高渗透率下基于并网逆变器阻抗重塑的锁相环设计方法

针对锁相环、电网阻抗与并网逆变器相互耦合所引发的系统稳定性下降问题。首先,建立考虑电网阻抗的锁相环控制结构模型,通过分析锁相环闭环传递函数可知,电网阻抗会使锁相环系统产生右半平面闭环极点,严重影响锁相环与逆变器系统的稳定性。其次,通过分析逆变器系统输出阻抗,说明锁相环所引入的负阻抗是逆变器系统稳定裕度下降的主要原因。鉴于此,该文提出一种新型锁相环设计方法,理论分析表明,所提方法既能够保证高渗透率下锁相环具有高鲁棒性,又能够对逆变器系统输出阻抗进行重塑,有效拓宽系统对电网阻抗的适应范围。最后,通过仿真与实验验证所提新型锁相环设计方法的有效性。

弱电网下基于电网电压前馈的并网逆变器阻抗重塑控制策略

弱电网下,锁相环在基波以上频段引入的负阻特性,会降低系统输出阻抗的相位,严重影响系统稳定性。鉴于此,该文通过系统控制框图等效变换,推导得到可以消除锁相环负阻特性的电网电压前馈函数,进而提出一种基于电网电压前馈控制的并网逆变器阻抗重塑控制策略。同时,为了提高该策略的普适性,该文利用函数近似和多目标约束为电网电压前馈函数的优化提供两种设计方法,并从系统基波电流跟踪性能、并网功率因数等方面进行误差分析,从而证明其函数优化设计方法的可行性。理论分析表明,优化后的电网电压前馈控制策略,可以有效地对系统输出阻抗相位特性进行重塑,很大程度上拓宽了系统对电网阻抗的适应范围。最后,通过仿真与实验验证所提控制策略的有效性。

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。

弱电网下计及背景谐波的多并网逆变器阻抗重塑谐振抑制方法

弱电网下多逆变器并网系统的谐振问题一直广受关注,当计及背景谐波时,逆变器的电网电压前馈环节引入正反馈通路,将进一步恶化系统的电能质量。鉴于此,提出了一种弱电网下计及背景谐波的多并网逆变器阻抗重塑谐振抑制方法。通过对逆变器的控制环节进行导纳划分,建立基于三分解导纳的多逆变器并网等效模型,并利用模态分析法得到逆变器数量和电网侧阻抗变化时系统的谐振特性。计及电网电压前馈和电容电流反馈环节,对加权电流控制进行改进,并通过公共耦合点并联虚拟导纳对逆变器进行阻抗重塑,以实现对弱电网下系统谐振的抑制。仿真结果表明,所提方法既能极大地减小背景谐波对逆变器输出电流的影响,又能有效地抑制弱电网下多逆变器并网系统的谐振。

基于SVG附加电流反馈阻抗重塑的双馈风电场次/超同步振荡抑制策略

双馈风电场易与电网相互作用引起次/超同步振荡,针对目前抑制振荡时阻抗重塑法适应性不强的问题,提出一种基于静止无功发生器(SVG)附加电流反馈控制的阻抗重塑法,该方法建立的虚拟阻抗可跟随风电场的阻抗特性变化而改变,其灵活性强于通过建模分析设计出的固定虚拟阻抗。首先,基于SVG和风电场并网阻抗模型推导了该方法所加入的虚拟阻抗公式。然后,根据阻频特性分析了该方法的有效性以及阻抗重塑控制参数对抑制效果的影响。最后,根据青海省某双馈风电场并网模型,在PSCAD/EMTDC中建立了电磁暂态仿真模型,仿真结果表明:所提方法可以在不同振荡情况下实现对场站的阻抗重塑,灵活抑制风电场次/超同步振荡。

基于阻抗重塑的并网逆变器改进前馈控制策略

在弱电网下,电网电压前馈环节、数字控制延时等因素与电网阻抗发生耦合,大幅降低系统的稳定性。针对该问题,首先建立并网逆变器输出阻抗模型,分析了传统比例前馈控制方法的局限性。在此基础上提出一种基于阻抗重塑的并网逆变器改进前馈控制策略,在电压前馈通道中增加带通滤波器,分析改进系统的输出阻抗特性,该方法有效提升了系统的鲁棒性,同时在电压前馈通道中串联谐波控制器,可以进一步改善并网电流质量。最后,通过仿真和实验验证了所提策略的有效性。

基于阻抗重塑的多并网逆变器并联系统谐振抑制方法研究

多并网逆变器并联系统存在并联谐振问题,且会受到电网阻抗和并联逆变器台数影响导致并联谐振频率点偏移,给该并联系统的控制及稳定运行带来一定的难度。建立了多并网逆变器并联系统的阻抗模型,并根据阻抗重塑原理,采用基于虚拟阻抗的全局谐振抑制方法,通过在公共连接点并联额外的电力电子装置,实时检测公共连接点处谐波电压,采用基于变换器侧电流反馈控制策略,产生一定大小且和谐振频率相关的虚拟阻抗,实现对电网阻抗的重塑以抑制并联系统的谐振。该方法在不改变各个逆变器原有控制策略的情况下,既可以抑制并联谐振,又可以提高整个系统的稳定性。最后,通过仿真验证所研究全局谐振抑制方法的正确性与可行性。

三相四桥臂逆变器高频振荡机理分析及基于电流反馈的阻抗重塑方法

在分布式电网和配电网中,相较于三相三线制系统,由于三相四线制系统中存在额外的零序通路且零序分量也会引起高频振荡,导致现有的高频振荡抑制方法不再适用。分析了单电感滤波的三相四桥臂并网逆变器接入带并联补偿电容的电网时的高频振荡产生原因。为抑制正序、负序和零序分量引起的高频振荡,提出了一种基于电流反馈的阻抗重塑方法。该方法可以改变三相四桥臂逆变器的正序、负序和零序阻抗在高频段的幅值和相位,确保系统在高频段有足够的相位裕度。理论分析和硬件在环实验验证了所提出控制策略的正确性和有效性。

弱电网下LCL型并网逆变器阻抗重塑谐振抑制策略研究

针对电网电压比例前馈控制下电网阻抗宽范围变化易导致并网逆变器发生谐振或失稳的问题,提出了一种改进电网电压比例前馈与超前校正相结合阻抗重塑谐振抑制策略。该策略首先在传统电网电压比例前馈环节串联二阶广义积分器(SOGI),消减电网电压比例前馈与线路阻抗耦合导致的正反馈,一定程度上提升系统稳定裕度;进一步在电流前馈通道中引入超前相位校正,对系统相位裕度进行补偿,提升逆变器等效输出阻抗与电网阻抗交点处相角裕度,避免谐振发生,增强逆变器在电网阻抗宽范围变化时的鲁棒性,同时给出具体实现过程及参数设计思路,经仿真验证了所提策略的可行性。

基于多支路阻抗重塑的双馈风力发电机次同步振荡抑制策略

针对双馈风力发电机组次同步振荡现象提出一种基于多支路阻抗重塑的抑制策略。首先建立了双馈风力发电机组的输出阻抗模型,并通过聚合RLC等效电路分析次同步振荡机理。然后,提出多支路阻抗重塑抑制策略,建立了附加抑制策略后的阻抗模型,并解释了其抑制机理。接着,分析了多支路阻抗重塑抑制策略的附加控制参数选取范围,并指出该控制策略的优势在于同时在多个支路重塑系统电阻及电抗,拥有更强的抑制能力,能够抑制更为严重的次同步振荡。最后,对提出的方案进行验证,主要使用的方法是半物理实验方法。

基于环路滤波阻抗重塑的并网锁相环改进方法

锁相环(PLL)作为传统并网同步单元,在弱电网下会对并网稳定性产生不利的影响。这里搭建了并网逆变器小信号阻抗模型,分析了PLL对并网电力系统稳定性的影响机制,并给出了在常规PLL控制方法下的系统稳定性分析。在此基础上,提出了一种基于PLL改进控制和参数的设计方法,对PLL的附加阻抗进行重塑。该方法提高了系统的相位裕度,同时还满足了并网逆变器对快速性的要求。最后通过仿真和实验表明,该方法可以保证并网系统在大电网阻抗下实现高质量的并网电流输出。

基于阻抗重塑分析的逆变器并网稳定性研究

在弱电网下,电网阻抗的存在会削弱三相逆变器的稳定裕度,阻抗分析法可针对并网逆变器与弱电网之间的相互作用开展研究。分析了逆变器阻抗重塑控制策略,引入正负序并联校正阻抗进行逆变器的阻抗重塑;通过优化比例前馈系数和改进锁相环结构增大系统的稳定裕度,扩展三相逆变器并网系统稳定运行时电网阻抗范围,提高了系统对弱电网的适应性;将所提控制策略应用于三相逆变器并网系统并通过MATLAB/Simulink进行仿真,结果验证了该控制策略的有效性。

极弱电网下基于电压前馈的并网逆变器输出阻抗重塑

极弱电网下并网逆变器存在稳定性问题和低频段电流谐波放大问题。为此,首先,构建了逆变器q轴输出阻抗模型,分析了并网逆变器系统的稳定裕度;其次,建立了低频段电流谐波放大分析方法;然后,基于电压前馈构建了输出阻抗重塑的精确传递函数,并在保证输出阻抗相位提升幅度不产生较大偏差的情况下,对前馈电压传递函数进行了简化与优化;最后,搭建了硬件在环仿真平台对所提方法进行了验证。结果表明,所提低频段谐波放大分析方法和基于电压前馈的输出阻抗重塑策略是有效的,并网逆变器的稳定性和谐波特性有较大改善。论文研究可为并网逆变器在极弱电网下的稳定性提升和低频谐波电流抑制提供参考。

光伏并网逆变器的阻抗重塑与谐波谐振抑制

针对并网逆变器的输出阻抗重塑控制,及其在抑制分布式光伏发电系统谐波谐振中的应用进行研究。首先,以一个典型的分布式光伏并网发电系统为例,分单台并网逆变器和多台并网逆变器两种情况,定量分析系统内串并联谐波谐振的机理及其影响因素。其次,提出一种能重塑光伏并网逆变器高频输出阻抗的控制策略。利用基于二阶广义积分器的陷波器滤除并网电压/电流基波分量后,经过输出阻抗控制后反馈到其指令电流(或调制信号)中,从而重塑并网逆变器的输出阻抗。当重塑后的阻抗呈现足够大的阻性时,可有效抑制网络内的高频谐波谐振。最后,利用PSCAD/EMTDC的仿真结果和一个微电网的实验结果验证所提控制策略的正确性和有效性。

提高LCL型并网逆变器阻抗重塑控制鲁棒性的延时补偿方法

阻抗重塑方法通过增大LCL型并网逆变器的输出阻抗,提高逆变器对电网谐波电压的抗扰能力。但阻抗重塑控制通常采用数字控制方法,存在控制延时,降低了逆变器的稳定性,并在高于1/6采样频率(f_s/6)的频率段减小了逆变器输出阻抗的模值。为此,提出一种LCL型并网逆变器的状态预估延时补偿方法,通过补偿延时环节产生的相位滞后,优化了虚拟阻抗函数。该方法显著增大了逆变器输出阻抗的模值,提高了阻抗重塑控制的鲁棒性,使逆变器在电网含有谐波电压时满足并网电流的谐波标准。以三相LCL型并网逆变器为例进行实验,验证了控制策略的有效性。

一种LCL型并网逆变器的复合阻抗重塑方法

LCL型并网逆变器高频谐波衰减能力强,但存在谐振问题,并且并网电流在电网低频谐波电压的扰动下发生严重畸变。建立LCL型并网逆变器的状态空间模型,通过状态反馈有源阻尼控制配置主导极点,对并网逆变器谐振频率的输出阻抗进行校正,引入阻尼比以抑制谐振峰。进一步地,为了抑制电网背景谐波电压对并网电流的扰动,提出一种谐波补偿方法,通过电压前馈函数与二阶Butterworth滤波器串联,重塑逆变器的中低频输出阻抗,同时提高了电压前馈控制对阻抗参数的鲁棒性。采用这种复合阻抗重塑方法时,逆变器的中低频输出阻抗可以增大10倍以上,仿真实验验证了所述方法的正确性和有效性。

弱电网下具有定稳定裕度的并网逆变器阻抗重塑分析与设计

针对弱电网下并网逆变器的稳定性控制问题进行了研究。该文以重塑的基于阻抗的稳定性判据为理论基础,以电流双闭环控制三相LCL型并网逆变器为模型,建立并网系统的诺顿等效串、并联阻抗数学模型;通过分析等效输出阻抗的特点,选择对逆变器的并联等效输出阻抗进行重塑;该阻抗重塑控制技术包含电网阻抗检测、相位裕度补偿和幅值矫正三个单元,重塑后的等效阻抗模型在电网阻抗宽范围变化时始终能够保持逆变器并网系统具有恒定的稳定裕度,与此同时在考虑电网阻抗存在检测误差的情况下,依旧能够保证系统具有良好的稳态和动态性能。最后,通过仿真和实验验证了文中理论分析的正确性以及所提阻抗重塑控制技术的有效性。

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。

不同容量VSG并联的自适应谐波阻抗重塑均流控制方法及其稳定性分析

在虚拟同步电机(virtual synchronous generator,VSG)并联的独立微电网中,非线性负载带来大量谐波电流,线路阻抗差异会导致谐波电流的不均分,造成某些容量小的分布式电源承担更多的谐波电流,这将不利于系统的稳定运行。针对此,该文提出一种自适应谐波阻抗重塑方法,通过引入谐波电流前馈补偿控制和阻抗重塑因子自适应控制,自适应、宽范围重塑逆变器的谐波阻抗,解决因线路阻抗差异、容量差异引起的谐波电流不均分问题,实现谐波电流按照容量均分,并能提高公共连接点(point of common connection,PCC)的电压质量。所提控制方法无需构造额外的虚拟阻抗,无需检测线路阻抗参数,能自适应实现谐波电流均分。基于阻抗的稳定性判据验证所提方法能保证系统的稳定运行。仿真和实验验证了所提方法的有效性。

应对并补电网下DFIG系统高频谐振的宽频阻抗重塑策略

并联补偿在电力系统中广泛用于无功补偿及提高电网电压供电质量,当基于双馈式感应发电机(DFIG)的风电机组接入并补电网时,若其阻抗与并补电网阻抗不匹配,则风电机组与电网的互联系统会引发高频谐振,恶化系统运行性能。提出一种基于阻抗重塑技术的DFIG系统高频谐振抑制策略,在分析DFIG机侧和网侧阻抗的基础上,在网侧变流器中引入了基于切比雪夫滤波器的阻抗重塑控制器,对DFIG系统高频段阻抗特性进行宽频域范围重塑,从而避免了已有高频谐振控制策略中的谐振检测环节,改善了目前基于谐振频率检测的谐振抑制策略中存在的在并补度改变时谐振抑制性能下降的问题,提高了DFIG系统对并补电网的适应能力。进而,分析了所提出的谐振抑制策略对基频控制的影响,并对所提DFIG系统高频谐振抑制策略进行了仿真验证。