光伏并网逆变器模型预测电流控制研究

在αβ两相静止坐标下建立逆变器输出电流的预测模型,通过评估函数对逆变器输出的不同电压矢量进行最优选择,预测函数计算出下一时刻可能的输出值。当评估函数取值最小时,对应的电压矢量为最优,采用此时的开关状态对逆变器进行控制,实现并网电流快速跟踪参考电流。该控制方法无需脉冲宽度调制信号,通过单次坐标变换,避免了复杂的运算过程,降低了控制偏差。仿真结果表明当参考电流动态变化时,模型预测电流控制能快速跟踪参考电流变化。当光伏电池的光照强度变化时,模型预测电流控制能快速追踪光伏电池最大输出功率点,且逆变器输出电流谐波畸变低。通过对比传统空间矢量脉宽调制控制下的输出波形,验证了模型预测电流控制策略的有效性。     

并网逆变器电流重构低电压穿越模型预测控制

新能源并网运行时可能因为电网电压跌落造成并网电流过流,甚至反复并、离网,进而引发电流传感器故障,并网逆变系统非正常运行。为使并网系统在电网电压跌落和电流传感器故障后不脱网运行,提出一种考虑低电压穿越的电流重构模型预测控制策略。在电网电压跌落和电流传感器故障后,分析并网系统电压矢量和电流对应关系,利用直流母线电流和预测电流重构故障相电流。建立低电压穿越控制模型,根据其无功电流补偿指令动态改变逆变器参考电流信号,优选满足代价函数最小的开关状态作为最优电压矢量进行无功补偿。仿真与实验表明在电网电压跌落和电流传感器故障后所提控制策略仍能连续运行,补偿无功电流,为电网提供无功支撑。     

三相电压不对称跌落光伏并网逆变器控制方法

为了满足光伏并网逆变器在三相电网电压不对称跌落情况下的低电压穿越能力的要求,提出了一种电流正负序同步旋转坐标独立控制的方法,以抑制负序电流和并网电流谐波,使得光伏并网逆变器在三相电网电压不平衡跌落过程中能够正常运行,且不影响电网电能质量。特别地,对电网电压正负序分量的检测进行了详细研究,分析了两种不同的电网正负序分量检测方法的优缺点,优选一种方法进行了实验验证。所提出的低电压穿越控制方法通过了国家电网的零电压穿越认证,证明了该技术方案的有效性。     

大功率光伏并网逆变器低电压穿越控制策略研究

针对三相大功率光伏并网逆变器在电网扰动或故障时突然脱网给电网带来的不利影响,基于电流平衡原则提出了一种基于正负序d-q坐标系的低穿控制策略。在研究了电网电压跌落对光伏并网逆变器运行性能影响的基础上,提出了采用前馈解耦的空间矢量PWM(SVPWM)控制算法,且为了获得最大转换效率,低穿过程中一直带着MPPT控制环运行。仿真和通过了国网电科院低穿认证表明该方法能够保证光伏逆变器在电网电压跌落时不过流,同时能保证在低穿过程中三相电流波形正弦且平衡,提高了系统运行性能。     

基于模型电流预测控制的光伏电站低电压穿越控制方法

在传统光伏电站低电压穿越技术之上,提出了一种基于模型电流预测控制的光伏并网逆变器低电压穿越控制方法,模型电流预测控制方法能够使逆变器的输出电流迅速地跟随参考电流指令,具有良好的动态特性。在光伏电站并网点发生故障期间,能够迅速控制光伏电站无功功率的输出,为并网点提供电压支撑,减少无功设备的投资,同时也提高了系统的暂态稳定性。在PSCAD/EMTDC仿真平台上进行了三相短路故障、单相短路故障和大负荷扰动3个仿真实验,另外对模型电流预测控制的输出响应和稳态性能进行了仿真分析,仿真结果表明,光伏电站在低电压期间为电网提供电压支撑,验证了所提出控制方法的有效性。     

电流源光伏逆变器与电压源光伏逆变器的比较研究

对比研究了单级式电流源逆变器与传统的两级式Boost升压电路电压源逆变器光伏并网系统.通过对两种系统在交直流输出特性、功率损耗方面的理论分析和电路试验对比分析,阐述了两者的优缺点,并得出一些新的分析结果.这为相关学术研究提供了进一步讨论的数据,为光伏并网逆变器的选择提供理论和试验依据.     

基于电网电压前馈补偿的光伏并网逆变器零电压穿越控制

根据相关国家标准要求,大型光伏并网逆变器需具备零电压穿越(ZVRT)能力以防止其发生低压自动脱网,从而影响电力系统正常稳定运行。在分析光伏并网逆变器ZVRT标准的基础上,详细讨论了逆变器实现ZVRT的各项关键技术,包括电网电压正负序分离及锁相、逆变器有功和无功电流控制、电网电压不平衡时系统控制等。在此基础上,进一步提出向系统电流环引入电网电压前馈分量相位超前补偿环节,以改善逆变器故障穿越瞬间并网电流过冲现象。最后,利用RTDS和一台500 k W样机的实验结果验证了所述光伏并网逆变器ZVRT控制策略的正确性和有效性。     

三相并网逆变器改进定频模型预测电流控制

三相并网逆变器传统模型预测控制存在开关频率不固定和输出电流谐波含量较高的问题,给并网逆变器输出滤波器的设计带来了一定困难,并且影响并网逆变器的运行效率。为此,提出一种三相并网逆变器改进定频模型预测电流控制算法,在每个控制周期采用三个电压矢量,通过 轴电流无差拍控制来确定每个电压矢量的作用时间,以电流跟踪误差最小选择最优电压矢量组合,再经过DPWM0调制得到开关信号,实现输出电流定频控制且谐波含量降低。仿真和实验结果验证了所提算法的可行性和有效性。     

LCL型光伏并网逆变器电流内环控制方法

针对LCL型光伏并网逆变器存在的谐振问题,建立了电流内环的控制模型,并分析了其开环传递函数。由分析可知,采用逆变器输出电流反馈进行电流内环控制时,控制器中包含一个固有阻尼项,该阻尼项有利于提高控制系统的阻尼、抑制LCL滤波器的谐振。在此基础上,提出了一种基于逆变器输出电流反馈的准比例谐振(proportional resonant,PR)电流内环控制策略。该控制策略没有引入额外的无源阻尼和有源阻尼,仅使用逆变器输出电流反馈进行控制,便可有效抑制LCL滤波器的谐振问题,提高控制系统的稳定性。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

光伏并网逆变器及其低电压穿越技术

从光伏并网逆变器拓扑结构和工作原理入手,建立其数学模型,并对光伏并网逆变器在同步旋转坐标系下基于电网电压定向矢量控制的电压外环、电流内环双闭环控制策略进行了分析。阐述了光伏并网发电系统低电压穿越（LVRT）原理和相应的控制策略。利用Matlab/Simulink软件搭建了光伏并网发电系统仿真模块,给出了仿真波形。仿真结果表明,该方法能保证并网点电压跌落时光伏并网逆变器不过流,并根据电网电压跌落深度发出一定的无功电流来支撑并网点电压,使逆变器继续并网运行,从而提高了LVRT能力,为光伏逆变器在光伏电站中的应用提供可靠的理论依据。     

基于RTDS的光伏发电系统对称跌落低电压穿越无功控制策略

分析了光伏发电系统有功、无功功率解耦控制,在RTDS实时仿真系统平台搭建了DC-DC和DC-AC两级光伏逆变器模型。提出了一种新型的光伏发电系统的低电压穿越控制策略。在电网对称跌落故障情况下,光伏发电系统向电网输出一定的无功功率,支持电网电压恢复,节省无功设备投入。通过在RTDS实时仿真系统平台仿真及实验验证了控制策略的可行性和有效性。     

带直流电流前馈的光伏逆变器预测控制策略

光伏并网逆变器的控制技术一直是可再生能源发电领域的研究热点。依据单相光伏并网逆变器的特点,在单级式拓扑结构中,通过对传统的电压电流双闭环控制方式的分析,提出了一种带直流电流前馈的光伏并网逆变器电流预测控制方法。该方法首先由并网逆变器的物理模型推导出电流预测控制函数,实现对并网电流的快速控制。分析结果表明,所提方法能加快电压外环的响应速度,使系统的动态响应更加优越,提高发电效率,减少并网电流的谐波。仿真和实验结果证明了所提方法的有效性和实用性。     

不平衡电压下并网逆变器的预测电流控制技术

在推导不平衡电网电压下并网逆变器数学模型和瞬时有功、无功功率数学模型的基础上,提出了实现三相电流平衡、有功功率或无功功率无波动为控制目标的控制策略,讨论了不同控制目标下并网逆变器正序和负序电流指令计算原则。为实现正序和负序电流的准确控制,设计了在两相静止坐标系下的预测电流控制方案,以消除电流采样延时和正负序分解导致系统运行性能下降的影响。最后搭建了3 kVA并网逆变器的试验系统,试验结果验证了理论分析的正确性以及预测电流控制方案的有效性。     

Z源光伏并网直接电流单周控制系统

为构建高效且结构简单的光伏并网系统,将单周控制这一非线性控制方法用于电流内环,快速跟踪电流的同时,开关频率得以保持不变,改善了传统并网逆变系统三环控制性能。阻抗源（Z源）变换器将光伏电池板电压提升以满足并网电压条件,并实现最大功率跟踪。给出了综合以上两者的系统结构和单周控制模型,通过对电流跟踪过程的理论分析,结合MATLAB/Simulink仿真结果表明并网电流能很好地跟踪指令电流与电网电压同步。该方案通过了小功率实验验证。     

电网故障下光伏并网低压故障穿越控制策略的研究

电网发生故障或扰动可能造成光伏并网点电压跌落,严重影响电力系统的安全运行,光伏发电站有必要具备在电压跌落范围和时间内保证不脱网运行的能力。提出一种基于无功补偿的光伏并网低压穿越控制策略。该方法在检测到电压跌落时,通过断开外部电压环路将双闭环控制模式更改为单电流环路操作模式,采用改进后的无功补偿控制策略防止逆变器产生过电流,为电网电压提供无功补偿,较好实现不脱网运行。最后利用Matlab / Simulink软件比较和分析低压穿越控制策略前后的相关参数。仿真结果表明,改进的控制策略可以有效地抑制逆变器输出电流的增加,并且能提供无功功率来支持电网电压,以在电网电压骤降期间实现低压穿越。     

光伏并网逆变器的电流扰动观测控制方法研究

并网逆变器的输出电流质量易受到电网电压状态及逆变器系统参数的不确定性等因素的干扰。根据扰动观测器控制原理,建立电流控制的扰动观测模型,并设计电流扰动观测控制器,该方法将电网电压与直流侧电压变化设定为外部扰动变量,提高电流控制对这两种扰动的抗扰动性,同时可对输入功率变化时电路参数出现的差异性进行补偿控制,提高电流动态响应速度并减少输出电流谐波。仿真与实验结果表明,该电流控制方法可有效抑制三相电网电压不平衡或畸变状态造成的电流谐波,并改善在低输入功率状态的逆变器输出电流质量,当输入功率发生突变时,输出电流的响应速度与质量都得到明显提升,同时降低了光伏逆变器的最大功率跟踪过程时间。     

基于重复PI控制的光伏并网逆变器的研究

针对单纯PI控制的缺点,对光伏并网系统中逆变器的控制进行了改进,提出重复控制和PI控制相结合的电流跟踪控制策略。重复控制可以抑制网侧和负载侧对并网输出电流的周期性扰动,降低并网电流的总谐波畸变系数;PI控制则利用偏差调节原理,使逆变器输出并网电流实时跟踪参考正弦给定信号。此外,加入预测算法以便消除逆变器开关器件和输出滤波网络的延迟影响,使并网电流与电网电压相位趋于一致。实验结果表明,新的控制策略可有效改善并网电流波形,同时可保证逆变器输出电流与电网电压同频同相。     

基于模块化多电平换流器的光伏并网系统低电压穿越技术控制策略

随着光伏发电在电力系统中的渗透率日益加大,最新并网规则要求光伏并网逆变器具有一定的低电压穿越（low voltage ride through,LVRT）能力。针对基于模块化多电平变流器（modular multilevel converter,MMC）的光伏并网系统,首先,在静止坐标系下建立了系统的数学模型。为保证光伏电场可在电网故障时具备低电压穿越能力,采用一种实现电流正弦及有功恒定的电流控制策略,并提出无功功率参考值的计算方法及并网电流限幅策略。其次,利用准谐振（proportional resonant,PR）控制器,设计出控制环路,实现光伏并网系统的LVRT。最后,在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型,验证了控制策略的有效性和正确性。     

中压并网变流器的模型预测直接电流控制

为了提高三电平中点钳位型中压并网变流器的控制性能,设计了一种新颖的模型预测直接电流控制(MPDCC)策略。新型MPDCC控制器基于虚拟电阻较好地处理了LCL滤波器谐振问题。同时,MPDCC控制器具有较长的预测范围,故基于虚拟电阻的参考项在每个步长内与状态轨迹一起被预测,从而使得控制器做出更准确的决策,获取更高的控制精度。利用仿真平台和实验设备进行了仿真研究和实验验证,结果表明,所提出的方法在电网电压扰动下能表现出较好的稳态特性,同时动态性能也较优。