电网电压畸变不平衡情况下三相光伏并网逆变器控制策略

电网电压不平衡且畸变情况下的系统控制策略是大规模光伏系统并网运行需要解决的关键问题之一。为实现光伏系统输出恒定有功功率,同时并网电流谐波含量满足IEEEStd.929-2000标准,提出一种系统控制策略。首先对光伏系统输出功率流进行分析,在此基础上推导出系统输出恒定有功功率对应的并网电流参考指令,设计电网电压正序/负序分量的测量方案,建立基于并联无源阻尼的并网控制模型;对系统稳定性进行分析,并对系统稳态误差控制进行探讨;最后在电网电压畸变/不平衡情况下对系统控制方案进行实验测试。实验结果验证了提出方法的有效性。

电网电压畸变不平衡情况下三相PWM整流器无锁相环直流母线恒压控制策略

直流母线恒压控制是三相脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器非理想电网电压情况下稳定运行的关键问题之一。首先建立三相PWM整流器的小信号模型,推导出直流母线电压的传递函数表达式;在此基础上分析电网电压畸变不平衡情况下直流侧波动的原因,进而提出一种无锁相环直流母线恒压控制方法;最后搭建系统硬件实验平台,在电网电压畸变和不平衡情况下对传统方案和提出的方案进行实验研究。实验结果验证了该方法的有效性。

电网电压畸变下的单相级联H桥变流器无锁相环控制

传统单相级联H桥(cascaded H-bridge,CHB)变流器采用dq控制,在电网电压畸变情况下,控制性能受锁相环影响较大。为此,文章提出电网电压畸变下的单相CHB变流器无锁相环控制方法。首先通过构造级联延迟信号消除(cascaded delayed signal cancellation,CDSC)模块,快速提取电网电压基波信号;然后将其矢量化,根据瞬时有功功率、无功功率和电压、电流之间的关系计算参考电流信号,完成对有功电流、无功电流的独立控制。此外,通过电网电压前馈进一步减轻电网电压畸变对电网电流的影响;并由此完成各H桥直流侧的电压平衡控制。与传统的dq控制相比,无锁相环控制方法消除了构造正交电流信号造成的延时。三单元CHB变流器的仿真和实验结果证明了所提方法在电网电压畸变情况下的有效性。

不平衡且谐波畸变电网电压下双馈风电系统控制策略

针对并网点电压不平衡且同时含有5次、7次谐波电压的电网条件,文中利用串联网侧变换器和并联网侧变换器的协调控制以及正向同步旋转轴系下的比例积分—双频谐振(PI-DFR)控制器,提出了基于串联网侧变换器的双馈风电系统在不平衡且谐波畸变电网电压下的改进控制策略;在实现了定转子电流平衡无畸变、发电机输出功率和电磁转矩无波动的同时,亦消除了系统输出有功功率的2倍和6倍频波动。此外,还提出了考虑并联网侧变换器电流容量时参考电流指令在其电流最大值下的分配原则及分配后的参考电流指令。对一台2MW基于串联网侧变换器的双馈风电系统在不平衡且谐波畸变电网电压下的仿真分析,验证了所提控制策略及并联网侧变换器参考电流指令分配原则的正确性。

负序及谐波畸变电网电压下双馈风力发电系统的改进直接功率控制策略

由于定子直接连接到电网,电网电压中的负序和谐波分量会严重恶化双馈风力发电机(DFIG)系统的运行性能,导致系统输出总电流三相不对称及谐波畸变、总输出有功功率及无功功率波动等,使得DFIG系统无法安全稳定可靠运行,且输出风电质量下降。同时考虑负序和谐波电网下DFIG系统机侧变流器和网侧变流器的运行状态,以改善DFIG系统总输出电流或功率质量为目标,研究基于二阶矢量积分器(SOVI)的DFIG系统网侧和机侧变流器改进直接功率控制(DPC)策略,改善DFIG系统的运行性能。实验结果验证了所提出的负序和谐波畸变电网电压下DPC策略的正确性及有效性。

电网电压谐波畸变条件下并网逆变器的控制策略研究

为了提高电网电压畸变条件下分布式发电系统的适应能力,实现逆变器输出电流的高质量并网,需要改进其传统控制策略。首先,建立三相LCL型并网逆变器的等效数学模型,分析电网背景谐波影响入网电流的机理。然后,提出一种基于PMCI(比例多复数积分)控制器和改进电网电压前馈的有源阻尼控制策略。通过PMCI控制器实现对基波电流的无静差跟踪和对谐波的有效补偿,引入电网电压前馈提高整个控制系统对电网电压扰动的响应速度,同时滤除部分谐波。最后,在MATLAB/Simulink中搭建逆变器的控制模型,仿真结果显示电网电压谐波畸变条件下,所提出的控制策略能够有效削弱电网背景谐波对入网电流的影响,证明了该控制策略的可行性与有效性。

基于电网谐波电压前馈的虚拟同步整流器电流谐波抑制方法

虚拟同步机技术可使电力电子变换器表现出类似同步电机的阻尼和惯量特性,从而促进电源或负荷与电网的友好交互。然而,因实际电网运行工况较为复杂,电网电压畸变将导致虚拟同步变换器的并网电流发生严重畸变。为此,该文提出一种适用于畸变电网下的虚拟同步整流器电流谐波抑制方法。首先,运用阻抗分析法,研究电网谐波电压对虚拟同步整流器并网电流的影响机制;其次,基于阻抗分析,提出一种电网谐波电压前馈的方法,通过增大谐波频率处的网侧阻抗,削弱电网谐波电压对并网电流的影响,实现对电流谐波的抑制;最后,采用小信号分析法,研究前馈因子的取值方法,并评估系统的稳态与动态性能。仿真和实验结果证明了该研究方法的正确性和有效性。

三相三线制LCL型并网逆变器相电压前馈控制研究

本文基于LCL滤波的逆变器侧电流反馈结构,建立了连续域的电流内环控制模型,分析了电网电压畸变对并网电流的影响,进而提出了电网电压比例前馈控制方法。通过比较两种不同线电压合成相电压方式下的零序分量幅值,分析了基于电压前馈补偿中的零序分量对三相电流波形的畸变过程,实验结果验证了方法的正确性。

非理想三相电网的特征信号提取

当三相电网电压发生畸变或不平衡时,并网系统存在诸多非理想特征信号,例如谐波和负序分量等。针对此类问题,文中提出了一种基于ISDFT的谐波与负序分量提取算法。该算法通过对SDFT传递函数进行重新设计,在保留良好的信号过滤特性同时提高了系统的响应速率,且具有较强的灵活性。实验结果表明,ISDFT能够快速、准确地提取特征谐波及负序分量,且在负载发生突变时具有良好的动态性能。此外,以提取三相电网电压的5次、7次谐波为例,DFT、SDFT、ISDFT提取谐波的效果一致,但ISDFT的响应速率比SDFT快44.56%,比DFT快65.32%。

基于虚拟电阻的LCL型并网逆变器前馈控制策略

为改善无源阻尼产生的损耗及低输出阻抗导致的电流畸变,设计了基于虚拟电阻的LCL型并网逆变器前馈控制策略。通过虚拟电阻增大等效阻尼,实现了尖峰削减;通过设计电网电压全前馈函数构成全前馈控制,提高了整体输出阻抗,实现了谐波电流抑制。仿真实验结果表明,该控制策略具有良好的稳态、动态和抗干扰能力。

一种新的谐波检测方法及其在APF中的应用

有源电力滤波器作为改善电能质量的装置被广泛地应用在各种场合,其中谐波检测环节在有源滤波器中扮着重要角色。针对在网侧电压波形发生畸变、幅值跌落等恶劣环境中,传统锁相环无法准确对电压相位进行锁相的情况,提出一种基于双同步坐标系解耦的柔性锁相环的有效值谐波检测方法,并在模拟某相电压跌落和相位偏移的情况下,将其与基于传统锁相环的方均根值谐波检测方法进行对比分析。仿真结果表明,此方法是可行的,可以在电网恶劣环境下,准确检测出电网电压正序基波电压的相位信息,同时将其应用于有源电力滤波器中,网侧谐波的补偿达到了预期的效果。

基于改进DSOGI-FLL的并网变流器多谐振解耦网络同步方法

电网电压基频正序分量相位和幅值的准确检测是三相并网变流器稳定运行的重要保证。针对传统单同步旋转坐标系锁相环在畸变或不平衡电网下锁相精度低的问题,文中利用双二阶广义积分器锁频环(DSOGI-FLL)设计了一种多谐振解耦网络的电网同步方法。首先,分析了二阶广义积分器锁频环自适应提取电网电压基波和频率的原理;其次,详细分析了不平衡电网下DSOGIFLL的锁频响应特性,提出将负序电压分量考虑在内的增益标准化线性模型,以提升其在不平衡电网下的锁频性能;然后,设计了以DSOGI-FLL为基础的多二阶广义积分器谐振解耦网络,实现畸变及不平衡电网下基波电压信息的准确获取。仿真与实验表明,该方法在电网电压畸变或不平衡情况下均能准确获取电网电压基频正序分量的相位和幅值信息。

基于比例积分谐振调节的光伏并网逆变器电流控制方法

为解决电网电压畸变影响光伏逆变器电流控制性能的问题,提出一种基于比例积分谐振(PIR)调节器的电流控制方法.首先确定了光伏逆变器含有电流内环、直流电压外环的控制结构,PIR调节器用于对电流内环中电网电压畸变扰动的抑制与基波电流的跟踪.由于光伏逆变器的LCL滤波器与PIR调节器阶数较高,在设计控制参数时面临诸多问题,接着提出一种基于离散系统根轨迹法的PIR调节器参数设计方法,避免了连续域设计的调节器参数直接应用于数字控制器,从而引发调节器性能偏差甚至失稳.分析结果显示,在电网频率以及LCL滤波器参数变化时,设计参数依然可使系统具有较好的适应性.最后在Simulink上搭建仿真模型,验证了基于PIR调节的电流控制方法的可行性以及所设计调节器参数的正确性.

级联H桥光伏并网逆变器的无锁相环控制策略

级联H桥光伏并网系统采用多电平调制方法和各模块独立的MPPT控制,具有较高的效率,但是系统控制性能受锁相环影响较大,当电网电压畸变时锁相环的测量准确度会受到严重影响,使系统控制性能下降,尤其是在功率不平衡的情况下会出现过调制,导致系统不稳定。为此,提出一种应用在级联H桥光伏并网逆变器的无锁相环控制策略。该策略在基于无功补偿的级联H桥光伏并网逆变器控制策略的基础上,采用电网电压基波同步信号算法,在电网电压畸变时无需锁相环即可获取与电网电压基波同频同相的正、余弦信号,较好地满足了系统在功率平衡、功率不平衡2种工作状态下的控制要求。仿真结果和实验结果都验证了所提控制策略的有效性。

DSTATCOM补偿指令电流的新型检测方法

快速、准确地检测补偿指令电流是提高配电网静止同步补偿器(distribution static synchronous compensator,DSTATCOM)补偿性能的重要环节。在总结现有补偿指令电流检测方法的基础上提出一种新型检测方法。该方法利用基波正序电压提取模块检测出基波正序电压,之后对三相电流进行正余弦变换得到基波正序有功电流,与三相电流相减得到补偿指令电流。检测结果不受电网电压不对称和畸变的影响,无需利用锁相环电路获得同步旋转角,消除了由此带来的延时和误差,减少了硬件成本。仿真和样机实验结果验证了该方法的可行性。

一种改进的QPR并网逆变器控制策略

针对传统准比例谐振(QPR)控制策略不能在电网电压畸变条件下有效抑制并网电流谐波的缺点,设计了一种改进的QPR电流控制器.以三相并网逆变器为研究对象,在αβ静止坐标系下建立了三相并网逆变系统的数学模型和Simulink仿真模型,揭示了传统QPR控制在电网电压畸变时对并网电流质量影响的机理,分析了改进的QPR电流控制器的优越性.仿真结果表明,改进的QPR控制策略对比传统的QPR控制具备更强的抗干扰能力,在电网电压畸变时,能有效抑制并网电流的谐波畸变.

基于谐振控制器的并网谐波电流抑制研究

传统同步旋转坐标系下的比例积分(PI)控制策略理论上可以实现直流量的无静差控制,而对于电网电压畸变、死区时间等非理想并网工况引起的大量低次谐波电流的抑制能力有限,以至于变流电流不能满足并网谐波要求。针对并网谐波电流抑制,此处主要对电网电压畸变下并网变流器进行建模,以5/7次谐波为例推导其在基频d,q坐标系下的表现形式,进一步在PI控制器的基础上加入谐振控制策略,并分析控制对象的双边频域对称性,同时给出比例积分谐振(PIR)控制器的参数设计和数字化实现过程。最后通过仿真和实验验证了PIR控制策略的谐波抑制有效性。

一种基于磁链估算的单相CHB变流器无锁相环控制策略

为提高并网变流器的控制性能,提出一种新型的无锁相环控制方法,可有效避免锁相环(phase-locked loop,PLL)对动态性能的影响,控制结构得到简化。基于单相级联H桥(cascaded H-bridge,CHB)多电平变流器,首先引入一种增强的观测器,可准确估算出正弦的磁链基波信号;其次,推导了无锁相环控制的实现过程,并给出指令电流的计算公式。然后,针对电网电压谐波干扰的问题,通过建立阻抗模型,分析了系统的谐波抑制能力;并提出一种改进的电流控制器,实现了并网电流无谐波和快速动态响应的控制目标。此外,平衡控制方法使变流器直流侧电压保持稳定。最后,仿真和实验验证结果表明了所提方法的有效性。