低压微电网平滑切换控制策略研究

为了避免微电网并网与孤岛运行模式控制策略的切换,实现微电网并网模式和孤岛模式之间的平滑切换,研究在低压微电网下垂特性的基础上,提出了一种采用外环功率控制和内环电压电流双环控制的三环控制策略,实现并网时基于下垂控制的间接恒功率控制,孤岛时分布式电源自动调节功率输出,并设计了微电网同步并网控制器,有效地减少了微电网过渡过程产生的冲击。仿真结果表明,所提微电网逆变器控制策略运行稳定,运行模式之间能平滑切换。     

并联微网逆变器输出功率精确分配研究

为了解决基于传统下垂控制的并联微网逆变器输出功率分配不合理问题,以两逆变器并联运行模型为研究对象,详细分析下垂控制中并联逆变器输出功率分配机理,得出并联逆变器输出功率分配不精确的本质原因是逆变器总输出阻抗和额定容量间的不匹配。进而提出了一种改进下垂控制策略,在电压外环采用准比例谐振(PR)控制,同时虚拟阻抗被引入到电流反馈环,进而使逆变器总输出阻抗近似于虚拟阻抗,通过比例设置虚拟阻抗实现并联逆变器输出功率的精确分配。此外,在功率控制环中引入逆变器输出电压幅值反馈环节,合理选定预设电压,有效改善了虚拟阻抗造成的输出电压降低问题。仿真软件验证了理论分析的正确性。     

感性逆变器并联动态性能分析及多环控制策略

在低压微电网多逆变器并联系统中,应用传统下垂控制法会导致逆变器间的环流较大及功率均分精度较低,且往往会引起动态性能的问题。针对上述问题,该逆变器将其等效输出阻抗设计为感性,抑制逆变器输出阻抗和电网阻抗间的谐振,进一步降低电压畸变。通过设计感性虚拟感抗,给出了感性逆变器并联的多环功率精确分配方法,包括功率下垂控制外环、虚拟阻抗中间环及输出电压控制内环。并在传统下垂法中额外加入瞬态下垂分量,运用小信号建模分析表明控制方程系数的匹配能较大的影响瞬态响应,合理的参数设计有利于动态性能的提高。仿真和实验验证了所提控制方法的有效性。     

微网系统稳定运行及模式平滑切换研究

提出了一种基于对等结构的控制策略,实现微网系统在并网和孤岛两种模式下的稳定运行和平滑切换。稳定运行时的多环控制策略包含电压-相角下垂控制、虚拟阻抗控制和电压电流双环控制,可按逆变器额定容量之比精确分配负荷功率,保持系统电压幅值、频率的稳定。并网时采用基于双二阶广义积分器及锁频环的电压同步策略,使微网的电压幅值、相角快速向主网同步,从而平滑并网。解列时设计了功率同步策略,通过降低微网与主网间的交互功率,抑制切换时的功率冲击。仿真结果表明,所提控制策略能够保证微网系统的稳定运行,同时在过渡模式下,减小网络冲击,稳定系统频率,实现模式平滑切换。     

一种单相逆变器并离网切换的统一控制策略

分布式能源系统中,逆变器通常具有并网运行与孤岛运行两种模式。当逆变器并网运行时,一般表现为电流源特性,向电网输送功率;当逆变器孤岛运行时,一般表现为电压源特性,控制本地电网电压与频率稳定;逆变器并离网切换过程时需进行两种控制模式的模式切换。提出一种基于下垂控制的单相逆变器统一控制策略,构造一种电压源电网支撑型逆变器,在并网与离网模式下均可稳定运行,从而实现并离网工况的无缝切换。建立逆变器阻抗模型,基于阻抗模型设计了下垂控制策略和下垂曲线,给出了逆变器并离网切换的控制逻辑,构建了实验样机,通过实验验证了所提出的理论分析和控制策略的可行性。     

微网逆变器的改进鲁棒下垂多环控制

对于孤岛模式下的逆变器,其等效输出阻抗和连线阻抗差异对功率分配和环流抑制的影响较大。鲁棒下垂控制虽然可以减小阻抗差异对功率精确分配的影响,但在逆变器投入并联运行过程,存在冲击电流大、过渡时间长的不足,影响鲁棒下垂控制的实用化。为此,以阻性线路阻抗为例,提出一种改进的鲁棒下垂多环控制方法,其由功率外环和电压、电流双环构成。电压、电流双环设计中,采用考虑负载影响的控制器参数设计方法,抑制负载变化对电容电流内环跟踪性能的不利影响。功率外环通过引入阻性虚拟阻抗将逆变器的等效输出阻抗设计成阻性,提出一种改进的鲁棒下垂控制方法,与常规鲁棒下垂控制相比,可以改善逆变器的并机过程,减小并机冲击电流,加快并机过渡过程,实现平滑快速并机过渡。仿真与实验结果表明了所提理论的正确性和有效性。     

基于虚拟阻抗的逆变器并联控制策略研究

在低压微网孤岛运行中,基于下垂控制策略的逆变器并联控制会因控制器参数和线路阻抗的差异等因素出现功率耦合,难以精确分配输出功率,出现系统环流等问题.文中提出了一种引入虚拟阻抗的改进下垂控制策略.引入虚拟阻抗的负阻性部分减小线路的阻性分量,虚拟阻抗的感性部分增大系统的感性成分,减弱功率的耦合程度,提高功率分配精度和环流抑制效果.并在无功下垂控制中引入电压反馈和电压补偿环节,抬高逆变器的输出电压,减小电压降落,使逆变器并联运行拥有良好的供电质量.由Matlab/Simulink仿真验证了文中改进控制方法的有效性.     

基于虚拟感抗与变下垂系数的逆变器并联策略

低压孤岛微网中分布式电源(DG)并联运行时,往往存在功率耦合和线路阻抗不平衡等问题,导致传统下垂控制逆变器功率分配及环流抑制效果一般。对此,提出一种基于虚拟感抗与可变下垂系数的逆变器并联控制策略。通过引入虚拟感抗实现有功功率和无功功率的解耦控制,使逆变器适用下垂控制方程;利用低带宽通信进行在线监测无功分配控制,实现自适应调整下垂系数,以消除线路阻抗不平衡对无功分配的影响。实验表明该策略具有较强功率分配特性和环流抑制能力,无需线路阻抗参数信息,具有快速、实时和可靠等优势。     

孤岛模式下并联VSG的无功均分控制策略

微电网运行在孤岛模式下,光伏逆变器采用虚拟同步发电机(VSG)控制方式并联,各逆变器传输阻抗的差异及负载切换,会导致并联VSG无功功率分配不均问题。针对此问题,提出一种基于虚拟阻抗和动态下垂系数的无功均分组合控制策略。分析并联VSG的功率分配机理,通过线路阻抗观测器构造虚拟阻抗,引入VSG输出无功变量构造动态下垂系数,两者对VSG的输出电压进行自适应调整,控制逆变器输出的无功功率,实现无功功率按容量均分。仿真与实验结果表明所提控制策略将无功功率差值从317 var减小到66 var,无功功率输出偏差从16.7%减小到3.5%。     

一种快速无功支撑的阻容性逆变器并联控制方法

在低压微电网多逆变器并联系统中,负荷突变会导致微电网电压波动,逆变器具备快速无功支撑能力是维持电压稳定的必要途径。该文通过将阻容性虚拟复阻抗引入到逆变器输出电流反馈中,提出一种快速无功支撑的阻容性逆变器(RC型逆变器)及其并联功率分配方法。该逆变器将其等效输出阻抗设计成阻容性,可实现微电网在公共连接点处的无功功率快速支撑,从而保持系统电压稳定,并可抑制逆变器输出阻抗和电网阻抗间的谐振,进一步降低电压畸变。在对阻容性逆变器进行等效建模基础上,通过设计阻容性虚拟复阻抗,给出该类逆变器并联的多环功率精确分配方法,包括功率下垂控制外环,虚拟阻抗中间环及输出电压控制内环。分析虚拟复阻抗参数对并联环流的影响,并选取合适的控制参数。仿真和实验验证了控制方法的有效性。     

基于坐标旋转虚拟阻抗的微电网控制与性能分析

微电网中系统阻抗不平衡和复阻抗特性、电源和负载位置复杂性等因素严重影响了系统功率分配的准确性、稳定性和动态性能。提出了基于坐标旋转虚拟阻抗的孤岛微电网控制策略,采用坐标旋转虚拟阻抗闭环改善微电网的阻抗特性,基于电压幅值和频率下垂控制实现系统功率分配,带前馈补偿的电压外环控制和电流内环控制保证了系统的稳态和暂态性能。建立了完整的微电网小信号动态模型,并在此基础上分析了坐标旋转虚拟阻抗对整个微电网性能的影响。算例仿真验证了小信号动态建模分析的准确性,证明了该方法能够改进功率解耦和分配的准确性,提高微电网控制的稳定性和动态性能。     

适用于低压微电网的逆变器控制策略设计

低压微电网中线路阻抗呈阻性,为保证逆变器输出阻抗与线路阻抗相匹配,在逆变器控制策略中引入了阻性虚拟阻抗。分析了逆变器电压环积分参数对逆变器输出阻抗的影响,在保证逆变器稳定运行的前提下,提高电压环积分系数可使逆变器输出阻抗呈阻性。对微电网等效电路分析得出,调节逆变器输出电压幅值可以调节逆变器输出的有功功率,调节逆变器的频率可以调节逆变器输出的无功功率。微电网并网运行时,分析了参数检测误差对逆变器输出功率的影响,在下垂特性控制中,引入幅值和频率微调的比例—积分(PI)调节器,可实现逆变器输出功率的无静差跟踪。仿真结果表明,所提逆变器控制策略运行稳定,在并网和孤岛运行时都具有优良的性能。     

基于虚拟阻抗的孤岛交流微电网混合储能控制策略研究

为了实现孤岛交流微电网(AC-MG)混合储能系统(HESS)的分散控制,提出了一种基于虚拟阻抗的针对超级电容(SC)和蓄电池(Battery)构成的HESS功率动态分配方法。在不需要实时检测负载功率的情况下实现两种类型储能设备的功率实时动态分配。在分析虚拟阻抗基本原理并建立HESS等效电路模型的基础上,推导了HESS动态功率分配的理论原理。通过分析DC-AC变换器电压电流双环控制参数对于变换器输出阻抗和虚拟阻抗的影响,进而给出有益于功率分配的控制参数设置方法。在此基础上,建立了HESS的仿真模型,设计了2类典型的等效功率波动工况,深入分析HESS在各种工况下的运行特性。结果表明：在各种工况下,HESS都可以通过控制超级电容串联虚拟电容(VC)实现其补偿等效功率波动的高频部分;蓄电池串联虚拟电阻(VR)吸收功率波动的低频部分,动态功率自动分配有效实现,提高了系统的鲁棒性和可靠性。     

直接功率控制的单相功率因数校正器

传统的双闭环控制单相有源功率因数校正器(APFC)中,电压外环可以调节输出直流电压,电流内环可以调节输入电流波形。提出基于电压平方外环的APFC直接功率控制策略,电流内环仍然采用PI调节器,从而使得单相APFC具有对输出功率变化快速响应的优点,但是在负载突变情况下,也带来了输入电流突变而引起过流的现象,需要对电压平方外环和直接功率控制环进行阻尼作用,在快速响应与稳定运行之间获得平衡。上述结论得到了MATLAB/Simulink仿真分析结果的验证。     

微电网多逆变器运行的自适应下垂控制新策略

由于低压微电网在孤岛模式下受线路阻抗不一致等因素的影响,传统的下垂控制无法按分布式电源(DG)单元容量合理均分功率,为此提出了一种新的自适应下垂控制策略。文章分析了微电网孤岛模式下逆变器并联运行的电气特性、虚拟阻抗技术以及传统下垂控制策略,重新设计了逆变器的输出阻抗和P-U下垂控制环,不改变传统的Q-f下垂控制环。P-U下垂控制环的设计原理是根据有功功率P的积分来锁定压差,通过正弦函数解决积分项引起输出电压随时间不断下降的问题,同时利用传统P-U下垂控制环的线性有差调节项提升调节速度,最终使有功功率P得到有效均分。通过仿真结果表明,与传统下垂控制的有差调节相比,该策略可实现无差调节且不受输出阻抗和线路阻抗变动的影响,实现功率的合理均分。     

基于自适应虚拟阻抗的微电网控制策略研究

在低压微电网多逆变器并联系统中,逆变器等效输出阻抗一般呈阻性或阻感性,传统下垂控制方法会造成无功功率分配不均和系统环流.为解决该问题,提出了在传统电压电流双环控制环节引入虚拟阻抗,调节逆变器等效输出阻抗为感性,提高逆变器输出无功功率分配精度和抑制系统环流.为了进一步解决引入虚拟阻抗造成的系统电压降落,加入自适应控制,使虚拟阻抗值随着母线电压幅值波动在线调整,补偿逆变器输出电压参考值,减小母线电压偏差,提高供电质量.仿真结果验证了该控制策略的有效性..     

基于虚拟阻抗的两级式逆变器二次纹波电流传播特性及抑制策略

两级式单相逆变器的输出瞬时功率包含2倍于输出电压频率的脉动功率,致使前级DC/DC变换器的输入存在二次纹波电流。前级DC/DC变换器控制环路的优化是解决该问题有效且低成本的方法。通过环路等效,给出了单环控制以及双环控制的等效电路模型,基于虚拟阻抗的概念分析了电压外环以及电流内环在二次纹波电流传递过程中的作用。在此基础之上,解释并归纳了现有控制策略的抑制原理,指出其中存在的局限性,并给出了2种优化方案。最后,构建了1.5 kVA两级式单相逆变器原理样机进行了仿真及试验验证,验证了分析方法的可行性以及控制策略优化的有效性。     

基于可控等效输出阻抗的微网逆变器并联特性研究

针对低压微网中采用传统下垂控制的并联逆变器功率均分效果差以及母线电压和频率偏移问题,分析了并联逆变器的环流和功率输出特性,提出一种基于可控等效输出阻抗的微网逆变器并联控制策略。该策略实现了逆变器等效输出阻抗的精确可控,且具有虚拟同步发电机的基本特性,逆变器等效电压源的频率和相位能够实现自同步功能,在不需要功率环的情况下间接实现了并联逆变器功率均分且具有环流抑制能力。通过设计电压二次调节控制,消除了微网母线电压和频率的偏移问题。仿真结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

孤岛型微网并联逆变器下垂控制策略研究

针对孤岛型微电网逆变器并联运行系统中由于系统交流母线至各逆变器线路之间的距离不同导致其输出总阻抗不同,使得系统的输出功率无法达到均分,产生功率环流等问题,在传统的P-V/Q-f下垂控制策略的基础上提出一种基于动态虚拟阻抗自适应的下垂控制策略。将虚拟阻抗设计成一个跟随系统电压和电流变化的动态虚拟阻抗。在动态虚拟阻抗回路的作用下,不断调整虚拟阻抗的值,以弥补系统电压降落,同时抑制功率环流。最后,通过建立MATLAB仿真模型对该方法进行仿真测试,通过仿真验证了该方法的可行性。