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。     

基于输出阻抗建模的并网系统低次谐波预测模型

针对并网系统谐波预测问题,提出引入逆变器实际输出谐波电流建立谐波阻抗模型的方案。首先分析并网系统谐波谐振原理,对单相LCL型并网逆变器进行阻抗建模。为提高阻抗模型准确性,在分析逆变器低频特性的基础上,将单个逆变器并网谐波电流考虑到阻抗模型中,建立谐波阻抗模型,与电路模型仿真对比结果验证了模型的有效性。利用提出的谐波阻抗模型,对多逆变器并网系统进行谐波交互分析及谐波预测建模,以8个并网逆变器为例,分析谐振对并网谐波电流和公共接入点(PCC)处谐波电压的影响,谐波预测模型和电路模型对比仿真结果验证了该多逆变器谐波预测模型的有效性和准确性。     

计及谐波影响的光伏逆变器控制方法研究

在光伏并网发电过程中,为了不影响电网的电能质量,逆变器输出并网电流谐波分量应该满足相关的并网标准。文章提出了一种基于阻抗分析的方法,分析了光伏并网逆变器与含背景谐波电网之间的谐波交互影响问题。光伏并网所引起的谐波谐振问题产生的根本原因是逆变器等效输出阻抗和电网等效阻抗在并网公共连接点(POC)处存在阻抗交点,且在交点位置阻抗和值最小,此时并网电流幅值将明显增大,即产生谐波谐振现象。为了分析这一问题,本文建立逆变器的诺顿等效模型,推导逆变器的等效输出阻抗表达式,并基于光伏并网谐波电压、电流的最大限值及谐波谐振条件,分析逆变器等效输出阻抗的合理取值范围。在此基础上,采用PI控制、准PR控制两种不同的控制方法调节逆变器等效输出阻抗,有效的抑制谐波,并避免谐波谐振现象的产生。通过仿真实验,验证了本文方法的有效性。     

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。     

三相LCL型逆变器序阻抗简化建模方法及并网稳定性分析

随着分布式电源大量接入电网,配电网呈现明显的电力电子化趋势。作为功率变换接口的逆变器,其与电网的交互稳定性问题不可忽视。对三相并网逆变器进行合理的阻抗建模是分析并网系统稳定性和谐振特性的前提,谐波线性化方法作为物理意义明确的阻抗建模方法受到广泛关注。以三相LCL型逆变器为研究对象,建立了典型锁相环的谐波线性化模型,获得了表征频率耦合效应的阻抗矩阵。基于此,提出一种谐波线性化简化建模方法,对采用典型电容电流反馈控制策略的三相LCL型逆变器进行了阻抗建模。进一步,计及电网阻抗与逆变器阻抗矩阵的交互作用,对多输入多输出系统模型进行变换,获得了适用于稳定性判据的单输入单输出正负序阻抗模型。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提谐波线性化简化建模方法及相应阻抗模型的准确性和其用于稳定性分析的有效性。     

非理想电网下逆变器并网电流质量改善策略

逆变器在非理想的电网条件下采用传统的电网电压前馈控制时,其输出阻抗的相位裕度很低,且不能很好地抑制电网电压的谐波传入控制系统,从而很难保证其并网电流的质量。提出了一种改善在非理想电网条件下逆变器并网电流质量的方法。首先,建立PR控制下采用传统电网电压前馈的LCL型逆变器输出阻抗模型,提出利用带通滤波器改进的电网电压前馈策略,提高逆变器对电网阻抗的鲁棒性。同时在PR控制器上并联多次谐波补偿器,使其不仅能够提高逆变器对电网阻抗的鲁棒性而且能够有效地抑制电网电压谐波对逆变器并网电流的干扰,从而改善非理想电网条件下的逆变器并网电流的质量。最后,利用仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

三相并网逆变器闭环输出阻抗建模及其优化

变压器漏感、线路阻抗等导致实际电网存在阻抗,并网逆变器输出阻抗与电网阻抗不匹配容易导致并网逆变器的稳定性变差,甚至不稳定。采用阻抗稳定判据对系统稳定性分析时,研究并网逆变器的闭环输出阻抗特性至关重要。首先在静止坐标系中建立了并网逆变器的闭环输出阻抗模型,并对电网存在阻抗情况下系统稳定性机理进行了研究。针对数字控制系统中计算延时和PWM调制等效延时对闭环输出阻抗的影响,提出了一种阻抗优化方法,以增大闭环输出阻抗幅值,提高系统的稳定性。采用改进阻抗的方法,以网侧存在RLC阻抗为例,对并网逆变器的稳定性进行了分析以及实验验证,结果表明所提出方法的正确性和有效性。     

用于谐波劣化分析的并网逆变器阻抗灰箱拟合方法

大规模分布式新能源经逆变器接入配电网,并网逆变器与弱电网间形成复杂交互,谐波劣化问题凸显.谐波劣化分析的关键之一是并网逆变器阻抗模型的建立.白箱阻抗建模需要结构、参数、控制方式等内部信息,黑箱阻抗建模结果一般无物理意义,两种建模方法均存在应用缺陷.为弥补二者的不足,该文以白箱阻抗建模的结果为求解目标,以黑箱阻抗建模的方...     

光伏电站多逆变器并网系统输出谐波研究

针对多台逆变器并联在同一公共连接点接入电网引起的谐波问题进行了研究。建立了多逆变器光伏并网系统的单台和多台逆变器小信号等效模型。推导出逆变器、PWM开关谐波源和电网的等效阻抗传递函数,通过Bode图分析逆变器、PWM开关谐波源的等效输出阻抗幅频特性和相频特性。应用Matlab/Simulink对35 kV光伏电站多逆变器并网系统在不同工况下进行谐波分析。仿真结果表明:并网逆变器台数越多,PCC处电流谐波畸变率越大,但主要为低次谐波,高次谐波含量较少,验证了建立的小信号模型的有效性。     

基于谐波线性化的三相LCL型并网逆变器正负序阻抗建模分析

在分布式发电系统中,并网逆变器作为主要的功率接口单元,其稳定性直接关系到并网系统的可靠运行。基于阻抗的分析方法可有效针对并网逆变器与电网之间的交互稳定性开展研究,因此并网逆变器的阻抗建模是进行阻抗稳定性分析的重要前提。该文以三相LCL型并网逆变器作为研究对象,采用谐波线性化方法,对锁相环(phase-locked loop,PLL)频率特性进行了建模分析,提出了一种锁相环调节器参数设计方法。同时,该文系统考虑了锁相环与数字控制延时等因素对阻抗特性的影响,结合谐波线性化和对称分量法,建立了三相LCL型并网逆变器的正负序阻抗模型。最后,对逆变器锁相环频率特性和正负序输出阻抗分别进行了仿真与实验验证,有效证明了理论分析的正确性。     

基于电网阻抗的并网逆变器准比例谐振控制

随着新能源大规模接入电网,新能源并网逆变器在与电网交互引发的次/超同步振荡问题引起了广泛关注。此类振荡问题与并网逆变器的输出阻抗和电网阻抗特性密切相关。采用谐波线性化方法建立了三相LCL型并网逆变器的小信号输出阻抗模型,分析了不同电流控制策略对其输出阻抗的影响,通过阻抗比奈奎斯特判据分析了电网阻抗变化对系统稳定的影响。采用无源阻尼与有源阻尼相结合的方法抑制LCL滤波器的固有谐振尖峰,再根据公共耦合点电网阻抗的变化调节准比例谐振（quasi proportional resonance,QPR）控制器参数以及电容电流反馈系数,使系统阻尼基本保持不变,增强系统鲁棒性,确保系统稳定运行。时域仿真与数值分析结果证明了所提控制策略的有效性。     

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。     

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。     

基于陷波控制的LCL型光伏并网逆变器谐波谐振抑制研究

为研究光伏并网谐波谐振现象,针对LCL型光伏并网系统,建立了光伏并网逆变器数学模型,采用频域分析方法研究多台逆变器并网时的谐波谐振问题。建立单台和多台逆变器并联的输出阻抗模型,研究不同并联台数情况下逆变器谐波谐振特性和多并网逆变器相互间的耦合关系。在此基础上,提出逆变器的陷波控制方法抑制光伏并网系统的谐波谐振。仿真结果表明,该方法滤波效果好、能够抑制LCL型光伏并网系统的谐波谐振,同时对电网背景谐波噪声也具有较好的抑制效果。     

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.     

提高光伏并网逆变器在弱电网下稳定性的阻抗相角补偿控制

针对LCL型并网逆变器自身存在的谐振现象,提出一种电容电压惯性反馈控制策略来抑制其谐振尖峰。在弱电网情况下,由于电网阻抗和并网逆变器输出阻抗的相互作用,使得并网逆变器的稳定性急剧恶化。于是提出输出阻抗相角补偿加滤波器的方法,提高逆变器输出阻抗相角使其满足稳定裕度,从而提高并网逆变器在弱电网下的稳定性。在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建并网逆变器系统仿真模型,对所提方法进行仿真验证。仿真结果表明,所提方法不仅能提高并网逆变器的稳定性,而且还能改善并网电流的质量,降低谐波总畸变率。     

LCL滤波器无源阻尼和有源阻尼对多逆变器并网谐振影响对比分析

多并网逆变器系统谐振是由滤波器输出谐波与电网谐波共同作用的结果。LCL滤波器谐振是滤波器输出谐波的主要因素之一,因此提出LCL滤波器谐振阻尼方法对多并网逆变器系统谐振的影响进行分析。首先,分析多并网逆变器系统谐波交互的机理;其次,建立无源阻尼和有源阻尼的多并网逆变器系统阻抗模型,对比分析2种阻尼方法对低频谐振和超高次谐振的影响;最后,采用3台并网逆变器进行仿真实验验证所提理论的有效性。     

提高LCL型并网逆变器对弱电网适应能力的虚拟阻抗方法

随着分布式电源并网功率等级的增加及接入位置的广泛分布,电网越来越表现出弱电网的特性,即含有较大的电网阻抗和丰富的电网电压背景谐波。其中,电网阻抗会改变控制环路的增益,影响其控制性能,甚至可能导致系统不稳定,而电网电压背景谐波会引起并网电流的畸变,使其无法满足并网电流谐波标准。由于逆变器的输出阻抗模型能够同时反映控制系统对电网阻抗的鲁棒性及对电网电压的抗扰性能,因此,该文通过揭示它们之间的关系,提出采用虚拟阻抗的方法对输出阻抗进行校正,并给出虚拟阻抗的实现过程和参数的设计方法。采用该方法可使得逆变器在电网阻抗宽范围变化时仍然能够稳定工作,同时保证并网电流满足谐波标准。以单相LCL型并网逆变器为例进行实验验证,实验结果验证了控制策略的有效性。     

计及闭环策略的并网逆变器集群阻抗特性比较分析

以逆变器集群为接口的新能源大规模接入改变了电网的动态特性,次/超同步振荡现象频发,制约了新能源的并网消纳。为深入研究该类型振荡的抑制方法,以单台并网逆变器输出阻抗为最小建模单元,引入谐波线性法推导了PI控制和准PR控制策略下逆变器闭环系统的序阻抗模型,在此基础上建立考虑多台逆变器并联运行的等效阻抗模型。通过对比两种闭环控制策略下逆变器集群输出阻抗的低频段动态特性和接入弱电网后的系统稳定性,在电流内环具有相同稳定裕度的情况下,相较于PI控制,逆变器集群采用准PR控制时互联系统稳定裕度更大,可以降低系统发生次/超同步振荡风险。最后在Matlab/Simulink仿真平台搭建逆变器集群并网仿真模型,模拟了不同强弱电网环境下的并网稳定与失稳现象,从而验证理论分析结果。     

基于阻抗分析法研究光伏并网逆变器与电网的动态交互影响

大量存在的并网逆变器会对分布式发电系统的电能质量和系统稳定性造成深刻影响,该文基于阻抗分析方法研究光伏并网逆变器与电网间的交互影响。论文定量分析光伏并网逆变器与电网之间由于阻抗交互影响所产生的谐波振荡,并通过基于硬件在环的分布式发电综合实验平台验证不同电网接入条件对并网逆变器稳定性的影响;推导LCL型并网逆变器的系统阻抗模型,并提出一种基于电压前馈的主动阻抗控制策略来提高逆变器与电网之间的稳定相角裕度,使光伏并网逆变器在不同的动态电网条件下均具有较好的控制鲁棒性;最后给出阻抗主动调整控制策略的设计过程和参数设计方法,并通过仿真验证主动阻抗控制策略的有效性。