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三电平NPC型有源阻尼器直流侧主动均压方法研究

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电源学报 2024年

作者：汪清于德硕易皓卓放李雨果谢懿晗西安交通大学电气工程学院南方电网公司新型智慧城市高品质供电联合实验室(深圳供电局有限公司)

为解决中压配网中三电平NPC型有源阻尼器在谐振发生时中点电位无法快速平衡的问题，提出一种基于二次谐波的主动均压方法。三相三线系统中一般通过在调制信号中注入零序分量实现直流均压控制，但由于有源阻尼器输出有功电流较小，传统... 详细信息

为解决中压配网中三电平NPC型有源阻尼器在谐振发生时中点电位无法快速平衡的问题，提出一种基于二次谐波的主动均压方法。三相三线系统中一般通过在调制信号中注入零序分量实现直流均压控制，但由于有源阻尼器输出有功电流较小，传统方法难以在谐振发生时满足其直流均压需求。为此分析了偏移调整电流的产生机理，利用调制信号绝对值中的二次分量与二次电流的内积构造实现中点电位的平衡。仿真结果验证了所提方法在纯无功环境中的有效性，以及在谐振发生瞬间对直流侧均压控制的快速性。

关键词：有源阻尼器三电平变流器均压控制二次谐波谐振抑制

基于频率自适应的三相有源阻尼器控制及阻尼特性分析研究

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基于频率自适应的三相有源阻尼器控制及阻尼特性分析研究

作者：于欣宇中国矿业大学

学位级别：硕士

随着风能、光伏等新能源发电的迅猛发展和源-网-荷核心设备的“电力电子化”变革,电力系统正形成“高比例可再生能源”和“高比例电力电子设备”的“双高”发展趋势。由于新能源发电大多与负荷中心相距较远,不可忽略的线路阻抗与变压器... 详细信息

随着风能、光伏等新能源发电的迅猛发展和源-网-荷核心设备的“电力电子化”变革,电力系统正形成“高比例可再生能源”和“高比例电力电子设备”的“双高”发展趋势。由于新能源发电大多与负荷中心相距较远,不可忽略的线路阻抗与变压器漏感使电网对公共耦合点(Point of Common Coupling,PCC)处的支撑能力变弱。新能源并网高渗透率态势下,电网阻抗将在较宽的范围变化。并且,随着高比例电力电子设备接入电网,并网变换器与电网阻抗之间的“机-网”耦合、变换器与变换器之间的“机-机”耦合等稳定性问题也频频发生。然而,通过优化并网装置控制参数对并网系统进行阻尼补偿的能力有限,在大规模分布式新能源并网中,也难以针对稳定性问题进行统一治理。有源阻尼器通过并联在PCC可以实现补偿并网系统阻尼的功能,具有较好的通用性。因此,本文围绕三相有源阻尼器进行研究,研究内容如下:首先,建立三相LCL并网变换器的拓扑结构和采用网侧电流单环控制的数学模型,根据奈奎斯特稳定判据分析理想电网和弱电网下并网变换器的稳定性,并从无源性的角度探讨了弱电网下并网变换器与电网阻抗耦合谐振失稳机理,说明奈奎斯特判据与无源性理论的内在联系。并网变换器输出导纳可能在f/6频率附近产生负阻尼区域。理想电网下可以稳定运行的并网变换器,考虑弱电网情况时,变换器输出导纳与电网阻抗可能在负阻尼区域发生交截,引起系统振荡失稳。随后分析了采用无源阻尼法补偿系统负阻尼的有效性。接着,建立三相有源阻尼器的拓扑结构,介绍基于频率自适应控制有源阻尼器的工作原理。针对频率自适应控制核心环节的二阶广义积分器锁频环(Second-Order Generalized Integrator Frequency-Locked Loop,SOGI-FLL),对其动态性能与抗干扰性能展开分析,并进行线性化处理。在此基础上采用基于SOGI的级联型预滤波自适应陷波滤波器锁频环(Cascaded Pre-filtered Adaptive Notch Filter Frequency Locked Loop,CPANF-FLL)作为谐波频率自适应环节的控制策略,分析了CPANF-FLL实现多未知谐波频率自适应检测的工作原理,并通过仿真模型验证了谐波频率自适应检测和采用该策略的有源阻尼器抑制多谐振的有效性。然后,建立三相L、LCL滤波型有源阻尼器的导纳模型,推导有源阻尼器的阻尼模型,对其阻尼特性展开分析。指出L滤波型有源阻尼器阻尼补偿的范围较小,补偿后的系统对宽范围变化的电网阻抗鲁棒性较差;LCL滤波型有源阻尼器虚拟导纳存在负阻尼区域,会降低其阻尼补偿效果,不能完全消除并网系统的不稳定区域。针对该问题,提出一种虚拟导纳优化策略,在不影响有源阻尼器电流环路增益的同时,增强LCL滤波型有源阻尼器虚拟导纳的无源性,提高补偿后并网系统对宽范围变化电网阻抗的鲁棒性。最后,介绍三相有源阻尼器实验平台,基于所搭建的实验平台,通过实验分别验证了理想电网/弱电网情况下的三相LCL并网变换器稳定性、谐波频率自适应环节的性能、L与LCL滤波型有源阻尼器阻尼补偿效果和优化后的LCL滤波型有源阻尼器阻尼补偿效果,实验结果与理论分析相吻合,证明了理论分析的正确性和有效性。

关键词：并网变换器稳定性有源阻尼器谐波频率自适应虚拟阻尼

基于有源阻尼器的并网逆变器系统谐振抑制方法

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基于有源阻尼器的并网逆变器系统谐振抑制方法

作者：郭学迪中国矿业大学

学位级别：硕士

弱电网情形下,电网阻抗变化、多机并联等因素都会导致并网逆变器系统发生谐振,致使并网逆变器无法稳定并网,严重影响公共耦合点（point of common connection,PCC）处的电能质量。在此背景下,本文以并网逆变器系统的谐振为研究对象,分... 详细信息

弱电网情形下,电网阻抗变化、多机并联等因素都会导致并网逆变器系统发生谐振,致使并网逆变器无法稳定并网,严重影响公共耦合点（point of common connection,PCC）处的电能质量。在此背景下,本文以并网逆变器系统的谐振为研究对象,分析谐振产生的机理,设计一台更具通用性的有源阻尼器来抑制系统谐振,并对传统有源阻尼器的控制策略进行了改进。首先,在两相静止αβ坐标系建立了三相LCL型并网逆变器的输出阻抗模型,并采用阻抗分析法,分析了单机、多机并网系统的稳定性条件,采用奈奎斯特曲线分析了电网阻抗变化、多机并联导致系统谐振的机理。然后,对有源阻尼器的谐振量提取方法进行了改进。针对基于传统二阶广义积分锁频环（second-order generalized integral frequency-locked loop,SOGI-FLL）谐振间接提取方法跟踪速度慢、动态响应慢及谐波含量高时滤波性能差等不足,通过在SOGI环节增加前向增益环节、在FLL环节增加限幅环节及采用带通滤波器（bandpass filter,BPF）做预滤波等方式,提出了基于前置BPF的快速二阶广义积分锁频环（fast second-order generalized integral-modified frequency locked loop,FSOGI-MFLL）谐振量提取方法,可以实现更加快速、准确的谐振量提取,仿真验证了该方法的有效性。最后,通过分析有源阻尼器的控制策略,建立了其输出阻抗模型,采用阻抗分析法和奈奎斯特稳定判据分析了有源阻尼器可以抑制并网逆变器系统谐振的机理。针对传统有源阻尼器直接给定虚拟电阻值导致的通用性差、功率损耗大等问题,提出了一种在αβ轴的虚拟电阻自适应调节方式,该方式可以通过检测PCC处电网电压中谐振量的大小自适应的调节虚拟电阻值。仿真验证了本文所设计的有源阻尼器对电网阻抗变化、多机并联等情况导致的谐振具有良好的抑制效果,同时验证了虚拟电阻自适应调节策略的优越性。

关键词：有源阻尼器谐振抑制谐振量提取虚拟电阻自适应调节

应用于交流微电网谐振抑制的有源阻尼器及控制

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电力自动化设备 2016年第3期36卷 15-20页

作者：曾正徐盛友冉立陈民铀重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044

为了抑制微电网中多台并网逆变器间因相互耦合所引发的谐波谐振,提出了一种有源阻尼器及其控制方法。有源阻尼器通过对其并网点处电压和电流中的谐波分量进行检测和反馈控制,改变和重塑微电网内的谐波阻抗,向谐波网络引入足够的电阻和... 详细信息

为了抑制微电网中多台并网逆变器间因相互耦合所引发的谐波谐振,提出了一种有源阻尼器及其控制方法。有源阻尼器通过对其并网点处电压和电流中的谐波分量进行检测和反馈控制,改变和重塑微电网内的谐波阻抗,向谐波网络引入足够的电阻和电导分量,从而有效地阻尼谐波谐振的发生。由于有源阻尼器仅针对高次谐波电流进行补偿和抑制,可以大幅降低其额定容量。因此,在不改变微电网中并网逆变器软硬件结构的情况下,可以利用一个小容量的有源阻尼器变流器装置灵活地治理微电网内的谐波谐振。利用PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。

关键词：微电网谐波谐振有源阻尼器虚拟电阻和电导控制逆变器谐波分析阻尼

基于有源阻尼器的并联逆变器集群集中式谐振抑制策略

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电测与仪表 2017年第11期54卷 71-75页

作者：于航李鹏夏曼李鑫明孙健华北电力大学电气与电子工程学院河北保定071003 国网北京市电力公司北京100041

为应对并联逆变器集群系统接入配电网所引起的的谐振问题,文中提出了一种基于有源阻尼器的谐振抑制策略。有源阻尼器通过对系统谐振频率的检测,只在谐振频率处添加一并联谐波电导,动态的增加系统阻尼,有效治理系统的谐波谐振。同时,文... 详细信息

为应对并联逆变器集群系统接入配电网所引起的的谐振问题,文中提出了一种基于有源阻尼器的谐振抑制策略。有源阻尼器通过对系统谐振频率的检测,只在谐振频率处添加一并联谐波电导,动态的增加系统阻尼,有效治理系统的谐波谐振。同时,文中还引入了准PR控制,克服了光伏集群接入对传统的PR控制器稳态误差和鲁棒性能带来的不利影响。文中所述控制策略在不改变原有逆变器硬件结构和控制算法的基础上,利用并联有源阻尼器灵活地抑制系统的并联谐振。最后通过算例,在MATLAH/Simulink中验证了为重所提的基于有源阻尼器的谐振抑制策略的的正确性和有效性。

关键词：并联逆变器集群谐振抑制有源阻尼器谐波电导准PR控制

弱电网多并网逆变器环境下有源阻尼器的控制方法研究

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弱电网多并网逆变器环境下有源阻尼器的控制方法研究

作者：周琳哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

弱电网条件下,多台逆变器在并网过程中组成了一个复杂多尺度、高阶非线性网络,容易和电网阻抗耦合而产生谐振,造成系统不稳定,影响电网的电能质量。通过有源阻尼器模拟一个模拟电阻并联在PCC(points of common connection,PCC)处可以有... 详细信息

弱电网条件下,多台逆变器在并网过程中组成了一个复杂多尺度、高阶非线性网络,容易和电网阻抗耦合而产生谐振,造成系统不稳定,影响电网的电能质量。通过有源阻尼器模拟一个模拟电阻并联在PCC(points of common connection,PCC)处可以有效地阻尼弱电网下多并网逆变器系统产生的谐振。为了使有源阻尼器的稳定性和适用性更好,本文对有源阻尼器的控制方法进行研究,具体研究内容包括有源阻尼器的谐振信号检测技术、模拟电阻值的调节方法和端口电流的控制策略三个部分。首先,本文对弱电网下多并网逆变器系统进行建模和稳定性分析。根据阻抗分析法,建立了弱电网下多台并网逆变器系统的等效阻抗模型,并在此模型的基础上分析了系统的稳定性条件。由稳定性条件可知,当电网阻抗改变或者并网逆变器的台数增加时都可能会导致系统发生谐振,影响系统稳定性。仿真结果也验证了稳定性条件的正确性。其次,本文对有源阻尼器的谐振检测方法进行了优化。传统的由定参数的SOGI-FLL(second order generalized integtator frequency locked loop,SOGI-FLL)构成的谐振信号检测方法的抗干扰能力较差。本文根据SOGI-FLL的局部稳定性分析结果对SOGI-FLL进行改进,即SOGI-FLL中的增益参数γ可以根据输入信号的幅值和频率的变化而动态调整。仿真结果验证了相较于由定参数的SOGI-FLL构成的谐振信号检测方法,优化后的由变参数的SOGI-FLL构成的谐振信号检测方法具有更优越的动态性能和抗干扰能力。然后,本文对有源阻尼器模拟电阻值的自适应调节方法做了改进。为了让有源阻尼器适用于电网阻抗变化范围更宽的系统,本文通过PCC处谐振电压的含量来自适应地调节模拟电阻值的大小,并对该方法中的阈值V、电阻调节器中的比例参数和积分参数进行设计。仿真结果验证了参数优化后的自适应调节策略可以让有源阻尼器的适用性更好。最后,本文对有源阻尼器的端口电流控制器做了改进。传统的PR控制器在控制有源阻尼器的端口电流时会在谐振点发生相位跳变,影响谐振电流控制的稳定性。本文用带宽可调的VPI控制器来代替PR控制器去控制有源阻尼器的端口电流,解决了PR控制器在谐振点的相位跳变问题,增大了电流环控制的相位裕度,从而使有源阻尼器能够在更宽的范围内更稳定地阻尼谐振。仿真结果验证了带宽可调的VPI控制器的有效性与优越性。

关键词：有源阻尼器谐振信号检测模拟电阻值自适应调节方法带宽可调 VPI电流控制策略

提高弱电网下并网逆变器系统稳定性的自适应有源阻尼器

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提高弱电网下并网逆变器系统稳定性的自适应有源阻尼器

作者：贾雷南京航空航天大学

学位级别：硕士

并网逆变器是可再生发电单元与电网之间的接口装置,起着将直流电能转化为高质量的交流电能并馈入电网的重要作用。但是,当并网逆变器通过公共耦合点(Point of common coupling,PCC)接入弱电网时,即使并网逆变器自身设计为稳定的系统,电... 详细信息

并网逆变器是可再生发电单元与电网之间的接口装置,起着将直流电能转化为高质量的交流电能并馈入电网的重要作用。但是,当并网逆变器通过公共耦合点(Point of common coupling,PCC)接入弱电网时,即使并网逆变器自身设计为稳定的系统,电网阻抗的宽范围变化仍然可能导致并网逆变器和电网之间发生严重的谐振。通过在PCC处并联一台有源阻尼器,能够有效阻尼谐振,提高系统的稳定性。本文研究有源阻尼器的自适应控制方法。本文首先利用基于阻抗的稳定性判据推导弱电网下并网逆变器系统的稳定条件,指出系统不稳定的原因在于并网逆变器的输出阻抗在与电网阻抗的交截频率处的相位低于-90o。为使系统稳定,可以在PCC处引入一个并联阻抗,以对并网逆变器的输出阻抗进行校正。本文对该并联阻抗的形式进行了讨论,指出其最简单的形式是一个纯电阻,而该电阻可以通过一台有源阻尼器来实现。接着,本文提出有源阻尼器的自适应控制方法,该方法能够根据PCC电压的谐振分量自适应地将有源阻尼器的虚拟电阻调节到使系统稳定的临界值,从而减小功率损耗。同时,考虑到有源阻尼器的主要功能是阻尼PCC电压中的谐振分量,而不是抑制电网电压背景谐波引入的稳态谐波分量,本文提出增大有源阻尼器在主要低次谐波频率处的端口阻抗的方法,以进一步减小功率损耗。此外,本文还提出一种电流谐波基准补偿方法,使有源阻尼器在更宽的频率段准确虚拟电阻,有效阻尼系统中的谐振。最后,本文给出有源阻尼器的主电路和控制闭环参数设计方法,设计和搭建一台1kVA的自适应有源阻尼器样机,将其应用于一个6kVA并网逆变器系统,并进行实验验证。实验结果表明,本文提出的有源阻尼器虚拟电阻值自适应调节方法、增大低次谐波处端口阻抗的方法、电流谐波基准补偿方法和参数设计方法是可行和有效的。

关键词：并网逆变器弱电网稳定性有源阻尼器自适应调节虚拟电阻

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LCL型多逆变器并网系统谐振研究综述

电力系统保护与控制 2022年第21期50卷 177-186页

作者：郑嘉龙杨鸽陈开宇张慧珍孙章四川水利职业技术学院电力工程学院四川崇州611231 西华大学电气与电子信息学院四川成都610039

多逆变器并网系统谐振将威胁电网的稳定运行。由于具备较好滤波效果,LCL型滤波器常被作为并网逆变器的输出滤波器。鉴于近年来又有很多LCL型多逆变器并网系统谐振机理分析和抑制方法被提出,有必要进一步梳理和总结。首先,介绍了多逆变... 详细信息

多逆变器并网系统谐振将威胁电网的稳定运行。由于具备较好滤波效果,LCL型滤波器常被作为并网逆变器的输出滤波器。鉴于近年来又有很多LCL型多逆变器并网系统谐振机理分析和抑制方法被提出,有必要进一步梳理和总结。首先,介绍了多逆变器并网发电系统电路拓扑及等效电路。然后,梳理了频域分析法、模态分析法和多输入多输出模型分析法的基本概念及其在系统谐振机理分析中取得的新成果。接着,重点介绍了有源阻尼法、阻抗重塑法和采用有源阻尼器在系统谐振抑制方面的优点和局限性,揭示了虚拟电阻和陷波器的应用是上述方法的关键技术。同时,还分析了分层控制、控制器参数优化以及系统配置优化在系统谐振抑制方面的应用。最后,从新型电力系统建设趋势的角度,认为多逆变器并网系统正朝着大规模、多参数和不同控制方法并用的复杂系统方向发展,需要多种分析方法相结合才能准确分析其谐振机理。对于多逆变器并网谐振的抑制方法而言,传统有源阻尼法、阻抗重塑法和有源阻尼器将得到进一步深入研究,谐振在线监测技术或将成为该研究新的突破口。

关键词：多逆变器并网 LCL滤波器谐振机理分析有源阻尼阻抗重塑法有源阻尼器在线监测

基于长传输线的并网系统谐波谐振抑制策略研究

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太阳能学报 2019年第9期40卷 2561-2570页

作者：张劲松段文燕孙孝峰康佳马群燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室

在基于长传输线的光伏并网系统中,传输线中存在的寄生电感和电容会导致光伏并网系统出现多个谐振点以及线路末端公共连接点(point of common coupling,PCC)电压升高的问题。同时,当电网电压中存在背景谐波电压时,背景谐波的传播放大和... 详细信息

在基于长传输线的光伏并网系统中,传输线中存在的寄生电感和电容会导致光伏并网系统出现多个谐振点以及线路末端公共连接点(point of common coupling,PCC)电压升高的问题。同时,当电网电压中存在背景谐波电压时,背景谐波的传播放大和逆变器谐振交互会导致并网电压电流波形畸变更加严重。为解决上述问题,该文提出一种复阻抗型有源阻尼器(complex-impedance active damper,CI-AD)与无源网络结合的控制策略,从串并联谐振机理的角度分析谐波阻抗特性曲线选取合适的电压电流增益,可同时抑制背景谐波传播放大和并网系统谐振,并且降低PCC电压,改善入网电流质量。仿真验证所提方案的正确性和有效性。

关键词：光伏并网逆变器传输线理论背景谐波传播放大逆变器谐振有源阻尼器