基于多正弦信号注入的大功率并网逆变器电网阻抗在线测量技术研究

文中研究基于多正弦扰动信号注入的大功率并网逆变器电网阻抗测量技术。选取多正弦信号作为电压扰动,参考空间光场理论中的Gerchberg-Saxton相位恢复算法对扰动信号进行优化设计;剪辑函数作为其中的关键要素,能够决定扰动信号时域波峰的剪辑速度和剪辑能力;为提升上述性能,提出采用反正切函数代替传统算法中的对数剪辑函数,仿真结果表明,相位恢复算法的剪辑性能得到大幅提升;随后,通过逆变器将扰动信号注入电网,采用Gauss-Newton非线性最小二乘法对采集到的扰动信号特征谐波频率点的信息进行曲线拟合,获取当前电网阻抗信息;最后,于搭建的1.5 MW并网逆变器RT-Lab平台进行多弱电网场景下的阻抗测量实验,实验结果验证了此方案的有效性和准确性。

增强LCL型并网逆变器对电网阻抗鲁棒性的控制参数设计

电容电流反馈有源阻尼是抑制并网逆变器中LCL滤波器谐振的有效方式。然而,由于实际电网存在变化的电网阻抗,LCL滤波器的谐振频率会在宽范围内变化,使得电容电流反馈系数的选取变得困难。特别地,当谐振频率等于1/6的采样频率(fs/6)时,无论选取多大的电容电流反馈系数,系统都无法稳定。研究适应电网阻抗宽范围变化的电容电流反馈系数的设计方法,针对不同的谐振频率,推导出系统稳定时的幅值裕度要求,通过分析电网阻抗对幅值裕度的影响,得到最优的电容电流反馈系数。采用这个反馈系数时,除了谐振频率等于fs/6之外,系统都能保持稳定。进一步地,为了提高谐振频率等于fs/6时系统的稳定性,提出环路增益的相位滞后补偿方法。最后,在一台6 k W的原理样机进行实验验证,实验结果证明了理论分析的正确性。

电网阻抗对大型并网光伏系统稳定性影响分析

当电网阻抗较高时,并网光伏系统会变得不稳定;特别是连接在弱电网上的大型光伏电站,稳定性问题更为突出。为研究电网阻抗对大型并网光伏系统稳定性影响,该文建立了三相逆变器并联系统的诺顿等效模型,推导了逆变器并网电流、并网公共点电压表达式以及大型并网光伏系统的闭环特征方程,采用根轨迹法分析了电网阻抗对大型并网光伏系统稳定性的影响,最后建立系统仿真模型进行验证,结果表明,三相逆变器的诺顿等效模型相间不存在耦合效应,三相逆变器并联系统的特性分析可在单相逆变器并联系统中进行;在一定参数范围内,电网阻抗会造成大型并网光伏系统出现不稳定现象。

增强并网逆变器对电网阻抗鲁棒稳定性的改进前馈控制方法

随着分布式电源并网功率的逐渐增加及接入点的广泛分布,电网越来越表现出弱电网特性,即电网阻抗相对较大,此时在并网逆变器中广泛应用的电网电压前馈控制会严重影响到系统的稳定性。以L型滤波并网逆变器为研究对象,采用框图等效变换的方法分析弱电网情况下前馈控制对并网逆变器特性的影响机理,以及电网等值电感和阻感比对系统稳定性的影响规律,并在电压前馈通道中引入一种带通滤波环节,提高弱电网下并网逆变器的鲁棒稳定性。分析表明,附加带通滤波环节的电压前馈控制可使得逆变器在短路比较小的弱电网中仍能够稳定工作。最后,搭建一台66k V·A并网逆变器实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性和所提改进策略的有效性。

降低谐振频率偏差和电网阻抗影响的单逆变器电流反馈谐振抑制方法

对于LCL型并网发电系统,引入高通滤波器的单并网电流反馈有源阻尼方法因难以在谐振频率偏移较小的工况下抑制谐振尖峰,不利于系统可靠运行。为此,该文将单电流反馈点变换成逆变器侧电流,提出一种无额外传感器的单逆变器电流反馈谐振抑制（inverter current feedback resonance suppression,ICFRS）方法,降低了控制所导致的谐振频率偏差对谐振抑制的影响。另一方面,考虑到数字控制下控制延时和电网阻抗的影响,推导出该方法所等效的虚拟阻性的正负分界频率范围为[fs/6,fs/3）是系统鲁棒性差的根本原因,提出鲁棒ICFRS方法。该情况下,无论弱电网下电网阻抗如何变化,所等效的虚拟电阻均呈正阻性,进而提高了系统的稳定性。同时,详细分析系统的控制性能,选取合适的控制参数,避免了参数的反复试凑。最后,通过仿真和实验结果验证所提控制方法的有效性。

并网逆变器电网阻抗检测技术综述

分布式发电系统中,并网逆变器的性能同电网阻抗密切相关,而电网阻抗随着时间和电网运行状态的变化而变化,因此精确的电网阻抗测量是实现并网逆变器在弱电网场合下高性能自适应控制的关键技术。已有文献研究了电网阻抗测量技术并提出了一些可行的方法,但已有研究未明晰各方法的优缺点。为此,分类整理了已有的电网阻抗测量方法,将其分为主动测量方式,被动测量方式和准被动测量方式3大类,并且评述了各方法的特性、优缺点和适用场合。最后指出了目前还待解决的一些问题。

考虑电网阻抗影响的大型光伏电站并网稳定性分析

对于大型光伏电站,即使单台并网逆变器的输出电流谐波较小,多台并联后输出电流的谐波也有可能超标。基于上述原因,本文将电网阻抗考虑到大型光伏电站并网系统中,根据大型光伏电站的拓扑结构和工作原理,建立了三相LCL型并网逆变器并联系统的等效电路模型,针对所建立的等效电路模型,利用传统的频域分析法,对电网阻抗在大型光伏电站并网逆变器电流控制中的影响进行了分析。理论分析表明:电网阻抗在大型光伏电站并网逆变器并联系统中存在耦合效应,该耦合效应降低了并网逆变器控制回路的带宽和稳定裕度,导致并网电流谐波含量超标等不稳定问题,仿真与实验结果验证了理论分析的正确性和可行性。

基于复数滤波器和非特征次谐波注入的电网阻抗估算方法

在微电网系统中,通过对电网阻抗的辨识可改善微电网变流器的控制性能,并可用于判断电网并离网状态。为此,基于非特征次谐波注入的电网阻抗估算方法,采用复数滤波器提取电压和电流信号中非特征次谐波进行电网阻抗估算。详述了复数滤波器的设计方法,并从非特征次谐波提取精度和动态性能等方面对复数滤波器的参数设计进行了分析。仿真和实验结果验证了所提电网阻抗估算方法的可行性。

考虑电网阻抗影响的LCL型并网逆变器控制策略

在考虑电网阻抗情况下对带LCL滤波器的三相光伏逆变器稳定性以及相应的控制策略进行研究。详细分析电网阻抗对并网光伏系统稳定性的影响,同时提出基于状态反馈极点配置的逆变器控制策略以实现系统极点的任意配置,从而抑制电网阻抗对系统电能质量以及稳定性的影响。最后建立系统仿真和实验模型进行验证。结果表明:电网阻抗易导致采用PR+HC控制器的光伏并网系统出现不稳定,降低系统并网电能质量;所提出的极点配置方法可有效抑制电网阻抗对系统稳定性影响。

弱电网下计及锁相环影响的并网逆变器输出阻抗重塑

比例积分+谐振补偿控制器(resonant harmonic compensators,HCs)可以用来抑制电网背景谐波引起的并网电流畸变。然而在电网阻抗较大时,锁相环(phase-locked loop,PLL)、电流控制器与电网阻抗相互耦合,降低了并网逆变器系统的稳定性。为了改善弱电网下锁相环对并网逆变器系统的不利影响,首先建立了考虑锁相环影响的并网逆变器小信号模型,分析了锁相环导致系统稳定性的原因,揭示了电网阻抗影响并网逆变器-电网交互系统稳定性的本质规律。然后,提出一种基于二阶低通滤波器(low-pass filter,LPF)的锁相环优化控制与参数设计方法,以重塑并网逆变器输出阻抗。最后对所提策略进行了仿真与实验验证。研究结果表明,改进的策略可以提高弱电网下并网逆变器系统的稳定性,改善其对电网的适应性,从而证明了理论分析的正确性与所提策略的有效性。

感性电网阻抗下三相光伏逆变器稳定性分析

许多情况下,电网并非理想的电压源,而是存在感性阻抗的弱电网。传统的光伏逆变器设计并没有考虑电网阻抗的影响,逆变器?电网级联系统阻抗不匹配容易导致逆变器的稳定性能降低,甚至不稳定。该文从阻抗的角度,分析L滤波和LCL滤波的光伏逆变器在感性电网阻抗下的稳定性,并分别对稳定判据和输出导纳模型展开研究。通过模型降阶和矩阵近似,简化广义奈奎斯特稳定判据对逆变器?电网级联系统的稳定性分析。借鉴直流电源导纳模型建立的方法,简化由闭环状态矩阵推导d轴输出导纳的计算过程。最后根据所提出的简化判据和建立的d轴输出导纳模型,分析两种滤波方式下级联系统的稳定性,并研究滤波器参数与对级联系统稳定裕度的影响。通过实验对所进行的稳定性分析进行了验证。

提高LCL型并网逆变器对电网阻抗鲁棒性的阻抗调节方法

电容电流反馈有源阻尼是解决LCL型并网逆变器谐振影响的有效途径。然而,当逆变器采用数字控制时,数字控制引入的控制延时会影响电容电流反馈的阻尼效果,导致并网逆变器对电网阻抗的鲁棒性变差。该文提出一种在公共耦合点并联RC支路的电网阻抗调节方法,使调整后的电网阻抗与并网逆变器的输出阻抗始终满足基于阻抗的稳定性判据。所提出的电网阻抗调节方法能够确保并网逆变器适应电网阻抗宽范围变化,且具有实现简单、可靠性高、成本低、引入的损耗小等优点。最后,在一台6 k W的实验样机上做了实验验证,实验结果验证了理论分析的正确性。

适应实际电网阻抗特性的DFIG不平衡电压解耦补偿技术

提出了一种利用双馈感应发电机(DFIG)补偿公共连接点(PCC)不平衡电压的方法。在DFIG负序数学模型基础上,使用基于电网阻抗观测的解耦控制器实现DFIG对PCC负序电压交、直轴分量的解耦控制,确保DFIG系统在任意电网阻抗比下具有优良的负序电压补偿性能。详细介绍了该方法的设计思路,推导了使用该方法的DFIG系统的闭环传递函数,通过研究电网阻抗比变化时系统闭环极点的轨迹分析了所提不平衡补偿方法的稳定运行能力,并分析了所提方法对电网阻抗动态变化及阻抗估计误差的适应能力。搭建了Simulink仿真模型,对比分析了所提解耦补偿方法与传统不解耦补偿方法的控制性能。最后,搭建了单机实验平台,实验结果证明了所提补偿方法的有效性和相比不解耦补偿方法的优越性。

针对电网阻抗的大型光伏并网系统稳定性分析与提高策略

大型光伏并网系统中,一般采用多逆变器并联结构来提高总的光伏并网系统的容量。由于光伏电站的结构特点,随着并网容量的增加,电网阻抗值相对于某一个光伏发电单元而言将会被等效放大,从而导致逆变器控制策略失效且并网失败。文中在光伏并网系统开关平均模型的基础上,详细分析了电网阻抗对于逆变器输出电压和电流的影响,并针对电网阻抗导致的光伏并网系统的不稳定现象,采用虚拟阻抗思想,通过输出电流反馈,实现指令电流与输出电流的协调配合,等效消除电网阻抗对并网电压稳定性和并网电能质量的影响,从而保证系统的稳定运行。最后,通过仿真分析和试验验证了理论分析的正确性。

双谐波注入的弱电网阻抗在线检测方法

弱电网的主要电气特性之一为高电网阻抗,电网阻抗的增大会改变控制系统受控对象的模型阶数,影响逆变器控制环路增益、带宽和控制性能,对光伏逆变器并网电能质量和稳定运行带来不利影响.为实现电网阻抗的在线检测以进一步优化逆变器控制策略,以弱电网下单相光伏并网逆变器为研究对象,在对其控制系统进行建模与分析基础上,研究基于谐波电流注入的电网阻抗在线检测方法.首先从理论上对单谐波电流注入法和双谐波电流注入法进行对比分析;进而从仿真角度对两种方法在检测精度、逆变器并网电流THD值影响方面进行验证;最后选定双谐波电流注入法作为主要研究方法,该方法周期性地向电网注入两种不同频率的谐波,利用检测元件获得并网点处的电压和电流信息,经由傅里叶分析处理后可得电参量中所包含的特定次谐波分量,进一步计算可得电网阻抗的实时值.实验结果表明:双谐波电流注入法可以实现对电网电阻和电感的准确辨识,与传统单谐波注入法相比,该方法不仅无需计算相角信息,同时具有更高的检测精度.

我国低压电网台区阻抗特性研究

设计专用数据采集装置,在低压电网现场数据采集,计算出不同频率信号下,工频周期内的电网阻抗,并形成三维阻抗频谱图。分析得出低压台区电网的频率在100 kHz以下,400 kHz以上的阻抗较稳定,阻抗值在0.5～15Ω之间。建议载波发送装置的输出阻抗的设计值为2～15Ω。

基于电网阻抗的光伏接入弱电网准入功率计算

针对光伏电源接入弱电网引起电压越限的问题,提出了利用电网阻抗来求取准入功率的方法。通过光伏电源接入弱电网潮流分析模型和功率传输过程中功率和电压的关系,把电压不越限的约束条件表达为光伏电源准入功率与电网阻抗之间的函数关系,克服了传统方法中重复潮流法计算量大、费时的缺点。通过对IEEE33节点配电网的计算分析,验证了该方法的合理性和可行性。

并网逆变器与电网阻抗交互失稳机理及阻尼策略

随着新能源并网规模的不断增大,并网逆变器与电网阻抗交互作用愈加显著,逆变器与电网阻抗的交互作用会降低并网系统功率变化阻尼效果,从而导致逆变器与电网间按特定频率交换显著的能量,引发振荡等失稳问题。该文针对此现象,建立并网逆变器系统的小信号模型,从阻尼角度分析电网阻抗与并网逆变器交互失稳机理。在此基础上,提出一种可提升弱电网下并网逆变器系统功率振荡阻尼效果的控制策略,该控制策略将直流电压微分量引入到电压环及电流环输入环节,实质是在直流侧串联虚拟电阻,从而提升系统阻尼。理论分析表明,该策略不仅能改善并网逆变器稳定性,还可扩大逆变器稳定控制参数域。最后通过硬件在环仿真验证了所提方法的有效性。

弱电网条件下基于阻抗的稳定性判据重塑

弱电网条件下电网阻抗所具有的不确定性以及宽范围变化特性会严重影响逆变器并网系统的控制性能,甚至可能导致系统不稳定。当前利用电网阻抗与逆变器等效输出阻抗的比值来判定系统是否稳定的阻抗分析法,虽然在一定条件下可以判定逆变器并网系统的稳定性,但存在表征系统稳定性裕度不准确,以及当逆变器控制参数发生变化时可能导致的传统基于阻抗的稳定性判据不再适用的问题。针对上述传统阻抗分析法存在的不足,对传统基于阻抗的稳定性判据进行了重塑,重塑后基于阻抗的稳定性判据不仅能够精确表征系统的稳定性裕度,而且对变参数控制并网逆变器也具有普适性,保持了阻抗分析法的优良特性。最后,在弱电网条件下,以三相LCL型滤波的并网逆变器模型为基础,通过仿真分析验证了文中理论分析的正确性与重塑方案的可行性。

基于PRBS信号注入的电网阻抗在线检测方法

为了实现电网与并网逆变器的稳定运行,提出一种基于PRBS信号注入的电网阻抗在线检测方法。该方法通过并网逆变器向电网注入PRBS扰动信号来获得特定频率的响应电压和扰动电流,然后进行DFT变换,最后得到电网阻抗。仿真结果表明:PRBS注入法对电网的扰动较小,能够更好地测量电网阻抗,检测精度高。