电流控制型储能变流器控制稳定性分析与谐波谐振抑制技术研究

储能变流器是储能系统平抑新能源电站功率波动和支撑电网调频调压功能的核心载体。对储能变流器关键运行控制技术特别是电流控制模式下的控制策略进行研究,提出了电流内环无静差跟踪控制策略,建立了PI控制器比例、积分关键控制参数最佳阻尼比优化设计方法。基于开环幅相频率特性和开环对数频率特性方法,构建计及储能变流器电流内环的开环频域模型。通过Bode稳定判据,定量分析了不同电流内环比例系数、积分参数以及变流器阻感参数变化对储能变流器控制稳定性的影响,并采用Nyquist稳定判据对比验证,在实时数字仿真试验平台（RT-LAB）开展储能变流器并网测试,不同比例系数和积分系数下的并网系统均保持稳定。基于滤波器的输入电压到输出电流的传递函数,发现储能变流器存在谐波谐振问题,提出基于电容电流反馈的有源阻尼谐振抑制策略,有效消除谐波谐振影响。分析结果表明,所设计的储能变流器及其谐波谐振抑制策略,具备鲁棒性,能够为大型新能源电站建设提供有力支撑。     

αβ0坐标系下带不平衡负载的三相四桥臂变流器控制策略

传统的基于同步旋转坐标系下的三相四桥臂变流器控制复杂,尤其在负载不平衡工况下。为简化四桥臂控制,提出一种αβ0坐标系下的四桥臂变流器控制策略。该控制策略采用准比例谐振调节器控制输出电压,并加入参考电压前馈改善系统控制精度与动态性能,在此基础上采用基于电感电流的有源阻尼控制方法进一步增强系统的稳定性。针对准比例谐振调节器在基波频率处有限增益导致的静差问题,分析调节器参数以及滤波器参数对增益系数选取的影响,给出控制器参数设计以及实际参数调试的依据。最后,对所提控制策略进行实验验证。实验结果表明,在不平衡负载条件下,采用该控制策略的四桥臂变流器能够实现输出电压的平衡控制,动态性能良好。     

LCL并网逆变器准比例谐振与网压前馈控制研究

针对传统LCL并网逆变器对交流电流信号跟踪存在静差及抗干扰性较差的问题,提出一种基于准比例谐振和网压前馈的新型并网控制策略。该控制策略由逆变器侧电感电流反馈环、网侧电感电流外环和电网电压前馈环组成。其中网侧电感电流外环采用准比例谐振控制器,同时结合逆变器侧电感电流内环,在抑制LCL滤波器谐振峰的同时,提高了控制系统的精度;电网电压前馈控制的引入,一方面提高了系统的响应速度,另一方面保证了在电网发生畸变时并网逆变器较好的动态性能。最后,仿真结果验证了所提控制策略在无静差跟踪及抗电网电压扰动方面具有显著优势。     

基于准比例谐振双闭环控制的电网模拟器逆变侧设计

针对电网模拟器逆变侧控制,传统的比例积分控制对给定电压的跟踪存在静差值、延时和振荡等问题,提出电网模拟器逆变侧电流内环、电压外环均采用准比例谐振(QPR)控制。选用了合适的电网模拟器结构,建立了单相逆变器的数学模型,采用LC滤波器,设计了QPR双闭环控制器。仿真对比传统比例积分控制,验证了准比例谐振控制器能有效的提高系统对指令电压的跟踪能力和输出电压的稳定性。基于控制器硬件在环测试(CHIL)技术搭建了电网模拟器实验平台并进行实验,验证了该控制策略的可行性。     

一种无延时的单相光伏并网功率控制方法

针对分布于电网末梢的单相光伏并网发电系统,提出一种无延时的兼具无功补偿功能的并网功率控制方法,使系统在向电网和本地负载快速提供有功电能的同时,也能提供负载所需的无功电能。该方法由无功电流检测、电压电流双环控制、功率前馈及电网电压前馈构成。提出的无延时单相无功电流检测方法,解决了传统单相无功电流检测存在较大延时的不足;电压外环采用比例积分(proportion integration,PI)控制实现逆变器直流侧稳压;电流内环采用准谐振PR控制实现并网电流的零稳态误差控制,并降低电网频率偏移对电流的影响;引入功率前馈加快系统响应;引入电网电压前馈降低电压畸变或扰动造成的电流畸变。给出了并网功率控制系统的设计,分析了准谐振PR控制中不同控制参数对系统性能的影响,并选取了合适的设计参数。仿真与实验结果验证了所提方法的有效性。     

一种可再生能源并网逆变器的多谐振PR电流控制技术

在介绍三相并网逆变器电流双环控制策略的基础上,对基于LCL滤波器的并网逆变器在两相静止坐标系下建立完整的开关周期平均模型。在电流环中,应用多谐振比例谐振(proportional resonant,PR)调节器来达到无静差跟踪正弦电流基波给定并减小输出电流中特定次数的谐波含量,以提高并网电流质量。针对多谐振PR调节器阶数高、设计难的问题,采用根轨迹理论分析PR调节器参数、系统延时以及LCL滤波器参数对闭环系统极点的影响,并基于此理论分析设计极点位置,选择合适参数,在保证系统稳定的前提下使电流环达到最佳的性能。最后搭建一台10 kW并网逆变器样机,验证多谐振PR调节器对并网电流的改善作用以及基于根轨迹理论设计多谐振PR调节器的实用性与可行性。     

单相逆变器并网控制技术研究

设计了一种具有零稳态误差的并网逆变器系统，系统控制器由比例调节器P和谐振调节器R组成。与传统的PI控制器比较，该比例谐振控制器(PR)在基波频率处增益无穷大，因此可以完全消除稳态误差。通过理论分析，系统中采用了一种更易实现的准谐振控制器，并给出控制器参数具体的设计方法。此外，为了消除电网电压畸变或扰动对逆变器输出电流的影响，系统中引入了电网电压前馈解耦控制，改善了系统输出电流的质量。理论分析和实验结果验证了系统具有较好的稳态性能和抗扰性能。     

电网模拟装置的研究

研制了一种电网模拟装置用来模拟电网的各种故障工况,进而实现变流器电网适应性的测试。该装置采用背靠背方式的四象限变流器组成。整流侧变流器采用直流电压外环、有功电流内环的经典双环控制,实现了对直流电压及功率因数的控制。逆变侧变流器采用基于比例谐振(PR)控制器的双环控制,能够实现任意可调的电压幅值和频率,并可模拟电压三相不平衡跌落。分析推导了电压三相不平衡跌落的算法,同时为了保证在各种负载条件下电网模拟装置输出的电能质量,利用电容并联虚拟阻抗控制策略实现了输出滤波器的谐振抑制。通过实验验证了所提出算法和控制策略的有效性和正确性。     

针对并网型飞轮储能系统的双电流闭环比例谐振控制

文章提出一种适用于飞轮储能系统并网的双电流闭环控制方法。在电网侧及飞轮侧控制系统中同时引入比例谐振控制器,避免了比例积分（proportional integral,PI）控制器跟踪正弦电流存在稳态误差的缺点,提高了系统的稳定性及电网电能质量。同时,采用电容电流内环反馈控制抑制LCL滤波器的谐振尖峰,提高进网功率因数。在充电阶段,电网侧变换器采用电压外环控制方式,飞轮侧变换器采用转速外环控制方式;在待机及并网运行阶段,电网侧变换器采用电网侧电流外环电容电流内环的控制策略,飞轮侧变换器采用直流母线电压外环电流内环的控制策略,以稳定直流母线电压。采用广义根轨迹法对电网侧控制器参数进行设计。搭建了飞轮储能系统并网控制模型,仿真结果验证了文章控制策略的有效性。     

静止坐标系下电流型PWM整流器电流环控制策略研究及其参数设计

通过分析三相脉宽调制电流型整流器(current source rectifier,CSR)在两相静止坐标系中的数学模型,利用瞬时功率理论建立电压定向的CSR功率控制策略。为了有效抑制整流器输入侧LC滤波器产生的并联谐振,文中引入电容电压反馈有源阻尼控制环路。采用频域法对电流内环开环传递函数进行研究,针对静置坐标系下电流内环在动态响应和稳定性方面的限制,提出电流内环级联滞后补偿控制方法。详细研究电流内环比例谐振控制器及各参数对其性能的影响,并根据性能指标要求确定系统参数。利用根轨迹分析滤波电感变化对电流内环稳定性影响,并明确有源阻尼反馈增益与系统鲁棒性的关联性,最后对控制器进行离散化处理以实现数字控制。仿真和在60 kVA三相CSR样机实验结果表明,所提出的控制方法能够实现良好的动、静态性能,单位功率因数以及有效抑制网侧电流畸变。     

LCL滤波并网逆变器的控制策略

把LCL滤波器作为电压源型并网逆变器与电网的接口已受到广泛关注。与单电感L滤波器相比,利用电感值较小的LCL滤波器对入网电流的高次谐波具有显著的衰减效果,特别是在低开关频率的大功率并网逆变系统应用中更具明显优势,但是仅采用直接入网电流控制时,LCL滤波器接口的并网逆变器系统存在稳定性问题。该文采用电网侧电感电流和逆变侧电感电流双闭环控制策略对并网电流进行直接控制,电网侧电感电流作为外环更容易抑制并网电流的谐波因素,且可以直接控制入网电流的单位功率因数,采用逆变器侧电感电流作为内环可以增加系统阻尼,从而可抑制系统振荡,增加系统稳定性。对该方案进行系统建模,并深入分析了滤波器参数、控制器参数及系统稳定性之间的精确量化关系。仿真和实验结果表明,该控制策略既可有效抑制入网电流谐振和实现进网电流的高功率因数运行,同时又具有良好的稳态和动态性能。     

一种新型的PWM变换器LCL滤波器有源阻尼控制策略

本文提出了一种新型的PWM变换器LCL滤波器有源阻尼控制方法。针对LCL滤波器的谐振问题,传统的方法是在滤波电容上串联电阻来抑制谐振,但这种方法会带来功率损耗。通过有源阻尼控制,可以有效地抑制LCL可能带来的谐振。在有源阻尼方法基础上提出了滤波电容电流反馈的设计方法,同时结合滤波电容电流估算的方法,实现了无附加电流传感器的LCL滤波器的有源阻尼控制。这种方法可以有效地抑制系统谐振,改善变换器输出电流波形,同时不需要增加额外的传感器。实验结果验证了这种方法的有效性和实用性。     

三相LCL型并网逆变器的阻抗建模及特性分析

考虑锁相环、电流调节器(含dq轴解耦系数)、LCL型滤波器等环节,并计及运行工作点,采用谐波线性化的方法建立了三相LCL型并网逆变器正、负序阻抗模型,并基于PSCAD/EMTDC对阻抗模型进行仿真验证。详细分析了锁相环、电流调节器控制参数及滤波器参数对阻抗特性的影响,结果表明：锁相环比例和积分增益对并网逆变器阻抗特性的影响主要在工频附近,而电流调节器比例和积分增益则在次同步和超同步频域均有一定的影响;锁相环和电流调节器积分增益主要影响逆变器工频附近的幅频特性和相频特性;电流调节器比例增益对逆变器正序阻抗特性的影响较大,而锁相环比例增益的影响较小。     

三电平PWM并网变换器LCL滤波器量化设计

随着并网变换器容量的增大,LCL滤波器的优势更加明显。在满足相同滤波效果的情况下,LCL滤波器所需电感值比L滤波器要小。以谐波电流衰减比作为优化目标,参数设计会大于实际要求,增加滤波器的体积与成本。通过基于二重傅里叶级数的三电平变换器脉宽电压谐波分析结果,提出一种三电平PWM并网变换器LCL滤波器的设计方法,实现滤波性能的量化。该设计方法不是以降低网侧电流谐波含量为目标,而是在THD满足要求的情况下尽可能的降低LCL滤波器的规格,降低成本,并对设计的LCL滤波器进行了仿真和实验,验证了所提方法的有效性。     

LCL型三相光伏并网逆变器新型控制策略研究

LCL滤波型并网逆变器是高阶多变量控制系统,传统并网电流单一控制方法,不能确保系统稳定性良好的同时又较好的改善并网电流质量。为此提出了一种基于LCL型并网逆变器的新型复合电流控制技术。文中详细分析了LCL滤波器的特点,其在谐振频率处存在谐振尖峰,通过在电流环中增加陷波器的方法实现了LCL滤波器的有源阻尼,提高系统稳定性的同时又不需要额外增加传感器;并网电流调节器将重复控制(RC)和准比例谐振控制(QPR)有机结合,提高了系统的动态响应速度,且降低本地非线性负载扰动和电网电压频率波动对并网电流质量造成的影响,实现对基频信号的无静差跟踪控制和单位功率因数并网。通过Matlab/Simulink仿真测试,验证了陷波器有源阻尼及重复准PR复合控制策略的正确性和有效性。     

基于陷波算法实现LCL变流器网侧电流直接控制

随着并网变流器容量的增大,LCL滤波器的滤波优势得以体现,但与L型滤波器相比,LCL型滤波器存在谐振点,降低了系统的稳定性。常规的无源阻尼和有源阻尼的控制策略虽然能增强系统的稳定性,但会增加系统损耗,或者需要额外的传感器。这里首先比较分析了系统不同变量作为反馈值对LCL变流器的控制性能影响。在不增加额外传感器的基础上,选择最佳的控制对象,得出一种基于陷波器理论的新型有源阻尼算法,实现对网侧电流的稳定控制。并给出了陷波器参数的设计方法,仿真和实验验证了所述方案的有效性。     

LCL并网逆变器的电流双闭环控制

采用LCL滤波器作为电压型并网逆变器与电网的接口,建立LCL滤波器的数学模型,提出一种基于电网侧电流外环、逆变器侧电流内环的LCL并网逆变器控制方法。该控制方法既能有效保护功率开关,又能保证系统稳定及并网电流的单位功率因数。针对该电流双闭环控制方法,给出一种基于赫尔维茨稳定判据及李纳德-戚帕特稳定判据的内外环控制器参数设计方案。进行了LCL并网逆变器并网运行仿真与实验。仿真和实验结果验证了所提LCL并网逆变器控制方法的正确性和可行性。     

一种带LCL滤波器的新型矩阵变换器控制策略

矩阵变换器由于输出电压、电流中存在的谐波成分对所带的负载有很大影响,引入电压、电流双闭环控制策略,提出一种带LCL滤波器的新型矩阵变换器.该变换器包含交-直(整流)和直-交(逆变)2级电路,其直流侧不需要储能元件,整流级和逆变级采用双向开关,在一定的约束条件下可降低开关的数量.分析了矩阵变换器的拓扑结构、双空间矢量调控算法、LCL滤波器设计及其在矩阵变换器逆变级的应用等.通过Matlab/Simulink软件进行了仿真实验,结果表明,带LCL滤波器的新型矩阵变换器能有效地降低输出电压、电流谐波,并能抑制输入侧谐波对输出电压、电流的影响.