阻性逆变器并联环流分析及鲁棒下垂多环控制

对于独立微电网中的并联逆变器,其等效输出阻抗和线路阻抗差异对功率分配和环流抑制存在较大影响。从逆变器并联的功率传输特性出发,分析现有下垂控制对阻性逆变器并联功率分配的影响,并在分析阻性逆变器环流特性的基础上,提出一种鲁棒下垂多环控制方法,其由功率外环和电压电流内环构成。功率外环采用鲁棒下垂控制器,减小阻抗差异对功率精确分配的影响;通过引入含阻性分量和感性分量的虚拟复阻抗,将逆变器的等效输出阻抗设计呈阻性;采用准谐振PR控制实现在较宽频带内逆变器输出电压的零稳态误差控制,进而减少逆变器间输出电压偏差并抑制环流。采用输出电压前馈和电容电流比例控制提高系统暂态响应和电流抗扰动能力。深入对比分析控制方式和控制参数对等效输出阻抗的影响,并择优选取控制参数。仿真和实验结果验证了所提提方法的正确性和有效性。

微网逆变器的改进鲁棒下垂多环控制

对于孤岛模式下的逆变器,其等效输出阻抗和连线阻抗差异对功率分配和环流抑制的影响较大。鲁棒下垂控制虽然可以减小阻抗差异对功率精确分配的影响,但在逆变器投入并联运行过程,存在冲击电流大、过渡时间长的不足,影响鲁棒下垂控制的实用化。为此,以阻性线路阻抗为例,提出一种改进的鲁棒下垂多环控制方法,其由功率外环和电压、电流双环构成。电压、电流双环设计中,采用考虑负载影响的控制器参数设计方法,抑制负载变化对电容电流内环跟踪性能的不利影响。功率外环通过引入阻性虚拟阻抗将逆变器的等效输出阻抗设计成阻性,提出一种改进的鲁棒下垂控制方法,与常规鲁棒下垂控制相比,可以改善逆变器的并机过程,减小并机冲击电流,加快并机过渡过程,实现平滑快速并机过渡。仿真与实验结果表明了所提理论的正确性和有效性。

并联运行的高频链矩阵式逆变器鲁棒下垂研究

为拓展系统容量,实现逆变器的电气隔离,克服传统逆变器体积大、成本高、噪声大等缺点,对高频链矩阵式逆变器进行并联研究。在研究高频链矩阵式逆变器解结耦SPWM调制策略的基础上,推导出任意并联逆变器之间的环流表达式。针对并联逆变器功率不均分问题采用鲁棒下垂控制,使并联逆变器的功率得到了均分,从而减小并联系统的环流。最后通过实验验证所提理论的可行性和有效性。研究结果可为并联逆变器系统中的环流分析提供理论依据。

逆变器潮流计算节点类型等效及鲁棒下垂节点的潮流计算

潮流计算在电力系统分析中占据着基础性的地位。微电网的潮流计算往往需要利用节点类型等效的方法将逆变器转换成PQ和PV类型的节点。但节点类型等效的条件与逆变器控制策略密切相关。文中从微电网潮流计算的角度,通过比较逆变器滤波器的参数与微电网线路阻抗,总结了适宜进行直接等效的逆变器控制策略的特点。并针对近年来出现的鲁棒下垂控制器,建立了鲁棒下垂控制器的潮流计算模型。基于牛顿—拉夫逊法,给出了潮流计算的修正方程,统一求解系统潮流。最后,以欧盟20节点自治运行微电网为例,验证了算法的有效性。

并网逆变器的鲁棒下垂控制技术

针对传统下垂控制策略中电压幅值和频率精度较低以及功率不能合理分配的问题,在传统下垂控制的基础之上提出了鲁棒下垂控制策略。基于鲁棒下垂控制的并网逆变器能够对电压、频率进行自动调节,提高系统的稳定性,保证无功功率的合理分配。在MATLAB/Simulink软件平台上搭建了两台逆变器并联运行的模型并进行验证。仿真结果表明:当线路阻抗不相同、逆变器容量不同时,逆变器输出有功/无功功率也能够实现合理的分配。

一种低延时鲁棒功率下垂控制方法

在分析多逆变器并联功率分配机理上,提出一种低延时鲁棒功率下垂控制方法。通过重新设计等效输出阻抗呈阻性,将下垂控制器中有功/无功功率进行解耦。在此基础上,对有功功率控制构造积分器1/s,设计Q-f/P-U'鲁棒下垂控制器及U'恢复机理,提高了逆变器输出功率对等效输出阻抗和线路阻抗的鲁棒性,解除了线路阻抗与功率制衡关系,实现了负荷功率按额定容量比精确分配。该策略未改变逆变器等效输出阻抗的相频特性,无需重新设计等效输出阻抗,降低了设计难度。同时,利用所提的低延时快速功率计算方法降低了功率计算引入的控制延时,提高了系统的动态性。仿真和实验均验证了所提方法的正确性和有效性。

基于虚拟复阻抗的增强型鲁棒电压下垂控制方法及环流抑制策略

针对孤岛型微电网并联逆变系统,分析功率分配特性及并联逆变器引发的环流问题,研究其环流产生的机理,并据此进行相应的数学建模。提出增强型鲁棒电压下垂控制方案,重点将改进的比例积分(PI)控制器应用于有功-电压(P-E)和无功-频率(Q-ω)控制中,并对系统功耗进行优化,减小母线电压损失,消除阻抗影响,通过设置虚拟复阻抗消感增阻,达到抑制环流的目的。最后利用Matlab/Simulink仿真软件与微网新能源实验平台进行仿真实验验证,综合二者结果得出:所提控制方案合理、有效,对工程实际具有理论指导意义。

基于鲁棒电流下垂控制的不同容量逆变器并联控制研究

在低压微电网孤岛运行时,等效系统阻抗的特性和大小对于不同容量逆变器并联按其容量成比例精确分担负荷有很大的影响。本文详细分析了系统阻抗呈阻性时不同容量逆变器并联按其容量成比例分担负荷所需要满足的条件,并提出了鲁棒电流下垂控制策略,消除了系统阻抗对于有功电流精确分配的影响。对于逆变器输出阻抗,本文采用电容电压外环准PR调节器和电感电流内环比例调节器的双闭环控制,并且加入了一定的虚拟电阻,使得逆变器的等效输出阻抗呈阻性且可控。通过仿真和实验验证了所提控制策略的正确性和有效性。

孤岛微网并联逆变器环流抑制与母线电压控制

针对孤岛微网中采用传统下垂控制的并联微源逆变器之间存在较大环流及母线电压和频率偏移问题,文中从环流的一般性定义出发,分析了环流与负荷功率分配之间的定量关系,在此基础上将环流抑制问题转化为功率精确分配问题,并提出了一种母线电压和频率自恢复的改进鲁棒下垂控制方法。将PI控制器引入无功电压控制环中,实现无功功率的精确分配并加快其动态分配过程,进而抑制稳态环流,改善动态均流效果;通过对母线电压和频率进行闭环控制来实现其自动恢复,提高母线电压质量;针对逆变器并机后出现的新的功率分配不均衡的问题,提出了对应的解决方法。通过PSCAD/EMTDC仿真算例验证了所提方法的正确性和有效性。

并网逆变器小信号建模方法对比及其适用性分析

小信号建模是当前微电网稳定性分析和逆变器控制器设计的重要手段。依据是否考虑滤波器和线路的动态特性,小信号模型可以分为高阶模型和降阶模型,因此产生两种模型的对比问题。文中在考虑功率环、LC滤波器与线路阻抗等各环节小信号建模的基础上,针对单逆变器并网系统建立了高阶小信号模型。进而采用稳态方程描述滤波器和线路的动态特性,得到系统的降阶模型与误差表达式。然后针对单逆变器并网工况,利用MATLAB/Simulink软件,仿真验证了两种模型的正确性。随后,通过对特征根、主要相关状态变量与误差表达式进行分析,均表明降阶模型能够高精度地获取低频特征根。此外,通过对两种小信号模型获取的参数灵敏度和根轨迹进行分析,发现降阶模型应用到低频振荡、阻尼分析和控制器设计等场合的效果与高阶模型一致。但因无法获得中高频特征根,在低阻抗比或感性网络中存在稳定性判断错误的可能性。最后,通过根轨迹及功率响应波形,验证了这些结论的正确性。

计及无功电压环节的VSG虚拟转矩及振荡失稳机理分析

通过模拟同步发电机的机电暂态过程,虚拟同步发电机(VSG)技术成为并网逆变器接入电网的一个颇具吸引力的方案。然而,VSG也存在功率振荡现象,相关机理的研究有待开展。文中借鉴传统电力系统中的转矩分析理论,建立了计及无功电压环节的VSG小信号模型,并结合振荡模态,重新定义了虚拟转矩系数。然后,通过分析该系数与稳定性之间的关系,从数学上证明虚拟阻尼转矩不足将导致VSG出现功率振荡失稳。之后,以鲁棒下垂控制的VSG为例,给出了虚拟转矩系数的计算方法,并在PSCAD/EMTDC和VSG实验平台验证了该结论的正确性。最后,从系统初始状态、线路参数及控制器参数等多个角度出发,讨论了VSG无功电压环节对虚拟转矩系数及系统小信号稳定性的影响,可为VSG控制器设计和系统小信号稳定性分析提供依据。

容性等效输出阻抗的逆变器并联控制研究

并联逆变器的等效输出阻抗一般设计呈感性、阻性及阻感性。通过合理的控制方法和合适的参数设计,在以上三种等效输出阻抗形式下,均可实现微网中的多逆变器并联控制。为进一步寻求更优的并联控制策略,建立了两台逆变器并联运行系统模型,通过引入虚拟阻抗,将逆变器输出阻抗设计呈电容性,推导出了容性等效输出阻抗条件下的下垂控制算法,提出了基于容性等效输出阻抗的鲁棒下垂控制策略。通过仿真分别对比了容性和感性、阻性等效输出阻抗条件下的功率均分特性,结果表明,容性等效输出阻抗条件下的多逆变器并联运行系统具有更好的性能。通过两台额定功率均为2k VA的光伏逆变器并联系统平台验证了基于容性等效输出阻抗的鲁棒下垂控制策略的正确性。