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。     

一种基于虚拟同步发电机的电流谐波抑制方法

虚拟同步发电机(VSG)可以实现分布式发电系统友好接入电网,然而在实际运行中,电网电压往往含有低次谐波,导致VSG并网电流产生同次谐波,从而恶化并网电能质量。为此,该文通过重塑电网电压谐波频率处的导纳实现对并网电流谐波的抑制。首先建立了VSG的导纳模型,分析了电网电压谐波影响VSG并网电流质量的原因。基于所建立的VSG导纳模型,提出了一种基于陷波器的电网电压前馈控制策略,并推导出电网电压前馈函数的表达式;针对电网电压前馈函数包含微分项且在基频处增益过大会导致过调制的特点,采用谐波频率处部分前馈的方法。最后通过仿真和实验证明了所提控制策略的正确性和有效性。     

弱电网条件下LCL型并网逆变器谐振前馈控制策略研究

从并网耦合端看进去的弱电网,通常被等效为阻抗与富含背景谐波的电压源相串联的形式。考虑到电网阻抗的存在,入网电流闭环控制与电网电压背景谐波前馈控制相互耦合,常见比例前馈控制会额外引入一条正反馈环路,恶化入网电流品质,甚至威胁系统稳定性。建立弱电网条件下并网逆变系统模型,明晰弱电网条件下大量谐波电流的形成机理。提出谐振前馈控制策略,衰减电网阻抗在谐振频率段的幅值响应,提高了系统的相角裕度,减小入网电流稳态误差。提出谐振前馈与谐波控制器相结合的两种控制方案,兼顾减小入网电流稳态误差与提高对弱电网感抗及其低次背景谐波的适应性。设计一台3k W并网逆变器原理样机,并通过实验验证提出控制策略的有效性。     

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。     

虚拟同步发电机接入弱电网的序阻抗建模与稳定性分析

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)按照控制方法的不同可分为电压控制型和电流控制型VSG。首先,采用谐波线性化方法建立电压控制型VSG和电流控制型VSG的小信号序阻抗模型,对比分析这两种不同类型VSG的序阻抗特性。电压控制型VSG的序阻抗基本呈感性,与电网的阻抗特性基本一致;而电流控制型VSG的序阻抗在中频段显负阻性,且阻抗幅值非常小。基于所建序阻抗模型和Nyquist稳定判据分析电网强弱、VSG并网台数和锁相环带宽对两种不同类型VSG并网系统稳定性的影响。稳定性分析结果表明:电流控制型VSG接入电网容易发生谐波振荡问题,而电压控制型VSG并网系统在弱电网或者高渗透率新能源发电下依旧可以稳定运行且无锁相环的约束。因此,从系统稳定性的角度来说,电压控制型VSG比电流控制型VSG更适合应用于新能源并网发电中。实验验证了该文分析的正确性。     

虚拟同步机接入弱电网的电能质量新问题及谐波抑制方法

对比了VSG和传统电流型并网逆变器（TGCI）接入弱电网下的谐波域模型,发现传统谐波电流抑制方法并不适用于VSG,同时弱电网条件下非线性负载谐波电流和电网谐波电压对VSG谐波输出阻抗的要求是相互矛盾的,进而导致VSG接入弱电网下的问题更加复杂。提出一种阻抗重塑型谐波电流抑制方法来提升VSG接入弱电网的友好性,主要包含无源和有源部分,有源部分是通过公共耦合点（PCC）电压和附加电压两个变量的适当负、正前馈,增加从电网侧到VSG的谐波阻抗,同时还减小PCC到VSG的输出阻抗,有效地解决VSG接入弱电网的并网电流畸变严重的难题。最后,搭建了10 kW的VSG样机平台验证了所提方法的有效性。     

基于LCCL滤波器的三相并网逆变器前馈控制策略

在dq旋转坐标系下提出了基于LCCL滤波的三相并网逆变器前馈控制策略,该控制策略可以有效抑制电网电压畸变造成的并网电流谐波。首先在dq坐标系下分析了基于LCCL滤波的三相并网逆变器控制策略的优点,但在该控制策略下,网侧电流没有直接受控导致其对于电网电压畸变的抑制能力较差,这将造成网侧电流较大的谐波。通过推导闭环系统中网侧电压与给定量之间的关系,完全前馈电网电压以减小电网电压畸变对网侧电流的影响,同时分解前馈量,分别前馈至电流给定以及控制量上从而增加了该前馈策略的可行性。最后,仿真以及100kW样机的实验结果验证了该方法的有效性。     

基于电网谐波电压前馈的虚拟同步整流器电流谐波抑制方法

虚拟同步机技术可使电力电子变换器表现出类似同步电机的阻尼和惯量特性,从而促进电源或负荷与电网的友好交互。然而,因实际电网运行工况较为复杂,电网电压畸变将导致虚拟同步变换器的并网电流发生严重畸变。为此,该文提出一种适用于畸变电网下的虚拟同步整流器电流谐波抑制方法。首先,运用阻抗分析法,研究电网谐波电压对虚拟同步整流器并网电流的影响机制;其次,基于阻抗分析,提出一种电网谐波电压前馈的方法,通过增大谐波频率处的网侧阻抗,削弱电网谐波电压对并网电流的影响,实现对电流谐波的抑制;最后,采用小信号分析法,研究前馈因子的取值方法,并评估系统的稳态与动态性能。仿真和实验结果证明了该研究方法的正确性和有效性。     

多谐波源下分布式电源并网逆变器的谐波抑制策略

在新型电力系统背景下，大量分布式电源与负荷经过电力电子接口接入配电网，由此导致的电网电压畸变将严重威胁分布式电源的并网电流质量，并恶化对配电网中关键负荷的供电电压质量。该文首先量化分析了用户侧分布式电源本地电压谐波与并网电流谐波同时抑制的制约关系，提出一种混合谐波抑制策略，包含电压谐波反馈控制环与电网流控电压补偿环，本地电压谐波控制环基于负反馈控制减小输出谐波阻抗，而并网电流控制补偿器通过产生补偿电压等效缩小并网线路谐波导纳，从而实现分布式电源对本地负载电压谐波与并网电流谐波的协同治理；然后，建立系统的小信号模型，研究系统参数摄动对其稳定性与鲁棒性的影响；最后，通过实验验证了所提策略的有效性。     

基于电网电压前馈的VSG平衡电流控制策略

在电网电压不平衡条件下基于虚拟同步发电机(VSG)控制策略的逆变器输出三相电流不平衡并且电流幅值过大。针对此问题,提出一种基于电网电压前馈的VSG平衡电流控制策略。利用VSG电流内环的控制框图推导出前馈控制器的传递函数,再将电网电压经前馈控制器前馈至电流内环,减轻故障电压对电流波形的干扰,降低电流畸变率。将瞬时有功、无功功率的平均值反馈到VSG算法得到抑制负序电流的电压参考指令,在电网电压故障期间使并网电流依然保持三相平衡而且幅值稳定。最后通过MATLAB/Simulink仿真证明了所提控制策略的有效性。     

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。     

不平衡电压下VSG无锁相环并网及运行控制策略

针对并网逆变器在不平衡电压下电流畸变严重和锁相环节复杂等问题,文中设计了一种基于改进虚拟同步机(VSG)的逆变器无锁相环控制策略。重点研究了VSG在不平衡电网电压下的运行控制方法,设计了一种基于比例积分谐振(PIR)控制器的改进VSG控制策略,在不改变VSG外特性的基础上有效抑制了逆变器输出电流的不平衡分量。同时,提出一种基于虚拟功率的VSG预同步控制策略,保证VSG孤岛转并网模式的无缝切换。整个控制过程不依赖锁相环,避免了锁相环对系统控制精度以及响应速度的影响,降低了控制系统的复杂度。最后,基于RT-LAB的实时仿真平台对所提控制策略进行了验证。     

弱电网下LCLCL型并联逆变器并网系统的电流优化控制

针对LCL型滤波器存在的缺陷,采用基于电容电流比例反馈的LCLCL型滤波器,在保留传统滤波器高频谐波衰减能力的前提下,实现了在系统开关频率处对谐波的陷波作用。建立了弱电网下两台并联逆变器并网系统的诺顿等效模型,分析了电网阻抗在逆变器与电网之间的耦合作用;考虑电网阻抗影响的电网电压前馈控制会引入一条额外的并网电流正反馈回路,降低系统的相位裕度;通过采用谐振前馈控制,可实现前馈控制与电流控制在基波频率的中高频段处解耦,提高系统的稳定性,优化并网电流的品质。最后通过Matlab/Simulink的仿真分析验证了所提策略的可行性和有效性。     

采用VSG策略的MMC阻抗建模及并网稳定性分析

随着分布式能源并网的增多,局部电网逐渐呈现出弱电网特性,虚拟同步发电机（VSG）控制由于可以模拟同步发电机的特性,能够为弱电网提供惯性和阻尼支撑。本文采用谐波线性化方法对采用VSG控制策略的模块化多电平换流器(MMC)进行阻抗建模。所得到的阻抗模型在低频段主要呈容性,在高频段主要呈感性,在复杂电力系统中,可能会与电网阻抗存在谐振点。分析了VSG主要控制参数对MMC阻抗的影响,发现有功-频率下垂系数、阻尼系数和虚拟转动惯量主要影响50Hz附近的阻抗。根据阻抗稳定性判据对MMC并网系统进行稳定性分析,发现并网系统在高频段有振荡的风险。     

提高弱电网下并网逆变器稳定性的复合补偿策略

采用电压前馈控制以及H∞控制组成的H∞复合控制策略,利用阻抗分析方法,分析电网阻抗对并网逆变器稳定性的影响,通过分析并网逆变器的输出阻抗特性,提出了一种在电压前馈通道引入复数滤波器以及在系统前向通道引入超前校正环节的复合补偿方法,以此提高并网逆变器在弱电网下的稳定性。最后,在MATLAB/Simulink中对所提方法进行仿真实验,结果表明,通过在电压前馈通道引入复数滤波器以及系统前向通道引入超前校正环节,可以提高所用策略对电网阻抗的适应能力。     

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。     

基于虚拟同步机的并网逆变器不平衡电压灵活补偿策略

电力电子设备大量地接入电网,给电网带来了系统惯量和阻尼降低等问题。为了提高不平衡电网频率稳定性和改善电网电压的电能质量,提出了基于虚拟同步机的不平衡电压灵活补偿控制策略。通过采用虚拟同步控制,在电网频率波动时提供有功功率支撑,提高电网频率稳定性。通过采用负序电压前馈补偿,抑制公共连接点不平衡电压,改善电能质量。通过建立不平衡电网下的虚拟同步机模型,提出采用电压前馈的不平衡电压抑制策略。进而,分析了采用电压前馈补偿策略的控制性能,研究不平衡电压补偿系数的设定方法。提出的控制方法可根据电网电压不平衡度的控制目标和设备剩余容量自动地调整不平衡电压补偿系数,实现不平衡度灵活调节。最后,通过仿真结果验证所提控制策略的正确性和有效性。