弱电网下LCL型滤波光伏并网逆变器的控制研究

电网含有较丰富的电网电压背景谐波和较大的电网等效阻抗,会对光伏并网逆变器的入网电流质量和系统稳定性产生影响。以LCL型滤波单相光伏并网逆变器的双环无源阻尼控制方案为例,指出常规电网电压比例前馈控制在弱电网条件下不能完全消除电网电压谐波的影响,且系统稳定性会受到电网阻抗变化的影响。文章提出了一种通过并网电压完全补偿的全前馈控制策略,该方法能够使得电压谐波对入网电流的影响降至最低,并且控制稳定性也不受电网阻抗的影响,对弱电网有很强的适应性,仿真实验验证了该控制策略的有效性。     

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。     

基于阻抗分析的LCL型并网逆变器多谐振控制

弱电网条件下,由于电网阻抗与逆变器阻抗失配,并网电流容易发生谐波振荡,破坏了系统的稳定性.基于阻抗分析法,建立了考虑锁相环(PLL)和控制延时的单相LCL并网逆变器的小信号模型,通过阻抗稳定判据分析了弱电网在常规控制策略下的失稳机理,提出了一种基于多谐振控制器的电压前馈控制来独立控制公共耦合点(PCC)电压基频分量和谐波分量,增强系统稳定性的同时显著提升并网电能质量.该方法从阻抗角度分析PLL及电压前馈对逆变系统稳定性的影响,为抑制低频次谐波设计了多谐振控制器,并基于阻抗稳定准则详细推导实现方法和参数设计过程,最后仿真结果验证了所提控制方法的有效性和可行性.     

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。     

弱电网下多逆变器并网系统全局谐振抑制

弱电网条件下,各逆变器之间以及逆变器与电网之间会形成交互耦合,从而影响到系统的稳定运行。针对该问题,提出了一种弱电网下多逆变器并网系统的全局谐振抑制策略。首先,基于并网电流反馈,提出改进的有源阻尼策略形成虚拟阻抗,来增加逆变器自身阻尼,从而抑制多逆变器并联谐振;其次,通过结合电网阻抗测量的改进电网电压前馈策略,抑制电网背景谐波电压通过电网阻抗产生的谐波谐振,从而提高多逆变器并网系统的稳定性。仿真和实验结果均验证了所提谐振抑制策略的有效性和可行性。     

弱电网下LCL型并网逆变器的自适应改进前馈控制策略

传统比例前馈策略能较好地抑制来自电网背景谐波的扰动,但是在弱电网下由于电网阻抗的存在,其正反馈通道与并网电流内环会通过电网阻抗产生耦合现象,从而导致其鲁棒性大幅度下降。针对上述情况,提出了一种基于电网阻抗测量的自适应改进前馈控制策略。首先在公共耦合点电压的正反馈通道上增加多谐振环节,使得正反馈通道只在电网主要背景谐波频率处有反馈作用,从而在一定程度上提高逆变器的鲁棒性,并保留比例前馈策略的谐波抑制能力;然而,改进后的控制策略在鲁棒性提升方面存在一定的局限性,因此在控制策略中加入自适应环节来实时调整开环增益,从而进一步提高控制策略的鲁棒性;最后通过仿真模型对控制策略进行了验证。仿真结果表明,该策略可使LCL型并网逆变器在弱电网条件下始终具有良好的鲁棒性。     

弱电网且谐波畸变背景下分布式电源并网系统谐振抑制

分布式可再生能源接入配电网远端场景下,并网逆变器系统可能同时受到弱电网较大内阻抗及其背景谐波的影响,而仅优化并网逆变器的控制设计却不易有效解决这一问题。提出一种弱电网且谐波畸变背景下分布式电源并网系统谐振抑制方法。该方法将并网逆变器电网电压全前馈控制与并联接入的有源阻尼器相融合,利用前者抑制谐波电压畸变的影响,利用后者重塑并网系统的输出导纳,抑制并网系统与弱电网间的谐振。同时,给出有源阻尼器虚拟电阻阻值的设计方法以及提升并网系统的截止频率的方法。基于Matlab/Simulink的时域仿真结果表明,所设计的并网系统既能够有效抑制谐波电压畸变引发的并网电流畸变,也能够抑制因网侧导纳存在而引起的谐波谐振。     

基于多谐振前馈与电流估计的光伏并网逆变器控制策略研究

针对弱电网环境下电网阻抗值较大以及传感器等元件造成延迟引发的并网电流品质差的问题。本文采用多谐振前馈与电流估计法相结合的控制策略。利用多谐振前馈控制提取低次谐波，使得正反馈通道只在主要背景谐波处有反馈作用，同时引入电流估计法在不改变对LCL固有谐振频率抑制效果的前提下，降低系统成本。仿真结果表明并网电流的总谐波畸变率降低2.56%，增强系统对含有低次谐波弱电网的适应能力，验证了此控制策略的正确性和有效性。     

并网逆变器谐波电流抑制研究中的准无穷大输出阻抗概念与应用

为抑制并网逆变器入网电流的谐波成分,提出并网逆变器输出阻抗准无穷大的思路。基于该思路,从并网系统诺顿等效电路的输出阻抗角度入手,详尽分析电网电压比例前馈控制、电网电压优化前馈控制和多谐振控制对输出阻抗影响的基础上,提出一种基于优化前馈与多谐振控制组合的控制策略。实验结果证明了所提组合谐波抑制策略的有效性。     

增强并网逆变器对弱电网适应能力的控制策略

弱电网中,并网逆变器与感性电网阻抗之间产生交互耦合从而引发谐振现象,采用电压比例前馈控制虽然可以抑制谐振,但其额外引入的正反馈回路也会降低并网逆变器的相角裕度。针对这种局限性,建立LCL逆变器并联系统的数学模型及诺顿等效电路,再利用阻抗法分析电压前馈控制对系统稳定性的影响,并提出了一种新型的基于相位超前补偿的电压前馈控制策略,既保留了传统电压前馈控制的优点,又增大了并网逆变器输出阻抗的相角裕度,使系统对电网阻抗具有较强的鲁棒性。最后,通过仿真验证了新型控制策略的可行性。     

电网电压前馈控制VSG的阻抗建模与并网稳定性分析

针对电网电压谐波背景下虚拟同步发电机（VSG）并网电流畸变及并网稳定性下降问题,文中提出了一种基于电流环的电网电压前馈控制策略。从入网电流传递函数出发,设计电压前馈控制模块以消除背景谐波的影响,并基于谐波线性化方法分别建立加入前馈控制前后的VSG序阻抗模型,对其在各频段阻抗特性及并网稳定性上的影响进行对比分析。结果表明,引入该前馈控制等同于在VSG输出端并联虚拟阻抗,输出阻抗的高频段幅频曲线上移,可以改善非理想电网条件下的并网电流质量。同时,中高频段相频特性由容性矫正为感性,可以消除并网条件下的谐波振荡风险,提高交互系统稳定性。最后,基于实时仿真实验平台（RT-LAB）硬件在环实验验证了文中控制策略及理论分析的正确性。     

弱电网下考虑锁相环影响的并网逆变器改进控制方法

由于电网阻抗的存在,并网逆变器的控制系统与电网阻抗相互耦合,弱电网条件会影响并网逆变器的稳定性。并网逆变器控制系统中通常使用锁相环来获取电网同步信息,其动态特性是影响系统稳定运行的关键因素。分析弱电网情况下锁相环输出对系统稳定性的影响,在此基础上提出一种提高系统稳定性的控制方法。在同步旋转坐标系下建立了包括电流环、锁相环和滤波器等环节的三相并网变换器阻抗模型,分析不同电网阻抗和锁相环带宽与并网逆变器稳定性的内在联系。结合阻抗模型中系统电压通过锁相环对电流环的影响,提出一种改进的前馈控制方法来减小锁相环输出影响,前馈环节中包括系统电压、锁相环动态特性和滤波器等环节。分析表明,改进的控制方法能够有效提高并网逆变器在弱电网条件下运行的稳定性。实验证明了所提方法的正确性。     

弱电网下基于复数滤波器的并网电压前馈控制策略

随着分布式逆变并网电源的广泛部署,电网所需的传输线路不断增长,再加上配电变压器漏感等因素的影响,电网越来越表现出弱电网特性。在弱电网情况下,为减小电流稳态误差,并网电压比例前馈系统得到了广泛应用,然而由于其引入了与电网阻抗相关的正反馈回路,导致系统相角裕度大幅降低,严重影响并网逆变器的稳定性。以三相LCL并网逆变器为例,通过伯德图分析电网阻抗对并网逆变器稳定性的影响,提出在并网电压比例前馈环节串联复数滤波器的控制方案。分析表明该方案可以提高弱电网条件下并网逆变器的稳定性。最后搭建了三相5 kW并网逆变器仿真模型,验证了该方案的有效性。     

LCL型并网逆变器的网压滤波前馈控制策略

LCL型并网逆变器的网压比例前馈策略因其实现方式简单、谐波抗扰能力良好而受到广泛应用,但是该策略在弱电网下的适应性较差,并网逆变器的前馈通道与电网阻抗产生交互影响,使得系统稳定性随着电网阻抗的增大而显著下降,恶化了入网电流质量。以改善网压比例前馈策略的适应性为目标,提出了一种基于多二阶滤波器的网压前馈控制策略,即在前馈通路上引入多个二阶滤波器,实现电网电压的选择性反馈。详细分析了该策略的输出阻抗特性以及谐波扰动的抑制情况,分析结果表明,该策略不仅可实现电网背景谐波的抑制,而且又不削弱系统在弱电网下的稳定性,从而提高了并网逆变器对弱电网的适应性。最后,仿真结果验证了该策略的有效性。     

弱电网下抑制谐振频率偏移的并网逆变器谐波谐振控制策略

弱电网下LCL滤波并网逆变器可能因系统开环截止频率附近的稳定裕度太低而引发入网电流谐波谐振等稳定性问题.基于上述考虑,以单相并网逆变器双闭环控制模型为例,揭示了弱电网下系统谐波谐振产生机理以及稳定裕度与滤波器谐振频率偏移之间的关系,推导了最小谐振频率偏移条件以及最小谐振频率偏移对电流控制器的影响.鉴于此,提出了一种弱电网下抑制谐振频率偏移的并网逆变器谐波谐振控制策略,并给出了该策略的详细实现方案和参数设计方法.相较于传统控制策略,所提控制策略可以有效抑制滤波器谐振频率偏移对系统中低频段动态性能的影响,而且不论是否考虑电网电压比例前馈环节,并网逆变器的等效输出阻抗增益均无明显变化,且高于传统控制策略的阻抗增益,系统鲁棒性得到保证.最后,仿真与实验结果验证了所提控制策略的有效性.     

LCL型逆变器接入弱电网下的谐振分析及抑制方法研究

光伏逆变器并联接入弱电网时,会与时变的电网阻抗产生交互耦合,影响系统稳定性,甚至引发谐波谐振问题。针对此问题,首先,本文建立了LCL型光伏逆变器并联系统的等效电路模型,利用阻抗分析法对弱电网条件下光伏逆变器并网系统的稳定性条件进行了分析,得出逆变器输出阻抗与电网阻抗在谐振频率处具有一定的相角裕度才能使系统稳定运行的结论;其次,提出一种电网电压前馈附加相位超前补偿的控制策略,该策略能够适应不同电网阻抗的接入条件,使系统在谐振频率处具有一定的相角裕度,避免谐振的发生;最后,通过仿真和实验验证了所提出的谐振抑制策略的有效性。     

多逆变器并网系统输出阻抗建模与谐波交互

针对大量分布式并网逆变器接入到公共电网时逆变器侧与网侧之间的交互影响问题,从并网逆变器闭环系统外特性角度入手,提出在同步旋转坐标系下对LCL型三相并网逆变器入网电流和滤波电容电流双闭环系统进行输出阻抗建模。利用前馈解耦策略,将dq轴控制环路之间的耦合阻抗消除。考虑到实际系统多采用数字系统,将数字控制延时引入到模型中以更加精确地反映实际并网逆变器的输出阻抗特性。基于无dq环路阻抗耦合和引入数字控制延时情况下的精确输出阻抗模型,对多逆变器并网系统进行阻抗网络建模、谐振机理剖析及谐波交互影响分析。理论分析结果表明,逆变器产生谐波成分与电网电压谐波成分会加剧多模块并网系统入网电流的谐波畸变。仿真结果验证了所建输出阻抗模型的正确性及其在逆变器—电网交互系统性能分析中的有效性。     

弱电网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制方法

该文提出一种弱电网下多逆变器并网系统的全局高频振荡抑制方法,通过引入公共耦合点(PCC)电压全局变量和并网电流高频分量到逆变器控制环节,可实现多逆变器系统的高频振荡抑制。首先,引入PCC电压的前馈构造出并联逆变器在PCC处的虚拟电阻,抑制逆变器谐波电压与电网背景谐波电压引起阻抗网络的谐波谐振;其次,引入并网电流高频分量反馈构造出并联在逆变器输出滤波电容两端的虚拟阻抗,增加逆变器自身阻尼,抑制多逆变器并联谐振。仿真和实验验证了所提高频振荡抑制方法的有效性。     

电网电压谐波畸变条件下并网逆变器的控制策略研究

为了提高电网电压畸变条件下分布式发电系统的适应能力,实现逆变器输出电流的高质量并网,需要改进其传统控制策略。首先,建立三相LCL型并网逆变器的等效数学模型,分析电网背景谐波影响入网电流的机理。然后,提出一种基于PMCI(比例多复数积分)控制器和改进电网电压前馈的有源阻尼控制策略。通过PMCI控制器实现对基波电流的无静差跟踪和对谐波的有效补偿,引入电网电压前馈提高整个控制系统对电网电压扰动的响应速度,同时滤除部分谐波。最后,在MATLAB/Simulink中搭建逆变器的控制模型,仿真结果显示电网电压谐波畸变条件下,所提出的控制策略能够有效削弱电网背景谐波对入网电流的影响,证明了该控制策略的可行性与有效性。     

增强变流器对电网阻抗适应性的陷波前馈控制

由于电网电压前馈可减小启动电流对并网变流器的冲击,因此被广泛应用在并网变流器控制中。然而,在弱电网条件下电网电压前馈会导致系统稳定性下降,甚至出现不稳定。首先建立了弱电网条件下并网变流器的数学模型,并基于根轨迹和最小增益定理对弱电网条件下采用传统电网电压完全前馈时系统的鲁棒稳定性进行了分析。针对采用传统完全电网电压前馈时系统鲁棒稳定性较低的问题,提出了基于陷波器的改进前馈控制策略。通过引入陷波器对系统开环穿越频率附近的前馈电压进行幅值衰减,实现增益稳定,从而提高并网逆变器对电网阻抗的鲁棒稳定性。最后,搭建了并网变流器实验样机,实验结果证明了理论分析的正确性和所提控制策略的有效性。