Design and control of the accelerator grid power supply-conversion system applied to CFETR N-NBI prototype

The acceleration grid power supply(AGPS)rated 200 kV/25 A is a key component devoted to supply the acceleration grids of the China fusion engineering test reactor negative-ion-based neutral beam injector(N-NBI)prototype system.This paper focused on the design and control of the AGPS conversion system(AGPS-CS),with emphasis on the requirement of the wide range output voltage and rise time.A voltage regulation switch at the front of step-down transformer is applied to optimize the grid current and DC-link voltage.Moreover,a new feedforward control strategy with piecewise PI compensator is proposed to improve the characteristics of AGPS.The simulation results of the proposed AGPS-CS are presented,proving the performance of the power supply to achieve the desired requirements.

基于电容电压全前馈的并网逆变器高鲁棒性稳定控制策略

虽然并网逆变器采用电容电压全前馈控制策略,能够有效抑制电网电压背景谐波对并网电流的影响。但是在弱电网工况环境下,由于锁相环、数字控制延时等因素与电网阻抗相互耦合,导致逆变器稳定较差、在阻抗交截频域中呈现弱无源性,易引发系统谐波振荡甚至失稳问题。鉴于此,该文借助无源性理论和阻抗分析方法,深度揭示了影响系统各频带阻抗特性的主导因素,进而提出了一种基于电容电压全前馈的并网逆变器高鲁棒性稳定控制策略。理论分析表明:所提控制策略不仅能有效地拓宽系统输出阻抗稳定范围,还可以保证改进后的系统输出阻抗具有较高的幅值增益。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的有效性。

弱电网下考虑数字控制延时的LCL并网逆变器改进WAC控制策略

传统加权平均电流(WAC)控制方法因控制延时产生反向谐振峰而失去环路降阶特性,导致系统在弱电网下具有极大的失稳风险。文中首先分析了控制延时与弱电网共同影响下,传统WAC失去降阶特性导致系统失稳的问题,不再从环路降阶的角度而是在等效阻抗模型的基础上对系统输出阻抗进行失稳分析;然后在电压比例前馈的基础上,从增强谐波抗扰能力及稳定性入手,提出基于多二阶滤波器的电压前馈控制策略,对系统输出阻抗进行重塑,进而提升等效输出阻抗在中低频段的相位裕度,增强系统对电网阻抗宽范围变化的适应性。仿真及实验结果表明,该策略对弱电网阻抗宽范围变化具有较强的适应性,能够输出优良品质的入网电流。

弱电网下基于导纳合成相量法的单相并网逆变器鲁棒性提升技术研究

为保证并网逆变器的并网电流与电网电压同步,通常采用锁相环获取电网电压相位信息。同时,为提高并网电流质量,常考虑在回路中加入电网电压前馈。然而,当逆变器工作在弱电网下时,它们均有可能对系统的稳定性带来负面影响。该文以单相LCL型并网逆变器为例,旨在研究弱电网下锁相环和电网电压前馈造成系统不稳定的原因并进行优化。针对2 个不稳定因素存在的情况,该文提出一种导纳合成相量法来分析多个导纳共同作用时的影响机理。考虑到带通滤波器可以衰减不稳定因素的影响,文中加入带通环节对系统的鲁棒性进行优化。结合上述导纳合成相量法的分析结果,确定带通环节的设计目标,并进一步给出带通环节参数的具体设计过程。结果表明,并网逆变器加入优化设计的带通环节后,即使在电网阻抗变化范围较大的情况下,系统仍能稳定工作。

弱电网下应对复杂稳定性问题的并网逆变器改进电压前馈通路研究

在并网逆变器中,锁相环和电网电压前馈是提高并网电流质量和输出性能的环节。然而在弱电网下,这两个环节均有可能对并网系统的稳定性产生影响,同时两者的影响范围存在重叠,导致稳定性问题变得更为复杂。该文针对这一复杂稳定性问题展开研究,分析弱电网下两个环节导致系统不稳定的原因,并进一步提出优化方案。首先考虑加入加权系数,讨论其对于电网电压前馈以及锁相环的影响,兼顾这两种因素,需要对加权系数进行权衡取值;然后考虑在更弱电网下,只加入加权系数对于系统稳定性提升效果是有限的,因此需要增加一条用于改善输出导纳相位的电压前馈通路;最后通过实验证明,加入改进方案后的并网逆变器,在阻抗变化较大的弱电网下依然保持良好的鲁棒性。

计及背景谐波的LCL型并网逆变器谐振抑制策略

电网在运行时电压不可避免地含有一些附加的背景谐波成分,背景谐波的存在会使当电力电子装置与电网并网运行时,可能引起并网电流的波形畸变,同时会对电网的安全性、稳定性以及运行效率带来不良影响。针对此问题,先构建三相LCL型并网逆变器系统的阻抗数学模型,并深入探究电网电压波动对并网电流的具体影响机理;然后设计了一种电网电压全前馈抑制方法,用以减轻电网中背景谐波电压对并网电流造成的不利影响;最后进行了仿真验证,在加入策略后并网电流谐波含量从7.03%降到了1.46%。表明采用的电网电压全前馈抑制方法可有效地减小逆变器因电网背景谐波而产生的输出电流的影响,可有效抑制并网系统可能出现的谐振问题。

基于有源阻尼系数优化的逆变器电压前馈控制策略

采用LCL型逆变器的并网系统是新能源并网的主要方式,然而数字控制的延迟和并网电压扰动影响LCL型并网系统的稳定性。为解决上述影响因素,提出了考虑数字延时的并网电压前馈控制策略,降低了并网电流的谐波畸变率和电压带来的影响;分析了有源阻尼系数对谐振尖峰的影响,提出了增强粒子群有源阻尼系数优化方法,提升了并网系统的电能质量和抗扰能力,最后通过仿真验证了所提方法的正确性和有效性。

单极性调制并网逆变器分析与设计

面对愈加严峻的能源短缺和环境保护方面的压力,世界各国不断提高清洁能源供应占比,分布式发电技术逐步成为热点研究领域。逆变器作为电能变换的装置,是发电并网系统的关键环节,其可靠、高效能运行是当前重要的研究领域。该文以非隔离型单相并网系统为研究对象,通过分析并网逆变器工作原理,对全桥并网系统软硬件参数进行分析设计;在单极性调制基础上,考虑网压前馈进行逆变器电压电流控制系统设计;利用旋转坐标系,将加上信号滤波进行PLL控制设计。基于上述方案搭建并网逆变器样机,实测逆变器输出波形谐波含量低,频率幅值满足并网要求,实验证明设计方案的合理性、可行性、有效性。

基于q轴阻抗重塑的并网逆变器稳定控制策略研究

随着可再生能源装机容量的增加,电网呈现出大电网阻抗的弱电网特性。通常逆变器通常通过锁相环(phase-locked loop,PLL)获得电网同步信息,为了抑制电网电压的背景谐波和幅值干扰,还需要进行电网电压前馈(grid voltage feedforward,GVF)控制。PLL和GVF引入的负面效应将导致逆变器在弱电网下不稳定。因此,本文提出了一个阻抗控制器,用于在低频段将q轴阻抗重塑为正电阻,解决了PLL和GVF造成的系统不稳定问题。

LCL型并网逆变器电网电压前馈控制策略研究

为抑制LCL型并网逆变器系统固有谐振频率,消除非线性负载带来的电网电压畸变并网电流谐波,通过电容电流反馈有源阻尼控制减小LCL固有谐振。为抑制电网电压对并网电流产生的影响,采用电网电压前馈控制策略实现,对比各种前馈控制效果,从而得到高质量的并网电流。通过MATLAB/Simulink仿真验证所提前馈控制策略有效。

负序电压前馈补偿的三相光伏逆变器不平衡单周控制策略

鉴于电网不对称故障时有发生,提出一种基于负序电压前馈补偿的三相光伏并网逆变器不平衡单周控制策略,并设计了三相PWM逆变器不平衡单周控制系统。该控制策略对并网电流反馈量进行电网负序电压前馈补偿,可实现脉宽调制逆变器恒功率控制,大大简化了控制器的参数整定,且无需计算并网电流正、负序分量。实验结果表明,该控制策略仅使用一个传统PI控制器即可从根本上抑制电网电压不平衡时逆变器直流侧电压2次谐波和并网电流畸变,同时获得了较理想的静态特性和动态特性。

采用双环控制的光伏并网逆变器低电压穿越

依据国网电力科学研究院公布的《光伏电站接入电网技术规定》,提出了光伏并网系统基于前馈控制的低电压穿越优化控制策略。前馈控制策略通过将电网电压以及负载电流的变化引入电流环,能有效加快电流环对扰动的反应速率,抵消电网的影响。500kW光伏逆变器的试验结果表明,本文所采用的控制策略有良好的动态性能,能抑制电网电压跌落时的逆变器过电流,保障系统正常运行。

三相电压型PWM整流器的一种改进前馈控制策略

针对三相电压型PWM整流器受到负载扰动和电网波动的影响较大问题,在分析其数学模型的基础上,根据输入输出之间的功率平衡关系,提出了一种改进的前馈控制策略。前馈信号同时包含了电网电压和负载的信息,通过快速调节交流侧进线电流,使得系统功率平衡得以维持。在所搭建的实验室平台上做了相应的模拟实验,验证了控制策略的有效性,提高了系统对负载扰动和电网波动的抗干扰能力。

并网逆变器的阻抗自适应控制方法

弱电网下,含电网电压前馈控制的并网逆变器和电网之间的阻抗交互作用,可能导致并网电流谐波放大甚至系统失稳。分析了输出阻抗特性,以提高逆变器与电网之间的稳定相角裕度为目标,提出了基于并网电流微分和电网电压微分的串、并联复合阻抗校正方法;讨论了微分系数对相角提升的灵敏度,给出了一种自适应调整的微分系数设计方法。该方法使得并网系统在电网阻抗宽范围变化时均能稳定运行,同时提高了并网系统对电网电压的抗扰性能。实验结果验证了所提控制方法的有效性。

基于电网电压全前馈的电网背景谐波抑制研究

弱电网的特征之一是严重的背景谐波,导致并网电流出现明显的畸变。以LCL型并网逆变器为研究对象,提出一种电网电压全前馈控制,可以有效抑制电网电压背景谐波对并网电流的影响从而提高并网电能质量。首先,分析电网电压对并网电流的影响机理,从而在电流控制环路中引入一个正的电网电压反馈来抵消电网电压对并网电流的影响。通过控制框图等效变换,推导出消除背景谐波影响所需的电网电压全前馈函数。其次,通过全前馈函数的深入分析,得出根据电网电压含有谐波频次的不同,对全前馈函数进行优化设计的方法。在保证前馈控制效果的同时,简化控制算法。最后,通过实验验证了所提控制策略的有效性和可行性。

基于自适应复合导纳校正的并网逆变器稳定方法

弱电网条件下,含锁相环及电网电压前馈的并网逆变系统与电网阻抗相互耦合会导致系统失稳。对系统阻抗进行重塑可有效解决由锁相环或电网电压前馈引起的稳定性问题,为此,提出了复合导纳校正策略。基于等效变换原则对系统导纳进行拆分,分析了锁相环与电网电压前馈对系统导纳的负面影响。从改造锁相环路出发,提出了含带通滤波器的锁相环结构,并以功率因数、系统稳定裕度为约束设计了带通滤波器的阻尼系数;针对带通滤波器的相位提升限制,提出了自适应的含比例、微分前馈的电网电压控制方法,以不同电网导纳条件下的相位裕度为目标,自适应地调整电网电压前馈项系数。最后,通过StarSim实验平台进行实验验证。研究结果表明,自适应复合导纳校正策略拓宽了系统对电网导纳的适应范围,使得系统在极弱电网下仍具有良好的稳定性。

下垂控制逆变器中并网功率控制策略

下垂控制策略广泛应用于交流微电网中,可以实现并网模式和孤岛模式的无缝切换以及不同逆变器之间的功率均流。然而,在目前的研究工作中,并网模式下的工作性能却很少被考虑到。实际上,并网模式下的功率控制会受到电网频率以及电网电压幅值波动的影响,并且传统下垂控制中无功功率控制本身就存在静态误差。因此提出了电网频率和电网电压幅值前馈控制来抑制电网波动对功率控制的影响,另外基于此提出公共耦合点电压幅值控制实现无功功率的无静差跟踪。基于提出的控制策略实现了下垂控制逆变器并网功率的精确稳定控制。

弱电网下基于加权系数的电网电压前馈控制策略

在含有电网电压背景谐波以及电网阻抗变化情况下,并网逆变器的控制性能会受到影响。直接电网电压比例前馈因其实现方便且可有效抑制电网背景谐波而获得广泛关注,但其在高电网阻抗的弱电网情况下会降低电流控制的相位裕度,影响并网稳定性。基于加权系数的电网电压前馈控制策略存在基波增益下降的问题,但是能够大幅提高并网逆变器的稳定性。首先,对并网逆变器进行数学建模,并结合阻抗稳定性判据全面对比分析了弱电网下基于加权系数的电网电压前馈控制策略和传统直接电网电压前馈控制策略的动、稳态性能,得出了前者在弱电网下具有更好的电网适应性;其次,给出了调整系统闭环增益的方式来提高并网逆变器基波跟踪性能的理论分析;最后,结合Matlab/Simulink仿真和实验,进一步验证了弱电网下基于加权系数的电网电压前馈控制策略的有效性。

两级式光伏并网系统建模及关键环节的设计

搭建了两级式光伏并网系统模型,研究其控制策略,分析光伏并网的关键技术环节。前级首先采用DC/DC升压环节,并配合MPPT(最大功率点跟踪)装置来提升光伏系统的工作效率。对传统的MPPT算法进行了改进,采用了与遗传算法相结合的电压干扰观测法,即使外界环境剧烈变化,该算法都能对最大功率点进行准确跟踪控制。后级逆变环节采用单相桥式逆变,利用PLL(锁相环)实现并网电流和电网电压同相位,针对电网电压会对并网电流造成干扰,提出了电网电压前馈补偿控制。最后利用MATLAB软件中simulink模块对模型进行仿真验证,证明了方法的可行性。

带LCL滤波器的单相并网逆变器

针对相同滤波效果下采用L型滤波器的单相光伏并网逆变器的PI控制需要较大的电感值以及存在高损耗、电流内环响应速度降低和成本较高的不足,提出了采用基于LCL滤波的电容电流反馈和电网电压前馈的准PR控制策略,以增加系统阻尼、抑制振荡、提高系统稳定性能,并通过Matalab/Simulink软件搭建仿真模型进行了验证。结果表明,经LCL滤波后,在准PR控制策略下,加入电容电流反馈和电网电压前馈后,获得的入网电流畸变率更小,实现了入网电流的无静差跟踪,抑制了电网电压的扰动,且系统输出的波形满足入网要求。