基于有源阻尼控制的区域电网新能源基地次同步振荡抑制的研究

近年来,由于大规模新能源基地不断接入电网,导致系统转动惯量降低,产生次同步振荡问题。为此,提出了基于有源阻尼的新能源基地次同步振荡抑制策略。该控制策略将有源阻尼控制器附加于新能源并网装置的有功功率环上,通过采集电网频率,实现对振荡频段内的输出信号进行幅值和相位校正,改善系统的次同步阻尼特性,提高系统稳定性。在此基础上对有源阻尼控制器参数进行优化设计,并通过特征根分析法和Prony算法进行验证。最后,以某市区域电网为例进行仿真分析,当该电网出现次同步振荡后,在新能源基地上附加有源阻尼控制,可以快速抑制次同步振荡,提升系统阻尼,验证了有源阻尼控制的适用性和有效性。

三相并网逆变器有源阻尼控制策略研究

LCL滤波器因其成本低、高次谐波衰减能力强,适用于大功率的三相并网逆变器,在各类新能源发电场合中应用广泛。LCL滤波器存在谐振问题,导致系统稳定性降低。通过建立LCL滤波器的传递函数分析LCL滤波器对系统的影响,并提出了通过电容电流前馈模拟虚拟阻抗的方法增加系统的阻尼,抑制LCL滤波器的谐振峰值,提高系统的稳定性。最后通过在Matlab/simulink中搭建仿真模型,验证算法的可行性。仿真结果表明:通过增加电容电流前馈环节的有源阻尼法可增加系统的稳定性,且不额外增加系统的损耗,三相并网逆变器的输出并网电流谐波含量低。

基于带通滤波器的LCL型滤波器有源阻尼控制

三相电压源型并网逆变器交流侧采用LCL滤波器可有效地减小滤波器体积和容量,但易引起滤波器谐振问题。采用有源阻尼控制方法可以避免滤波器的谐振问题,在不额外增加传感器的前提下,提出了基于带通滤波器的有源阻尼控制策略。分析了带通滤波器环节分别采用调制波带通滤波控制、反馈电流带通滤波控制和比例积分谐振(proportionintegration resonant,PIR)调节器控制的3种控制方法,并对3种有源阻尼方案进行性能比较。仿真和试验结果验证了3种有源阻尼控制方法的有效性,且采用PIR调节器的方法更适应于谐振频率多变的系统。

基于自适应陷波滤波器的有源阻尼控制方法

LCL滤波器因具有良好的高频衰减特性而被广泛用作并网逆变器与电网的接口。弱电网情况下,并网模型中电网感抗值不可忽略,电网感抗的存在会影响LCL谐振频率的大小,对传统有源阻尼控制方法提出挑战。在分析基于带阻滤波器的有源阻尼控制方案基础上,引入自适应陷波滤波器,提出了一种能够跟随系统参数变化自适应调整陷波滤波器负谐振点位置的有源阻尼控制方法。以光伏逆变系统为载体对该算法进行仿真分析,结果验证了该方法在弱电网情况下的有效性和自适应性:系统谐振频率发生偏移时该方法能够实现对其的准确跟踪,并且显著降低谐振频率点及附近频率段的谐波含量;电网电压发生±5%以内电压突变时,该方法的动态响应特性仍能满足系统的稳定运行要求。

直流微电网储能系统有源阻尼控制策略

为解决直流微电网储能系统中LC输入滤波器与恒功率负载级联所带来的系统谐振问题,提出了一种有源阻尼控制策略。建立了电流控制模式下Buck变换器的小信号模型,并根据Middlebrook阻抗比判据对系统稳定性进行分析,阐明其谐振产生机理。将传统的低通滤波器进行改进,设计了一种谐振滤波器,并在电流环上引入由谐振滤波器和比例控制器组成的电压前馈环节,通过对恒功率负载的负阻抗特性进行补偿,使得级联系统的阻抗比满足Middlebrook阻抗比判据。通过奈奎斯特图对补偿后的系统稳定性进行论证,并通过仿真实验验证了该策略的有效性。

步进电动机有源阻尼控制方法研究

对基于激磁磁势进行电流补偿的两相混合式步进电动机有源阻尼控制方法进行了深入的研究,该方法利用步进电动机的非线性模型,在细分控制的基础上引入位置或者速度反馈形成电流补偿,以达到改善系统阻尼特性的目的。首先阐述了该方法的控制原理,然后详细计算和分析了由位置偏差的比例调节,速度偏差的比例调节以及位置偏差的PID调节3种形式构成补偿电流时,补偿电流对系统阻尼特性的影响,并且给出了极点配置的方法和调节系数的选择依据。

基于陷波器校正的有源阻尼控制策略

LCL滤波器因较好的高频谐波衰减特性而被广泛应用于并网逆变系统中,然而LCL滤波器存在的谐振尖峰易导致并网逆变器不稳定。针对该问题,采用基于陷波器校正的有源阻尼控制策略,并通过"劳斯稳定判据+最优PI控制器设计"方法,确定优化后的控制器参数。该方法实现简单,在不增加传感器数量的前提下,可以有效地抑制LCL滤波器的谐振尖峰,提高系统的响应速度及稳定性。理论分析和仿真研究表明该方法是有效可行的。

电网谐波畸变下LCL型并网变流器的有源阻尼控制

在dq同步旋转坐标系下建立LCL型并网变流器的模型,并分析了电容电流反馈有源阻尼法削弱LCL型并网变流器内部谐振尖峰的原理。在此基础上,提出基于PIR调节器的有源阻尼控制策略,有效解决了电网背景谐波电压畸变对LCL型并网变流器并网电流的影响,具体为由PI调节器和6k倍频谐振控制器组成的PIR调节器可以起到抑制电网基波电压和6k±1次背景谐波电压的作用。最后采用根轨迹法和频域分析法对PIR控制器的参数进行设计,并通过仿真验证了该控制策略的有效性。

LCL滤波器的新型有源阻尼控制

针对光伏并网变换器所采用的LCL滤波器,首先分析了其采用三种无源阻尼方案时的频率特性。然后,根据串并联混合型无源阻尼方案系统传递函数框图变换,提出了一种采用电容电流PI反馈的新型有源阻尼控制方案。随后,利用阻抗模型研究了串联电阻无源阻尼方案、电容电流比例反馈有源阻尼方案和电容电流PI反馈有源阻尼方案对逆变器特性的影响。结果表明,电容电流PI反馈方案可以有效地增加LCL滤波器谐振频率处的阻尼,同时也增加了控制的自由度。最后,特征值分析表明新方案具有更大的控制参数稳定域,并利用PSCAD进行了仿真验证。新型有源阻尼方案不仅能够有效抑制LCL滤波器的振荡,而且与传统方案相比性能更佳,具有良好的工程实践价值。

高速低载频比传感信号下的逆变器有源阻尼自适应控制

逆变器工作在高频运行和控制载波比低的情况下,存在谐振尖峰抑制,提出了高速低载频比传感信号下的逆变器有源阻尼自适应控制技术。在高速低载频比传感信号下,构建逆变器数学模型。输出电流到电容电压与定子电流之间的传递函数,将逆变器的有源阻尼等效成一个控制电压环。调整有源阻尼自适应控制回路的参数,制定逆变器有源阻尼自适应控制策略。实验结果表明:文中技术的稳定裕度由2.46 dB下降至1.18 dB,可以保证逆变器的稳定运行;在不同采样频率下,可以控制逆变器输出与电网电压相同相位和频率的并网电流,其中在采样频率为5.9f时,输出并网电流和电压均表现为正弦状态,波动范围分别为[35 A,58 A]和[185 V,225 V],具有较好的控制效果。

有损LC滤波器和Buck变换器级联系统有源阻尼控制方法

以LC滤波器和Buck变换器带恒定负载构成的级联系统,若前级电路LC滤波器参数设计不当,系统会因前后级参数不匹配引发电压振荡。尽管现有研究针对该系统探究了其近似线性化建模、阻抗比判据及阻尼控制设计,但均忽略了滤波器自身损耗的影响。因此,提出了计及滤波器损耗参数的系统电路模型,在此基础上列写小信号方程推导出系统端口等效阻抗,以赫尔维茨劳斯判据分析了其损耗参数对系统稳定性的作用规律,逐一设计了系统有源阻尼前馈控制回路传递函数。最后,分别通过阻抗比判据等效阻抗伯德图及仿真,分析和验证了该控制方法的有效性。

基于COOT优化算法和改进型重复PI控制的三相LCL型光伏并网系统

为提高光伏并网发电的发电效率,提出了基于COOT优化算法和改进型重复PI控制的三相LCL型光伏并网系统。COOT优化算法用于前级MPPT算法,可以准确快速追踪到光伏发电系统全局最大输出功率;改进型重复PI控制用于后级逆变,通过阻尼因子设计LCL有源阻尼控制,在数学建模过程中把采样计算延时以及PI控制考虑进去,最后加入重复控制;为了减少奇次谐波,采用级联式重复PI控制结构;同时针对电网频率波动时重复控制策略控制效果降低的问题,采用一种基于拉格朗日插值原理的频率自适应级联式重复PI控制。基于所提出的控制策略,利用Simulink仿真平台对系统进行了建模仿真,仿真结果表明了所提控制策略的正确性和可行性。

基于广义积分器二自由度PID控制的LCL逆变器

传统有源阻尼控制可抑制LCL逆变器谐振,但需要增加额外的电压或电流传感器。为此,提出了一种无需额外传感器的基于广义积分器的LCL并网逆变器单电流反馈二自由度PID控制(GI-2DoF-PID),GI-2DoF-PID比例积分环节实现并网电流无静差跟踪,而基于广义积分器的微分环节则增强LCL逆变器的阻尼特性。推导了控制系统的传递函数,分析了其稳定裕度与动态特性,提出跟踪和抗扰动优化的参数设计原则并选取了合适的控制参数。最后,构建了基于PLECS系统仿真模型,仿真结果表明:基于GI-2DoF-PID控制的LCL并网逆变器可以有效抑制谐振;电网电压严重畸变时,其满载并网电流畸变率仅为3%,远低于国家标准的要求;当系统从半载跳变到满载时,系统超调量低,响应速度快。

逆变器多机并联系统双闭环有源阻尼谐波抑制

由逆变器多机并联产生的自身谐振、串联谐振和并联谐振所引起的谐波入网,一直影响着电网电能质量。由此,提出了双闭环有源阻尼谐波抑制控制方式。为验证可行性,搭建了应用该控制方法的系统仿真模型,在Matlab/Simulink平台上分别模拟了1,2,4,6台逆变器在该控制方法下工作的运行结果,并分析了各谐波分量和总电流失真度(THD)。仿真结果表明,采用该方法控制逆变器符合IEEE 929—2000对逆变器多机并联系统谐波抑制的相关规定。

柔性直流输电系统高频稳定性分析及抑制策略(二):阻尼控制抑制策略

柔性直流输电系统高频振荡容易在交流系统阻抗呈现电容效应的频率范围内发生。首先,针对柔性直流换流站详细模型存在阶数很高的问题,在忽略外环、环流抑制控制器(circulating current suppression controller,CCSC)、电容电压等较小影响环节的基础上,建立换流站的简化模型,分析简化模型与详细模型阻抗特性的误差及其适应频率范围;其次,为抑制系统的高频振荡,从控制系统电压前馈和虚拟串联阻抗有源阻尼控制2个方面开展换流站高频阻尼特性提升方案研究,提出采用取整函数的非线性电压前馈策略;再次,以抑制高频振荡和不引起额外频段振荡为约束条件,基于换流站简化模型,解析有源控制器关键参数选择表达式,研究关键参数对换流站阻抗的影响;最后,采用电磁暂态仿真,从高频振荡抑制、电压前馈环节、暂态穿越特性等方面验证所提高频性能提升方案的正确性和有效性。

基于滑窗DFT的海上光伏发电并网逆变器电流控制方法

常规的逆变器电流控制方法主要是将逆变器电流进行重构,但是快速反应会导致电流参考值会出现大幅度变化,导致电流控制效果不佳。因此,设计了基于滑窗DFT的海上光伏发电并网逆变器电流控制方法。确定海上光伏并网逆变器电流控制参数,将电流波动畸变控制在允许范围内。基于滑窗DFT消除光伏发电并网逆变电流谐波,对不适合的瞬时谐波进行检测,构建了逆变器电流有源阻尼控制模型,消除连续域内的不稳定极点,保证负载电流的控制能力,从而稳定离散域的电流,实现发电并网逆变电流的有效控制。通过仿真实验验证了提出的基于滑窗DFT的海上光伏发电并网逆变器电流控制方法,将逆变器电流进行闭环控制,在消除电流谐波的基础上,减弱逆变器的稳态偏差,控制的电流与标准电流基本保持一致,能够实现电流的有效控制。

输入不平衡下隔离型AC-DC矩阵变换器控制策略研究

为降低隔离型AC-DC矩阵变换器(Isolated AC-DC matrix converter,IAMC)在输入不平衡下网侧有功功率波动,以及抑制网侧LC滤波器的谐振,提出一种基于有源阻尼的无差拍直接功率控制策略。该策略利用网侧电流及其延迟分量来计算IAMC输入侧滤波器电容电压,省去了传统有源阻尼控制的高精度电压传感器,降低了硬件成本损耗,且无需进行旋转坐标变换以及锁相环,运算量较小。仿真结果表明:所提控制策略在输入电压不平衡工况下可有效抑制网侧电流谐波,降低系统无功功率直流分量,稳定系统输出的有功功率,且具有较好的动态性能。

低漏电流非隔离型三相并网变换器协同控制策略

针对非隔离型并网变换器因缺少隔离环节导致的共模电压与泄漏电流固有问题,文中通过将滤波电容中点与并网变换器下桥臂公共点短接,来衰减户内供用电装置对地寄生电容耦合到电网侧的漏电流.首先,以并网变换器结构模型为基础建立其动态数学模型,结合漏电流产生原因及抑制机理,实现对共模电压的零序控制;其次,为限制LCL型滤波器的谐振峰引发的电压振荡,采用滤波电容电流反馈回占空比的有源阻尼控制方案;然后,针对零序控制与有源阻尼控制间的交互影响,借助LCL型滤波器控制等效电路分析其产生原因,对比不同控制策略配置下共模电压波形与电网中谐波含量,确立高稳定精度与低谐波含量的控制方案;最后,通过仿真验证降低漏电流与平抑谐振峰的协同控制策略的有效性.

基于阻抗重塑的虚拟同步机次同步振荡抑制方法

虚拟同步机通过模拟转子运动方程从而使电力电子装置具有同步发电机的惯性和阻尼特性。然而,虚拟同步机与串联电容补偿电网连接时易发生次同步振荡。针对该问题,该文首先建立虚拟同步机与串联电容补偿电网的序阻抗模型,其次,采用伯德图分析次同步振荡发生的机理,研究传统有源阻尼方法的局限性。在此基础上,提出一种基于阻抗重塑的虚拟同步机次同步振荡抑制方法。在虚拟同步机阻尼系数的反馈回路中增加阻抗重塑控制器,进而利用伯德图分析改进系统的阻抗特性。该阻抗重塑方法可以减小虚拟同步机与串联电容补偿电网在低频段的阻抗相位差,有效抑制次同步振荡发生。相较于传统的有源阻尼控制方法,所提出的次同步振荡抑制方法可以较好的适应系统运行方式变化,并且不会引起虚拟同步机工作点偏移。最后,通过仿真和实验验证所提方法的有效性。

无电容电压传感器的LCL滤波器控制策略

对于三相LCL逆变器并网系统中的谐振问题,提出一种基于虚拟电容电压反馈的有源阻尼控制策略。该控制策略是在传统电容电压反馈有源控制策略的基础上,研究滤波电容电压和并网电压的拓扑结构,推导出滤波电容电压和并网电压之间的简单数学关系,从而在不加装滤波电容电压传感器的情况下,将得到的虚拟滤波电容电压反馈到电压控制内环,抑制滤波器谐振。最后,通过仿真验证了该控制策略的有效性。