基于不对称正负反馈效应的PQ功率控制并网逆变器稳定性分析

针对弱电网下PQ功率控制并网逆变器的稳定性问题,该文通过构建有功/无功环的小信号控制框图,首次揭示弱电网下PQ功率控制是一种不对称控制的本质,即无功环控制器会在有功和无功控制环中形成不对称的正负反馈环路。同时,基于PQ功率环小信号控制框图的不对称现象,揭示有功/无功环控制器参数变化对并网逆变器稳定性影响存在差异性的机理,指出无功环控制器参数变化对并网系统稳定性的影响程度要明显强于有功环控制器参数变化。在此基础上,借助有功与无功环小信号控制框图中的正负反馈效应,分析并网逆变器稳定性随无功环控制器参数增加而出现先增强后减弱的“拐点”现象。最后,通过仿真与实验验证了该文理论分析的正确性。     

弱电网下单相并网逆变器自同步控制策略

传统电流控制策略中,锁相环(PLL)通过检测公共耦合点(PCC)电压,实现电网电压相位检测,为电流控制器提供相位参考.然而,在弱电网条件下,由于PCC电压随变流器输出功率波动,PLL输出相位会出现偏差,甚至诱发系统振荡.为此,针对单相并网逆变器,提出一种自同步控制策略.传统控制策略中PLL输入变量为电网电压,与之不同,...     

弱电网下计及锁相环影响的并网逆变器稳定性提升方法

并网逆变器通常使用锁相环获取电网电压同步信息。在弱电网中,电网阻抗不可忽略,公共耦合点处的电压扰动使得锁相环输出相角存在偏差,从而影响对并网电流的控制,不利于并网逆变器的稳定运行。为抑制锁相环引入的扰动、增强并网系统的稳定性,提出一种基于非理想广义积分器的改进小信号补偿控制方法。首先,在dq坐标系下建立考虑锁相环影响的LCL型三相并网逆变器小信号模型。然后,分析加入小信号补偿前后并网逆变器等效输出阻抗的变化特征,针对小信号补偿方法对稳定裕度的提升效果随频率升高减弱这一问题,在小信号补偿的基础上加入微分补偿通路,微分项由非理想广义积分器等效替代。在电网阻抗宽范围变化时,采用所提方法可以确保并网逆变器始终保持良好的稳定裕度,增强了并网逆变器的稳定性和动态性能。最后,通过实验验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

弱电网下基于对称PLL结构的并网逆变器频率耦合消除与稳定性增强方法

在分布式电源渗透率较高的弱电网下,由于电网阻抗的存在,并网逆变器易发生与锁相环相关的频率耦合振荡问题,进而导致入网电流质量和电网稳定性降低。为提高并网逆变器的振荡抑制能力,提出一种基于复数滤波器的对称锁相环(a symmetrical phase-locked loop synchronization structure based on the complex coefficient filter,CCF-SPLL)同步结构。所提的对称锁相环控制策略在不增加额外控制补偿回路或调整系统控制参数的前提下,可避免由传统锁相环引起的频率耦合特性,且增强了并网逆变器系统在弱电网环境下的稳定性。最后,通过RT-LAB硬件在环实验验证了文中理论分析的正确性以及所提控制策略的有效性。     

基于电流正负反馈环效应的弱电网下并网逆变器稳定性分析

弱电网下直流母线电压外环及电流内环控制给并网逆变器(grid-connected inverters,GCIs)带来的稳定性问题已被广泛关注,然而电压外环和电流内环控制器参数对GCI稳定性影响存在差异性的现象及其机理却尚未得到直观解析。为此,通过构建考虑直流母线电压动态的GCI小信号数学模型,并通过一系列控制框图等效变换,直观揭示了弱电网下电流内环控制器会经过电网阻抗及锁相环在直流母线电压控制环中形成正负反馈环效应的内在机理。同时,基于GCI的阻抗模型以及控制环路中存在的正负反馈环效应,解析了电压外环与电流内环控制器参数变化对GCI稳定性的影响特性。在此分析基础上,指出GCI稳定性对电流内环控制器参数变化更加敏感;而动态调节特性则对电压外环控制器参数变化更加敏感。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

弱电网下新能源并网逆变器锁相环参数优化设计方法

并网逆变器常采用锁相环(phase-lockedloop,PLL)实现系统的同步运行。弱电网下,PLL参数设计不当时,易引发并网逆变器的失稳现象,传统PLL参数设计方法未能兼顾多种PLL的适用性。针对这一问题,提出一种广泛适用的PLL参数优化设计方法。首先,通过PLL参数特点建立参数之间的关系;其次,根据系统开环传递函数,通过引入系统相位裕度及谐波抗扰能力限定条件,得到其参数约束区域;最后,结合参数对系统动态性能影响及系统稳定性影响分析确定参数的选取。利用实验测试对所研究的优化设计方法的有效性进行验证,并进一步研究其在3种常见PLL(即,同步坐标系锁相环(synchronous reference frame PLL,SRF-PLL)、基于前置低通滤波器同步坐标系锁相环(low-pass-filter-basedsynchronousreferenceframePLL,LSRF-PLL)和基于双二阶广义积分器的锁相环(double second-order generalized integrator PLL,DSOGI-PLL)中的适用性。     

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。     

弱电网下计及锁相环影响的LCL型并网逆变器控制策略

新能源并网逆变器在弱电网下易诱发宽频带振荡.为分析振荡失稳的发生机理,首先基于复矢量传递函数方法建立了计及锁相环影响的三相LCL型并网逆变器阻抗模型,然后分析了频率耦合的机理.在此基础上推导出并网逆变器系统与电网阻抗交互作用的等价输出阻抗模型,应用阻抗稳定性判据分析了锁相环对并网逆变器稳定性的影响.为抑制锁相环对并网逆...     

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...     

弱电网下LCL型并网逆变器的自适应控制策略

并网电压电流双环反馈策略能够较好抑制电网的背景谐波,但在弱电网环境下,电网电感会使LCL型并网逆变器系统的相位裕度下降,造成并网电流畸变,导致系统稳定性变差。针对该问题,提出了一种基于电网阻抗检测的自适应控制策略。该策略在双环反馈控制策略的基础上,利用小信号注入法检测电网电感,并根据电网电感的变化调整并网电流前馈函数的参数,从而实现对系统的自适应控制。理论分析结合仿真及实验结果均表明,所提策略能够有效抑制弱电网下LCL型并网逆变器的并网电流谐波,显著提升电流质量,增强并网系统的稳定性。     

弱电网下LCL并网逆变器控制设计

当分布式发电(DG)单元与弱电网系统互连时,受电网阻抗摄动的影响,并网后DG单元的性能降低,甚至产生不稳定。基于μ方法设计了并网电流反馈控制器,为了对并网的有功电流分量和无功电流分量解耦,建立多输入多输出系统模型。将低频并网电流dq解耦要求与稳态误差、超调量等指标一起转化为闭环系统控制器设计问题,最后基于μ方法设计一种鲁棒的反馈控制器。仿真结果表明,该控制器保证了系统在弱电网电感摄动时的鲁棒稳定性和鲁棒性能,实现了并网电流的d分量和q分量的解耦。     

弱电网条件下并网逆变器的锁相环静态稳定分析

在新能源发电经由逆变器接入电网的系统中,并网逆变器的稳定性将随着接入点短路比的减小而降低。目前,学术界针对这一问题已有较多研究,但大多是基于状态空间模型线性化后利用相关控制理论进行分析,缺乏直观的机理分析。采用忽略了电流内环响应时间的准稳态模型,重点对并网逆变器中锁相环的静态稳定性进行分析,得出了与传统单机无穷大系统中类似的静态稳定判据。由此稳定判据能直观得出并网逆变器维持同步前提下的输出功率极限,并指出当并网逆变器超出此功率极限时将以过电压的形式失去稳定。采用并网逆变器的详细模型进行仿真分析,验证了所提静态稳定判据的正确性。     

弱电网下远端严重电压跌落时逆变器并网失稳机理分析

有别于公共连接点电压跌落故障,当电压跌落故障发生在远端电网侧时,并入弱电网的逆变器在采用典型的低电压穿越控制策略时会出现稳定问题。文中以单逆变器无穷大系统为例,首先建立系统准稳态模型,并分别从电压跌落程度、线路感抗大小、低电压穿越增益系数3个因素分析逆变器失稳机理;其次,建立系统小信号模型,分析得出准稳态模型稳定情况下逆变器还可能存在小干扰稳定问题。最后,基于MATLAB/Simulink仿真验证了理论分析的合理性。     

弱电网下无功控制对并网变流器稳定性影响分析

可再生能源经变流器接入弱电网时,变流器向电网输出无功功率有利于提高并网点的电压质量,但是无功控制的动态特性对变流器系统的稳定性有重要的影响。为分析此影响,文中建立了采用定无功功率控制策略下变流器的阻抗模型,通过分析无功控制外环动态改变所引起的各元素阻抗特性变化,判断无功控制外环动态对系统稳定性的影响,并采用广义奈奎斯特判据验证上述分析结论。其次,采用特征根轨迹法,分析了无功控制外环比例参数及电网强度的变化对系统稳定性的影响,结果表明弱电网下无功控制外环可能引发中高频振荡问题。最后,基于RT-LAB进行在环仿真验证理论分析结果。     

弱电网下考虑锁相环影响的并网逆变器自适应改进前馈策略

LCL型并网逆变器采用网压比例前馈策略可以有效地抑制电网背景谐波,但在弱电网下,随着电网阻抗的增大,系统逐渐失稳,同时再考虑锁相环影响,系统鲁棒性大幅降低。为此,本文首先建立包含锁相环以及网压比例前馈的LCL型并网逆变器阻抗模型,并采用阻抗分析法进行稳定性分析;提出了在锁相环以及网压前馈通道前串联陷波器对逆变器等效输出阻抗相位进行补偿的改进策略,在提升系统鲁棒性的同时保留网压比例前馈策略谐波抑制能力。然而,改进策略无法满足电网阻抗宽范围变化时系统稳定的要求,因此在改进策略的基础上加入了自适应环节,通过电网阻抗测量技术结合粒子群优化算法对陷波器参数进行自适应优化,从而提升系统在电网阻抗宽范围变化时的鲁棒性。最终通过仿真与实验验证了自适应改进策略的正确性和有效性。     

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。     

弱电网下单相并网逆变器延时锁相环的鲁棒控制及优化方法

单相并网逆变器中,基于延时的锁相环是一种常用的公共耦合点电压相位同步方法。然而,在电网阻抗较大时,采用延时锁相环的并网逆变器电流谐波可能增加,系统可能出现不稳定。目前,虽然已有部分文献对此现象进行了解释,但是仍少有可解决延时锁相环对系统性能不利影响的有效方法。因此,该文旨在对传统基于延时的锁相环进行优化以提高鲁棒性。首先,通过对逆变器输出阻抗进行建模,解释基于延时的锁相环在弱电网下导致系统性能恶化的原因。然后,提出一种基于延时的锁相环的优化控制及设计方法,以提高逆变器在弱电网下的鲁棒性。对比实验表明,即使在高电网阻抗下,采用改进方法的单相并网逆变器系统仍然可以实现高质量的进网电流输出。     

弱电网下逆变侧电流反馈的并网逆变器稳定性分析及优化

逆变侧电流反馈控制是一种常见的间接进网电流控制方法,其相较于直接进网电流控制具有更好的稳定性。但在实际应用中,并网逆变器常工作在弱电网条件下,因此并网逆变器的稳定性会大幅降低。以三相LCL逆变侧电流反馈并网逆变器为例,通过频域分析法研究系统稳定性下降的机理,提出在并网电压比例前馈环节串联二阶广义积分(Second Order Generalized Integrator, SOGI)的控制方案。该方案可以削弱并网电压比例前馈引入的与线路阻抗相关的额外正反馈,从而提升弱电网下系统稳定性。最后,搭建了三相并网逆变器仿真模型、实物模型,验证了该方案的有效性。