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。

基于模态分析的多逆变器系统串并联谐振特性分析

基于模态分析的多逆变器系统谐振分析方法能够获得系统准确的谐振定位,但在谐振类型辨识方面存在不足。该文提出一种基于模态分析方法和参与因子计算的多逆变器系统谐振辨识方法。考虑线路阻抗,建立计及电容电流有源阻尼的逆变器诺顿等效模型。当逆变器组合变化时,对比串、并联谐振模态分析结果的差异。通过对系统谐振类型的划分,获取不同类型谐振的特征信息。针对不同类型谐振选择特定的模态分析方法,借助参与因子表现实现谐振类型辨识。最后,搭建仿真电路模型和实验平台,通过仿真和实验验证所得结论的正确性。

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。

基于虚拟阻抗自适应的孤岛型微电网并联逆变器下垂控制策略

当前微电网并联逆变器下垂控制机制一般设定为独立式,控制的范围较难扩展,导致控制补偿差增加。为此,提出对基于虚拟阻抗自适应的孤岛型微电网并联逆变器下垂控制策略的设计与实践。先进行下垂控制特性提取,采用交互的方式,扩大控制的范围,设计交互控制机制。在此基础上,构建虚拟阻抗自适应微电网并联逆变器下垂控制模型,采用补偿核验的方式确保下垂控制效果。针对选定的5个测试逆变器,经过2个周期的测定得出的控制补偿差被较好地控制在1.05以下,说明此次在虚拟阻抗自适应原理的辅助下,所设计的微电网并联逆变器下垂控制方法更为高效,具有实际的应用价值。

基于电流源型逆变器驱动的五相永磁同步电机控制策略研究

在现代电机驱动系统中,采用电流源型逆变器控制方案可有效提升系统可靠性,降低电机电流谐波含量,并提升电磁兼容性能。电流源型逆变器拓扑采用电感元件作为母线储能装置,对于功率回路中的短路故障具有较强的抵抗能力。同时,逆变器输出侧并联滤波电容网络,实现对高频谐波的旁路作用。该文对五相电流源型驱动系统控制策略进行研究,采用五相半桥型逆变器拓扑结构,电机绕组采用星型连接方式以限制零序电流,给出基波与谐波电流矢量空间分布特征,提出双平面矢量脉宽调制策略,有效抑制3次谐波电流。考虑到逆变器输出侧CL型负载可能引起的谐振问题,采用基于电机电流的有源阻尼策略,降低谐振电流分量,提升系统稳定性。最后,通过实验验证所提控制策略的有效性。

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。

异构逆变器并联系统改进Gershgorin圆稳定性判据及其多维谐振特性分析

以新能源为主体的新型电力系统正逐步呈现出异构逆变器并联系统特征,即以跟网型与构网型两类逆变器共存的形式呈现。为了全面准确地分析异构逆变器并联系统的稳定性问题,充分计及逆变器间、逆变器与电网间的交互影响,该文建立多逆变器的交互导纳矩阵模型。同时,提出一种基于Gershgorin圆定理的多机稳定性判据,通过引入距离向量函数简化分析过程。然后,基于改进的稳定性判据提出一种参数灵敏度计算方法,并量化分析了系统关键作用因子对异构系统稳定性的影响程度。最后,通过时域仿真算例与实验,验证了理论分析的有效性和稳定性判据的有效性。

组串型光伏逆变器集群谐振自适应抑制方法的研究

常规的组串型光伏逆变器集群谐振自适应抑制方法为使用最大功率点跟踪法消除低次谐波,该方法易受双反馈协同控制作用影响,导致谐波畸变率过高,因此,需要设计一种全新的组串型光伏逆变器集群自适应抑制方法。构建光伏逆变器集群自适应抑制参数估计模型,提出了组串型光伏逆变器集群谐振自适应抑制策略,实现了光伏逆变器集群谐振自适应抑制。结果表明,设计的光伏逆变器集群谐振自适应抑制方法的抑制效果较好,不同输出功率百分比下的谐波畸变率均较低,具有可靠性和一定的应用价值。

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。

基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法研究

传统的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法主要依赖前馈控制环路,虽然逆变器电流局部控制效果更佳,但很难满足前馈控制的需求。为此,设计了一种基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法。该方法通过提取逆变器负载扰动电流的前馈特征,引入扰动电流作为前馈信号,将前馈点作为输出电压,得到了逆变器负载电流的动态变化规律。同时,基于扰动观测器控制电压源型逆变器的电流偏差量,将负载电流作为外部扰动信号来抑制非线性负载的干扰,以满足对负载电流的前馈控制需求。通过仿真实验验证了该方法具有较好的前馈控制效果。

基于自适应电流预测模型的LCL型三电平逆变器并联零序环流抑制策略

提出了一种基于自适应电流预测模型的零序环流抑制策略,该策略适用于共直流母线的并联运行的三电平逆变器。首先构建了零序环流等效模型,分析证明了并联系统的中点电位差和共模电压差为零序环流激励源;随后提出了一种基于预测模型的零共模电压控制方法,兼顾了中点电位平衡的控制效果并改善了并网电流质量,同时对并联系统之间的零序环流进行了有效抑制;其次设计了一种自适应电流预测模型,提高了在参数失配下并网电流的跟踪性能,减少了误差;最后通过MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。

结构简单的并联谐振直流环节型逆变器及其调制策略研究

针对一种新型并联谐振直流环节逆变器的辅助换流电路存在的电流应力高、导通损耗大、元器件数目多等问题,该文提出一种优化改进调制策略,其由3部分组成:基于1型不连续的脉冲宽度调制策略,且以斜率正负交替的锯齿波作为载波,在此二者基础上施用分流死区。在所提调制策略下可以对原拓扑的辅助换流电路进行化简,减少一组谐振电路,以降低硬件成本。与原调制策略相比,所提调制策略在不改变辅助换流电路动作频率的前提下,不仅可以实现所有开关器件的软开关动作,而且可以避免辅助换流电路工作过程中产生的谐振电流与负载电流的叠加,从而有效降低辅助换流电路的导通损耗及其内部开关器件的电流应力。文中对所提调制策略的原理进行详细叙述,由此推导简化拓扑的工作模式,并分析其电压/电流应力、元器件数目、参数设计等特性,最后通过一台通用实验样机(SiC MOSFET,5kW/40kHz),对比于原拓扑及原调制策略,以验证所提理论的有效性。

应用于储能的改进电流型LC并联谐振变换器

针对分布式储能中蓄电池组与直流母线互联的应用场合,提出一种具有高效、宽电流调节范围的改进电流型LC并联谐振双向隔离DC-DC变换器。通过对该变换器简化模型的建立和时域上对该变换器谐振电感电流、谐振电容电压和输出电感电流的推导,得到以平均值表示的电压增益曲线和电流传输比曲线。结果表明,提出的变换器在储能应用中具有较宽的电流调节范围,因此,该变换器用变频调制即能实现对储能充放电的控制。最后,搭建一台7.5 k W、50 V转300 V的实验样机,验证了前述分析的有效性。

基于LADRC和准PR的三相LCL型光伏并网逆变器谐波谐振抑制策略

针对三相LCL型光伏并网逆变器由自身高频段谐振尖峰引起的谐波谐振现象,设计一种基于三阶线性状态观测器的二阶线性自抗扰控制(LADRC)和准PR控制相结合的电流双闭环控制策略,较好地削弱了高频段的谐振尖峰,抑制了光伏系统的谐波谐振现象。通过设计李雅普诺夫函数证明了闭环系统最终会稳定收敛;利用仿真对不同工况下的控制策略深入对比分析,结果表明此双环控制策略具有优越的鲁棒性和实际应用价值。

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。

三相电压型逆变器的电流前馈控制算法

为了提高三相电压型逆变器对负载变化的鲁棒性,提出一种电压单环的电流前馈控制算法。首先,给出了逆变器系统电流前馈控制算法的设计思想来源,讨论了多输入多输出非线性系统的中间变量的前馈控制律;其次,根据三相电压型逆变器的d-q数学模型,将多输入多输出非线性系统的中间变量的前馈控制律应用到三相电压型逆变器系统中,建立了其电流前馈控制数学模型,并利用李雅普诺夫第二判别法分析了闭环系统的稳定性,同时讨论了闭环控制系统的跟随性;最后,通过仿真实验验证了所提出的算法的合理性和有效性。

基于多谐振前馈与电流估计的光伏并网逆变器控制策略研究

针对弱电网环境下电网阻抗较大以及传感器等元件造成延迟引发的并网电流品质差的问题,采用了一种多谐振前馈与电流估计法,相结合的控制策略。利用多谐振前馈控制提取低次谐波,使得正反馈通道只在主要背景谐波处有反馈作用,同时引入电流估计法,在不改变对LCL固有谐振频率抑制效果的前提下,降低系统成本。仿真结果表明,并网电流的总谐波畸变率降低2.56%,增强了系统对含有低次谐波弱电网的适应能力,验证了此控制策略的正确性和有效性。

电流源型逆变器电机驱动系统的直流链电流控制

电流源型逆变器(CSI)电机驱动系统通常使用电压源串联电感来实现恒定的直流链电流,然而因这种方式未对直流链电流进行控制,直流链电流会出现断续或持续增加的问题。为此,采用DC-DC变换器电路设计PI控制器,可以实现对直流链电流的控制。同时,详细分析一个周期内DC-DC变换器与CSI的电压变化规律,通过优化CSI的电流矢量序列,使得直流链电流纹波得到抑制,提高了输出端电机的电流波形质量。实验结果验证了所提出的直流链电流控制方法的可行性与有效性。

一种新型直流环节并联谐振软开关逆变器

电力电子装置开关频率的提高带来了开关损耗与器件损坏问题、感性关断和电磁干扰等一系列新问题。有效克服这些缺陷的方法是采用谐振软开关技术,然而,传统的直流环节谐振型逆变器存在两个明显的缺点:开关器件的电压应力大;电压过零点与逆变器开关策略难以同步,使逆变器输出有大量次谐波。该文提出一种新型的直流环节并联谐振软开关技术,重点分析了此种软开关逆变器的拓扑结构、工作原理和特点,并通过实验验证了其原理和可行性。