,解决传统扩张状态观测器跟踪正弦信号需要高观测器增益问题。同时,针对在dq轴坐标系下的并网电流控制存在强耦合问题,设计了将耦合项作为总扰动当中一部分的自抗扰电流控制器,简化了传统电流控制当中复杂的解耦过程。软件数值仿真结果表明,该控制策略表现出良好的观测效果及电流跟踪效果。

单极性调制并网逆变器分析与设计

面对愈加严峻的能源短缺和环境保护方面的压力,世界各国不断提高清洁能源供应占比,分布式发电技术逐步成为热点研究领域。逆变器作为电能变换的装置,是发电并网系统的关键环节,其可靠、高效能运行是当前重要的研究领域。该文以非隔离型单相并网系统为研究对象,通过分析并网逆变器工作原理,对全桥并网系统软硬件参数进行分析设计;在单极性调制基础上,考虑网压前馈进行逆变器电压电流控制系统设计;利用旋转坐标系,将加上信号滤波进行PLL控制设计。基于上述方案搭建并网逆变器样机,实测逆变器输出波形谐波含量低,频率幅值满足并网要求,实验证明设计方案的合理性、可行性、有效性。

一种提高数字控制LCL型并网逆变器对电网阻抗鲁棒性的补偿策略

与模拟控制相比,采用数字控制的LCL型并网逆变器会引入控制延迟,在电网阻抗变化较大的弱电网中,严重降低了系统的稳定性。为了提高数字控制的LCL型并网逆变器对电网阻抗变化的鲁棒性,提出一种比例-相位滞后的补偿策略。首先,在考虑控制延时的基础上,对电网阻抗宽变化范围内的系统进行稳定性分析;然后基于Nyquist稳定性判据识别稳定区域,并合理设计比例和相位滞后补偿器的参数,使改进后的系统在电网阻抗宽变化范围时仍能够稳定运行。最后,仿真与半实物实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。

基于混合储能的并网型逆变器自适应惯量控制

基于虚拟同步发电机(VSG)控制的并网型逆变器可以为系统提供惯量,有效支撑系统频率。但是,VSG的虚拟惯量设置受直流侧的物理限制,不能随意改变。针对该不足,提出了一种基于混合储能系统(HESS)的VSG自适应惯量控制策略。在传统自适应惯量控制基础上,该策略可根据超级电容器(SC)的荷电状态(SOC)二次调整虚拟惯量,既能防止SC过充过放,又能改善SC的频率特性瞬态过程。最后,基于RTLAB硬件在环实验对系统的可行性和有效性进行了分析,通过比较不同VSG策略的控制效果,验证了所提策略的有效性。

LCL型并网逆变器谐振抑制策略

本文对LCL型并网逆变器的基本工作原理进行了简要阐述,并分析了谐振现象的成因,研究了LCL滤波器的设计和特点。对比了被动阻尼和主动阻尼两种主要的谐振抑制方法,详细探讨了它们的工作原理、优缺点以及在实际应用中的表现。对主动阻尼策略的控制策略和算法进行了深入分析,并通过高性能和高效率应用场景的实例展示了其优势,以期能够为未来的研究和应用提供宝贵的参考。

单相电压型全桥逆变器的反步滑模控制策略

为克服单相电压型全桥逆变器系统中不确定性和外界干扰对控制性能的影响,提出了一种新型单相电压型全桥逆变器非线性控制策略。以输出滤波电容电压及其导数为状态变量,建立了逆变器连续数学模型,并进一步得到具有严参数反馈形式的系统非精确数学模型;在此基础上,将反步法和滑模控制相结合,提出了单相电压型全桥逆变器的反步滑模控制策略,可实现系统全局意义下的渐近稳定,有效地克服了反步法对系统模型的依赖性。实验结果表明,当存在不确定参数和外界扰动时,采用所提出的控制方法,系统输出无静差、输出电压谐波含量很少,对直流电压源扰动和负载扰动具有很强的鲁棒性,且同时适用于线性和非线性负载。

三相电压型并网逆变器预测直接功率控制

研究了一种用于三相电压型并网逆变器的新型直接功率控制策略——预测直接功率控制(Predictive Direct Power Control,P-DPC)。重点讨论了P-DPC不同的电压矢量选择原则和电压矢量作用时间的处理方法,以降低低次电流谐波成分,获得更好的动、静态性能。该P-DPC可实现恒定的开关频率,解决了传统开关表直接功率控制策略(LUT-DPC)开关频率不固定的弊病,继承了直接功率控制策略功率快速调节的固有特点,且无需旋转坐标变换和空间矢量脉宽调制。在一台2kVA并网逆变器实验样机上对传统LUT-DPC、矢量控制和P-DPC进行了仿真和实验研究。结果表明了本文提出方法的有效性和其在可再生能源开发利用中的工程实用前景。

三相电压型并网逆变器滑模变结构直接功率控制

建立了三相电压型并网逆变器数学模型,在此基础上提出了一种基于滑模变结构的三相电压型并网逆变器直接功率控制策略,详细论述了控制策略原理及设计过程。该控制策略将滑模变结构控制器、直接功率控制和空间矢量脉宽调制技术相结合,不需要同步速旋转坐标变换即可实现恒定的开关频率,具有良好的稳态性能和快速的动态特性。在一台3kVA的并网逆变器样机上进行了实验研究,结果证明了所提出的滑模变结构直接功率控制策略的正确性和有效性。

单相电压型并网变换器功率预测控制

将功率预测控制思想用于单相电压型并网变换器,通过二阶广义积分构造与电网电压、电流正交的虚拟电压、电流分量来形成αβ坐标系下的两相系统。建立了单相并网变换器在两相静止和两相旋转坐标系下的数学模型。推导和分析了在旋转坐标系下的瞬时功率模型。利用此瞬时功率模型来预测单相并网变换器的控制电压进而产生触发脉冲控制变换器。该策略具有控制系统结构简单、开关频率固定、无需整定控制器参数、功率响应速度快、实现功率解耦控制的特点。1kW样机的实验结果表明了方案的正确性和可行性。