基于双二阶滤波器的LCL型并网逆变器延时补偿方法

为了抑制LCL型滤波器的谐振尖峰,电容电流反馈有源阻尼被广泛应用于LCL型并网逆变器中。由于数字控制延时带来的不利影响,电容电流反馈有源阻尼的阻尼性能被严重削弱。负阻尼区域出现在f_(s)/6到f_(s)/2之间,减弱了并网逆变器的稳定性和对电网阻抗变化下的鲁棒性。在电容电流反馈通道上插入一个双二阶滤波器来补偿数字控制延时带来的相位滞后,正阻尼范围可以扩展到f_(s)/3,从而实现了对电网阻抗变化的高鲁棒性。选择了合适的离散化方法,分析了补偿后的系统稳定性。提出了一个详细的闭环参数设计流程,以获得良好的控制性能。最后,实验结果验证所提方法的有效性和参数设计流程的可行性。

基于改进型QPR的并网逆变器复合控制策略

针对准比例谐振(QPR)控制对高次谐波和直流抑制能力差等问题,提出了一种改进型QPR控制与直流前馈补偿的复合控制策略。该策略在QPR控制的基础上加入了高次谐波补偿,并在控制基波电流的电流外环上加入含积分控制器的直流分量补偿环节。在对并网电流所含3、5、7次谐波进行抑制的同时,降低了并网电流中所含直流分量。仿真结果表明,与QPR控制相比,所提控制策略直流含量从0.05降为0.01,总谐波畸变率下降了1.48%,具有较好的抑制效果。

弱电网下LCL逆变器的有源阻尼控制策略研究

在弱电网中,由于电网阻抗的存在,会导致新能源并网LCL滤波器固有谐振频率发生偏移,传统有源阻尼控制策略则无法保证系统的稳定性。而且随着新能源发电在电力系统中的占比不断提高,如何降低运营成本成为了研究热点。因此本文提出一种基于并网电流和公共耦合电压反馈的新型控制策略,该控制策略不仅提供了有源阻尼以抑制LCL谐振,而且减少了传感器的使用,还能对大范围变化的电网阻抗有较强的适应能力。通过仿真和实验表明,与传统的控制策略相比,在改进的策略下弱电网的实用范围增加,系统的稳定性得到提高,对谐波的抑制能力提升,并网电流质量有了良好的改善。

LCL并网逆变器滤波参数近似计算方法

在高频谐波衰减系数相同的条件下,LCL型滤波器的体积和感量要明显小于L型,但是其约束条件有所增加,参数计算也变得更加复杂,不仅要考虑并网电流的质量,还需要关注逆变器侧电感电流纹波和无功功率等限制条件。为简化计算流程,基于有源阻尼提出一种LCL型并网逆变器滤波参数近似计算法。首先,分析拓扑再利用仿真软件分析逆变器输出电压的谐波含量;其次,对滤波器设计相关约束条件的优先级进行重新排序,以谐振比为关键参数推导出计算公式,以谐振频率为关键参数快速计算出总电感值,再综合各个参数的极限值,给出设计流程图,并进行误差分析;最后,通过流程图输出一组参数进行仿真和实验分析,证明所提出的LCL滤波参数计算方法的合理性和有效性。

基于广义积分器二自由度PID控制的LCL逆变器

传统有源阻尼控制可抑制LCL逆变器谐振,但需要增加额外的电压或电流传感器。为此,提出了一种无需额外传感器的基于广义积分器的LCL并网逆变器单电流反馈二自由度PID控制(GI-2DoF-PID),GI-2DoF-PID比例积分环节实现并网电流无静差跟踪,而基于广义积分器的微分环节则增强LCL逆变器的阻尼特性。推导了控制系统的传递函数,分析了其稳定裕度与动态特性,提出跟踪和抗扰动优化的参数设计原则并选取了合适的控制参数。最后,构建了基于PLECS系统仿真模型,仿真结果表明:基于GI-2DoF-PID控制的LCL并网逆变器可以有效抑制谐振;电网电压严重畸变时,其满载并网电流畸变率仅为3%,远低于国家标准的要求;当系统从半载跳变到满载时,系统超调量低,响应速度快。

一种面向PWM逆变器的滤波器设计

针对直流并网发电系统PWM逆变器输出电压携带高频谐波从而影响系统稳定性的问题,文中设计了一种面向脉冲宽度调制(PWM)逆变器、可优化谐振频率的滤波器。该滤波器结合了主流带有数字微控制器的直流发电系统原理,将滤波后输出的电压信号经过处理、采集、转换和反馈等步骤,完成对PWM逆变器的控制和驱动。在控制系统的应用中,单环反馈控制设计在滤波器的输出环节进行,根据控制方法选取相关参数。仿真实验结果显示,逆变器测电流总谐波畸变率TDH为5.63%,滤波器滤波后则为1.02%,谐波降低了4.61%,具有良好的滤波效果。

应用于光伏发电的LCL型并网逆变器设计仿真

为提高并网逆变器输出电能的稳定性,建立双环控制策略模型,同时采用无源阻尼法中电容串联电阻的方法抑制LCL型滤波器的谐振尖峰问题。利用MATLAB/Simulink,搭建了光伏并网逆变器系统模型进行仿真验证。结果表明,该方案抗干扰能力强,并网电流和电网电压基本同相,实现单位功率因数并网,具有良好的稳定性。

基于风电网侧变流器虚拟阻尼控制策略的研究

由于风电变流器LCL滤波电路存在谐振问题,为提高风电变流器系统稳定性,目前无源阻尼技术和有源阻尼技术是实现滤波器谐振峰值抑制的有效方法,其中有源阻尼方案是近年来研究的热点。本文通过对LCL型风电并网变流器的入网电流闭环特性进行分析,提出一种基于LCL滤波器的电容电压反馈改进有源阻尼控制方法,在控制环节中构建滤波器增加闭环控制系统的阻尼抑制谐振的发生,提高系统稳定性,不增加额外硬件成本和系统损耗。通过搭建基于双馈感应发电机组网侧变流器仿真模型,对文中提出改进的控制策略进行验证,理论分析和仿真结果证明提出的虚拟阻尼控制策略具有有效性和可行性。

中频隔离型光伏±35kV/500kW直流变流器研究与工程应用

首先提出一种中频隔离型光伏±35 kV/500 kW直流变流器,该直流变流器由三相T型三电平并联中频逆变器模组、中频400 Hz/24脉波移相升压变压器、三相二极管整流桥以及高压滤波电路组成,该变流器具有升压比高、结构简单、成本低的优势;其次,为了实现逆变器并联模组有功、无功功率的实时均分,采用一种瞬时功率均分的功率主从控制方案;接着,提出一种基于中频变压器无功补偿的改进型LCL滤波器参数设计方法以提高变流器的效率。最后,通过Matlab/Simulink仿真以及张北国家大型风电并网系统研发(实验)中心建设的光伏发电中压直流汇集现场示范工程,对所提直流变流器的设计理念和控制方法进行验证,现场并网实测最大效率为96.33%,升压比高达88,输出电压±35 kV,仿真和实验结果证明了所提直流变流器的可行性。

基于改进无源性控制的三相LCL并网逆变器输出导纳重塑方法

基于能量函数的无源性控制(PBC)被广泛研究并用于并网变换器以获得更好的控制性能.然而,传统的PBC方法依赖并网变换器的精确数学模型,且已有研究较少考虑数字控制的延迟效应以及电容性电网或复杂弱电网下电网阻抗的不确定性对系统稳定控制的影响.鉴于此,针对三相LCL并网逆变器提出一种改进PBC方法以实现导纳重塑,通过增加电容电流前馈将系统无源区域扩展到奈奎斯特频率,在电网阻抗宽范围变化下实现LCL谐振频率的有源阻尼控制,并提出改进PBC控制参数设计方法.在3 kW并网逆变器样机平台上开展仿真和实验研究,验证了理论分析的正确性.

基于并网逆变器的级联线性自抗扰控制策略

在LCL型逆变器的电流控制中,针对传统的线性自抗扰控制(linearactive disturbance rejection control,LADRC)策略对干扰估计精度不足的问题,提出一种具有模型补偿项的级联线性自抗扰控制策略。通过分析系统总干扰放大系数对线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)干扰估计能力的影响,建立了具有级联结构的LADRC控制器,该控制器有效降低了系统总干扰的放大系数,提升了系统的抗干扰能力。为避免对LCL系统中的一部分可直接测量的干扰进行估计,在LADRC控制器中加入模型补偿项,进一步提高了LESO对干扰的估计精度。最后,控制器采用反步法来设计,以保证闭环系统的稳定性。在此基础上,基于Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统的跟踪误差可达到任意小。仿真及实验对比传统LADRC策略验证了所提方法的有效性和优越性。

基于负低-高通滤波器的并网电流反馈新型有源阻尼方法

基于并网电流反馈的有源阻尼方法常用来抑制LCL型并网逆变器的谐振尖峰,现有方法会放大高频噪声、降低并网电流质量。因此提出了基于负低-高通滤波器的并网电流反馈新型有源阻尼方法,在抑制谐振尖峰的同时,也降低了对高频信号的增益,进一步提高并网电流质量。采用极点配置法,围绕系统的稳定裕度以及有源阻尼效果设计新型有源阻尼的参数;随后讨论了LCL参数和电网阻抗变化时新型有源阻尼控制系统的鲁棒性。仿真与实验结果证明,该方法使得控制系统对高频噪声有更好的抑制作用,在不同的工况下均具有良好的稳定裕度,在电网阻抗变化时下依然可以有效抑制谐波电流。

LCL电压型整流器模型预测优化控制

传统的LCL整流器模型预测控制需要附加有源阻尼算法MPC-AD(model predictive control-active admping)来消除LCL滤波器引起的谐振问题,此时由于网侧电流由整流器侧电流间接控制,导致其控制性能不佳。为此提出了一种基于LCL滤波的电压型整流器VSR(voltage source rectifier)有限控制集模型预测优化控制策略。利用模型预测控制中多变量控制的特性,通过构建单个代价函数同时控制网侧电流矢量、滤波电容电压矢量以及整流器侧电流矢量(MPC-i_(1)i_(2)u_(c)),无需状态变量反馈有源阻尼,然后通过所构造的代价函数J来选取下一时刻最优开关状态作用于系统。为验证所提出方法的可行性,进行仿真实验并搭建测试样机。通过与传统的MPC-AD控制方法进行比较,验证了所提优化控制策略的可行性与优越性。

弱电网下LCL并网逆变器新型复合有源阻尼策略

为抑制并网逆变器LCL滤波器在弱电网中产生的谐振,提出一种基于二阶滤波器的有源阻尼控制策略,对参数进行设计,在减少高精度传感器使用数量、考虑控制延迟的情况下,有效抑制谐振。为了进一步提高由于电网阻抗的增加引起的下降的相位裕度,引入超前相位补偿,构成新型复合有源阻尼策略,有效提高逆变器并入弱电网系统的稳定性和鲁棒性。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台和MWINV-9R144三相桥式逆变器实验平台对该策略进行验证。结果表明,当电网阻抗较大时,采用新型复合有源阻尼策略依旧能有效提升逆变系统稳定性,在弱电网中具有较强的适应能力。

一种大功率等离子体火炬电源系统及控制策略

在大功率等离子体电弧系统中,采用PWM整流加BUCK斩波电路作为电源系统主电路,通过设计主电路参数与控制环,使电源在稳态运行时具有较强的抵抗负载扰动的能力。对系统进行的仿真模拟结果和实验结果均验证了所提方案的有效性。

胜利油田变频器谐波综合治理技术

变频器由于性能稳定、性价比高,作为最主要的调速装置得到广泛应用。但变频器的接入会在电网侧与设备侧产生谐波,对设备运行及生产造成影响。常用的滤波器仅针对电网侧或设备侧单侧治理,未综合考虑谐波影响,而胜利油田目前只有少量滤波器在用,且处于比较粗旷的管理,谐波治理仍存在较大问题。综合考虑变频器输入、输出端谐波情况,同时考虑井场新能源接入问题,研制了超低谐波变频器及SiC滤波装置,主要阐述了滤波装置选型、主要元器件设计计算、控制算法优选等内容。通过搭建实验平台,加工试验样机,对变频器输出电流电动机效率进行了测试,并应用于现场抽油机井30井次,应用效果良好。

飞轮储能单相并网控制策略设计

针对飞轮储能系统单相并网时存在控制系统复杂、网侧电流三次谐波含量高等问题,提出一种基于陷波器的比例积分(PI)控制并网策略。首先通过并网控制策略对网侧电流三次谐波影响的机理进行分析,在电压环PI调节器之后,电流环参考值之前设计一个合适的陷波器,用来消除特定谐波;然后通过频域稳定的方法整定合适的PI控制器参数,实现闭环稳定,以达到提高系统稳定性及电网电能质量的目的。通过设计具体实例,在Matlab仿真平台中搭建了不同的PI双环控制策略模型,对比结果表明,采用所提方法设计并网控制策略时网侧电流谐波畸变率较低,且系统稳定性较好,验证了设计方法的可行性,为实际工程中飞轮储能单相并网控制策略设计提供了一定的理论依据。

含LCL滤波的全桥变流器参数设计与改进控制策略

分布式电源通过电力电子装置并网引发的谐波问题日益凸显,采用滤波环节去除电网侧高次谐波成为重要解决方案。其中,LCL滤波是一种有效的滤波结构,但其高阶特征使系统控制策略更加复杂。为提高LCL滤波器接入后并网变流器的谐波抑制能力和运行稳定性,推导了LCL滤波全桥变流器运行控制数学模型,提出了LCL滤波结构设计和参数计算方法,设计了基于准比例谐振控制和比例积分控制的电压-电流双闭环控制策略,提出了基于带通滤波器和信号限幅环节的控制策略改进方案。算例测试表明,本文方法能够基于LCL滤波器实现精准的谐波抑制,同时避免高阶滤波器谐振问题,改善了LCL滤波并网变流器在复杂运行环境下的谐波抑制能力和控制稳定性。

三电平逆变器滤波器元件电流应力分析

三电平逆变器适用于光伏、储能并网系统,交流侧采用LCL滤波器。现有文献大都研究其对谐波的抑制能力或并网系统的稳定性。然而,对不同电压、功率因数、功率等级等工况下电感、电容器件的电流应力的分析不够全面,导致器件运行可靠性难以预测。以三电平逆变器及空间矢量调制为研究基础,推导了LCL滤波器3个元件的电流有效值及电流波形包络线的表达式,分析了功率因数、直流电压变化等对其电流应力的影响规律,据此能得出器件所受最大应力。通过电路仿真和实验,验证了解析式和分析结果的正确性。

弱电网下LCL换流器谐振的自适应抑制研究

LCL型换流器因其体积小,滤波性能好等优点广泛地应用于并网系统。但其自身的谐振问题不可忽略,电容电流反馈有源阻尼是常用的谐振抑制方法。在实际应用中,电网阻抗能够对LCL滤波器谐振产生影响。基于此,提出一种基于遗传算法优化RBF神经网络的自适应谐振抑制方法,该方法依据遗传算法对RBF神经网络进行初始参数的优化,利用RBF神经网络自身的辨识能力对PI控制器的参数进行识别,实时修正PI控制器参数和有源阻尼系数,从而实现LCL型换流器在电网阻抗变化时保持系统稳定。最后分别采用传统无参数优化方法、RBF神经网络优化方法以及所提方法进行实验,通过仿真结果的分析,验证了该方法的有效性。