微网逆变器带不平衡非线性负载控制策略

微网逆变器具有直流电转换交流电效率高、易于携带、适用场合广泛等优点,因此被广泛运用于分布式电网组网运行中。但带不平衡非线性负载的微网逆变器,是一定时间区段内电压电流等重要指标发生突变现象,造成电路的不稳定,给分布式电网正常运行带来负面影响。本文以微网逆变器带不平衡非线性负载控制策略作为主题,从简要论述微网逆变器结构及原理入手,针对微网逆变器带不平衡非线性负载带来的负面影响,论述了不同的控制策略,最后分别从对这些控制策略进行了 matlab/simulink 实验仿真,对试验数据进行了综合分析。

适用于不平衡负载工况下的微网逆变器控制策略

微网逆变器的一个重要性能是其工作在离网模式下时,在三相负载不平衡情况下仍能维持三相输出电压的对称性,为微网提供稳定的电压支撑。文中通过分析逆变器输出接不平衡负载时的系统不平衡机理,提出了一种简单有效的系统控制策略:在系统传统控制环路中引入谐振控制器,以抑制不平衡负载条件下控制环路中所存在的2倍工频脉动分量。所提出的控制策略免去常规控制中所需电压/电流正负序分离等控制环节,极大地简化了系统的控制结构。建立了新控制策略下的系统环路模型,给出了环路控制参数及谐振控制器的设计方法。仿真和实验结果验证了所提出的系统控制策略能有效抑制由不平衡负载引起的输出电压畸变,获得高质量的输出电压波形。

基于改进二阶线性自抗扰技术的微网逆变器电压控制

微网逆变系统具有非线性、强耦合、负载扰动强、并/离网模式切换灵活等特性,传统电压电流双环控制难以取得满意的控制效果。自抗扰策略将影响系统控制的不确定因素视为总和扰动予以估计和补偿,可将复杂系统校正为积分串联型以获取期望的控制性能。文中引入更具工程应用价值的线性自抗扰控制(LADRC)技术,设计以输出电压及其微分为状态变量的二阶LADRC。考虑到扩张状态观测器(ESO)是影响LADRC控制性能的核心环节,在ESO中引入输出电压误差微分项,以提高ESO的扰动观测能力;在总和扰动作用通道增加一阶惯性环节,避免观测带宽增加而引入噪声。对LADRC及典型双闭环控制系统的频率响应特性进行分析可知,改进后的LADRC较双环控制及传统LADRC具有更好的抗扰性能。仿真和实验结果证明了所提策略的有效性。

具有电压补偿功能的微网逆变器控制研究

对微网逆变器用于补偿微网电压暂降进行了理论分析。针对并网逆变器正常并网发电时,微网内电压不平衡、谐波对微网逆变器控制影响,在推导分析VPI控制在微电网并网逆变器中应用性能的基础上,提出了一种加入独立比例项的PVPI控制,并将其应用在基于储能并网逆变器控制中。进一步提出双模式控制方法,使储能并网逆变器既可以实现并网发电控制又可以根据实际情况的需要,将功能切换到补偿PCC电压不平衡暂降,采用正序和负序PVPI控制器分别对正序分量和负序分量进行闭环反馈控制。最后进行了仿真验证,理论分析及仿真结果表明所提方法的正确性和有效性。

基于分层控制的微网逆变器与柴发并/离网模式切换策略

针对独立型微网系统中主控逆变器和柴发并/离网模式切换时存在的切换容易误动作、暂态冲击大等问题,提出了一种分层控制的思想,其顶层采取能量管理系统调度功率和综合分析模式切换条件,底层双模式逆变器控制采取电流内环的状态跟随算法。该策略将顶层能量管理系统和底层设备控制策略进行有效结合,完成了并/离网的模式切换。随后,以南方某独立型微网系统为研究背景,重点对常见的四种工况进行了讨论分析,并通过实验验证了该控制策略的可行性。

不对称负载下微网逆变器电压平衡控制策略

微网孤岛运行时系统通过众多网内微网逆变器提供电压支撑,由于网内大量单相负载的存在使得负载难以保持三相平衡,而单相负载投切的随机性又使得负载表征为动态的不平衡。为控制电压的平衡,微网逆变器一般采用双DQ控制方式。这一控制方式可以实现对微网逆变器端电压不平衡控制,但在负载频繁随机投切情况下,电压不平衡控制需要一定动态调节时间。此外,需多个控制器且控制参数整定相对困难。为此,本文提出一种前馈控制策略,通过检测微网逆变器电流实时动态计算电压不平衡补偿量,实现对微网逆变器输出电压不平衡控制。通过前馈控制方式,即使负载存在频繁投切仍可快速跟踪负载变化,实现微网逆变器不平衡电压的补偿。基于该控制策略搭建了仿真模型,仿真结果表明即使在负载突变情况下微网逆变器仍可快速保持电压平衡。

单相光伏微网逆变器的建模与电流跟踪数值模拟

以光伏微网逆变器的输出电压为控制信号,输出电流为输出信号,并考虑线路等效电阻,先对单相光伏微网逆变器电路进行简化并分析其工作原理,然后根据电压回路方程,建立单相光伏微网逆变器的微分方程,接着建立求解方程的四阶龙格-库塔法的迭代模型,再从微分方程的解析解中进行简化和离散化后,利用线性预测控制方法得到逆变器输出控制信号表达式,最后进行数值模拟和分析;通过数值模拟,对逆变器的输出电压、电流的时域波形和频域波形进行分析,并对输出电流的误差信号进行测量,结果表明:所建立的单相光伏微网逆变器模型及求解迭代模型是有效的,在耦合电感为1 mH、开关频率为10 kHz条件下,逆变器输出电流、电压总谐波失真度分别为1.76%、3.99%,逆变器输出电压的纹波峰值达50 V,但其输出信号总谐波失真度满足国家并网的标准(≤5%)。

电网随机扰动下的光伏微网逆变器建模及控制研究

本文为了研究光伏微网逆变器系统在施加随机扰动时的控制方法及性能,在光伏微网逆变器系统的公共连接点信号上施加随机扰动,并考虑随机扰动情况下进行建模,采用引入积分补偿的预测控制方法,既可预测系统未来的输出状态,也能消除静态误差,有效地抑制逆变器输出的电流、电压失真现象,保持系统的稳定性。基于MATLAB的Simulink平台搭建了逆变器系统仿真模型,仿真结果得到逆变器输出的电流、电压的总谐波失真度(THD)分别为0.57%、2.57%,满足国家电网对总谐波失真度(THD≤5%)的标准,并且保证了输出波形的稳定。研究表明:这种改进后的控制方法可使在有随机扰动情况下的单相光伏微网逆变器系统保持稳定,对光伏微网的理论和应用研究具有一定的参考价值。

微网逆变器双模式自抗扰控制策略

为解决微网逆变器的解耦问题,提高其抗干扰能力,文章提出一种双模式自抗扰切换控制策略(SADRC)。文中分析了逆变器的主拓扑结构,建立了在dq轴的数学模型,文中介绍了非线性自抗扰(Unlinear Active Disturbance Rejection Control,NLADRC)和线性自抗扰(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)控制器的特性,将耦合、内外部扰动作为总扰动,设计双模式自抗扰切换控制策略跟踪扰动、估计对象状态,进行控制和补偿,并给出参数的整定方法。MATLAB仿真平台也充分表明所提策略的可行性和正确性,抗干扰能力和解耦性能较好。

基于比例积分谐振的微网逆变器电压均衡控制策略研究

对于工作在离网模式下的微网逆变器,在可能会出现的负载不对称或者单相负载运行场合,采用传统的电压电流双闭环控制方法会导致输出电压严重不平衡,从而危害供电设备以及整个系统。基于分裂电容式的三相四线逆变器系统,针对逆变器在离网模式下带不平衡负载运行的问题,建立相关数学模型分析抑制不平衡问题,分析传统比例积分控制的缺陷,并在此基础上采用正负序分离独立控制和比例积分准谐振控制策略。同时针对微电网运行状态平滑切换的要求,给出一种基于间接电流控制策略的平滑切换控制策略。仿真结果证明该控制策略的正确性。最后在微电网逆变器实验平台上通过实验验证了该方案的实用性和可行性。

基于虚拟同步发电机的微网逆变器控制策略

本文中微网是由多种分布式电源与负载组成的小型发配电系统,是实现主动式配电的有效途径。然而传统的微网逆变器接口控制方式存在切换复杂的缺点,不利于维持微网稳定。为此,基于虚拟同步发电机设计一种新的微网逆变器控制策略。根据VSG控制原理,将VSG等效为一个电压源,并引入频率反馈环节,使逆变器电源能够追踪电网频率;同时,采用并压电流双闭环保证并网电压的稳定,无偏差地实现频率和电压稳定,从而实现微网逆变器稳定控制。该控制策略建立了有效的微网控制结构与能量管理体系,可提高微网控制过程的灵活性和可靠性。仿真结果也验证了该控制策略的正确性和可行性。

基于扰动观测器的微网逆变器鲁棒H∞控制策略

为抑制微网逆变器在孤岛模式下运行存在的内部参数摄动和负载扰动,文章提出了一种基于扰动观测器的鲁棒H∞控制策略。基于所建立的逆变器多参数摄动模型,利用内模原理和小增益定理设计电压环鲁棒H∞控制器;采用扰动观测器对负载投切时所产生的负载电流扰动进行观测和补偿,以提高系统的动态特性。采用2 kW实验样机对所提出的控制策略进行验证。实验结果表明,该控制策略不仅能有效抑制逆变器工作时的内部参数摄动和负载扰动,提高微网逆变器的鲁棒性能,而且在负载切换时具有快速的动态响应。

小信号模型微网逆变器下垂控制单环与双环动态特性研究

下垂控制是当前微网逆变器的常见控制策略。分别建立了微网逆变器在电压单环下垂控制和电压电流双环下垂控制下的小信号模型。针对两种控制器结构分析了下垂参数和负荷阻抗变化对系统特征根分布的影响,为下垂参数的设计提供了理论依据。通过MATLAB/Simulink仿真,在负荷阻抗增加20%情况下分析逆变器输出功率的阶跃响应。计算结果表明,双环下垂控制的微网逆变器具有更好的稳定性和动态响应。

考虑环流抑制的微网并联多逆变器稳定运行控制研究

针对传统微网并联多逆变器运行控制策略仅能在某种程度上抑制系统中的环流,抑制后的环流仍然比较大的问题,提出考虑环流抑制的微网并联多逆变器稳定运行控制研究。首先,建立微网并联多逆变器模型;基于微网并联多逆变器模型,计算微网并联多逆变器输出有功功率和无功功率;根据计算出的数据,提出改进后的下垂控制方法,对系统进行控制,以减小系统的环流值,控制微网并联多逆变器稳定运行。仿真实验结果显示,在存在环流干扰条件下,当有功功率和无功负载出现变化时,采用所提方法对微网并联多逆变器进行控制,其输出功率和输出频率会随着有功功率和无功负载的变化而产生相应的变化,实现了微网并联多逆变器稳定运行,说明该方法在微网并联多逆变器稳定运行控制研究方面有一定的参考价值。

微电网逆变器惯性电压下垂控制策略研究

基于虚拟同步发电机(VSG)的微电网逆变器在频率调节时对电网呈现友好性,但电压下垂控制因缺乏惯性在无功功率增大时产生的瞬时电压跌落会影响其运行稳定性。在此借鉴调频单元嵌入转动惯量的思想,在电压下垂控制中加入微分负反馈使其具有惯性,改善无功电压跌落时的动态特性。

微电网逆变器并/离网切换控制策略

为提高微网的供电可靠性,改善电能质量,文中针对基于虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)的电压源型微网逆变器,将准同期并列算法和孤岛检测算法相结合,提出一种可同时满足并网和孤岛运行及模式间切换为实现柔性并网,通过模拟同步发电机的准同期并列装置,设计了微网逆变器的准同期并列算法以抑制并网瞬间的电流冲击。为能快速检测到非计划孤岛现象,使微网顺利转入主动孤岛运行,结合VSG算法自身特点,设计了一种适用于VSG的孤岛检测算法。为实现微网的稳定运行,给出了并网/孤岛运行模式的平滑切换控制实现方法。最后,通过基于MATLAB/simulink的仿真结果验证了综合控制策略的正确性与有效性。

基于VSG并网逆变器的模糊滑模控制策略研究

为改善微网逆变器性能,提出基于虚拟同步发电机(VSG)技术的模糊滑模控制(FSMC)策略。在上层控制中,采用VSG技术为底层控制提供参考电压,并为系统提供必要的惯性和阻尼;在底层控制中,采用滑模变结构控制(SMC)算法提高系统的鲁棒性和动态性,根据输出电压与参考电压的差值构成三阶滑模面,控制部分采用等效控制和切换控制;为减弱滑模变结构控制带来的“抖振”,在切换增益环节采用模糊控制算法。最后, MATLAB/Simulink仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。

逆变器电压复变量谐振优化控制

针对逆变器电压控制,首先提出一种复变量谐振控制器(complex variables resonant controller,CVRC)的降阶状态空间模型,该模型具有阶数低,结构简单的特点,视αβ轴电压为复变量统一控制,简化控制设计及数字控制实施计算量。其次,针对谐波电压控制,构建包含多重CVRC及逆变器模型的增广状态空间模型,并采用线性二次型(linear quadratic,LQ)最优状态反馈方法,优化设计多重CVRC控制参数,所得控制算法具有稳定裕度高、静动态性能良好、参数设计简单及计算量少等特点。最后,通过实验验证所提控制算法的可行性及有效性。

三相Z源逆变器的最优滑模预见重复控制

针对微网逆变器带不平衡和非线性负载时三相逆变器输出电压电流谐波大的问题,提出一种最优滑模预见重复控制的方法,实现对不平衡负载和非线性负载等非正常工况的快速响应和参考电压的高精度跟踪。首先,在前馈补偿环节引入预见控制器,并利用差分算子,设计包含目标值信号和滞后环节反馈的扩大状态误差系统,将逆变器的控制问题转化为线性离散系统的调节问题;进一步,利用Lyapunov方法和线性矩阵不等式及最优控制器的设计方法,得到包含滑模控制、状态反馈、重复控制、和预见补偿的最优滑模预见重复控制器。实验结果表明,最优滑模预见重复控制带线性负载时电压波形畸变率从3.12%减少到0.78%,响应时间从10 ms减小为5 ms;其带非线性负载时电压波形畸变率从6.72%减少到0.92%,验证了所提方法的有效性。

引入虚拟阻抗的并联逆变器新型下垂控制策略

在微网逆变器并联运行系统中,由于各逆变器之间的线路距离不同,导致其输出总阻抗不同且呈阻抗特性,传统的下垂控制无法得到正确运用,系统不能实现功率精确分配。为了解决这个问题,本文在传统下垂控制算法理论的基础上,提出一种引入虚拟阻抗的新型下垂控制策略。当负载突变时,该控制策略能保证母线电压幅值和频率的稳定,抑制两台逆变器系统之间的无功环流,实现系统有功、无功的精确分配,并且通过引入功率微分环节,提高了系统的动态响应。仿真分析验证了本文控制策略的可靠性。