电流内环控制和虚拟阻抗的内在联系
风力发电网侧变流器控制策略研究
风力发电网侧变流器控制策略研究摘要风力发电作为一种有效的可再生能源利用形式，近年来越来越受到关注，网侧变流器在风电机组运行过程中一直扮演着很重要的角色。
本文围绕网侧变流器的控制展开研究，以带LCL型滤波器的三相电压型PWM变流器（LCL-VSC）拓扑作为网侧变流器研究对象。
首先在平衡电网条件下建立了LCL-VSC的三相静止和两相旋转坐标系下的数学模型，为控制策略分析和控制系统设计提供了理论依据。
提出了风力发电应用中具有LCL滤波器的网侧变流器的一种多环控制结构，该结构采用电压外环外加三个逐层利用的电流内环，实现稳定的直流电压以及电流的前馈解耦和单位功率因数控制。
同时，给出了基于复功率理论的电容电压估计方法，减少了传感器数量。
为了在电网不平衡条件下对LCL-VSC有效的控制，必须计算不平衡的正负序相位。
本文提出了一种新颖的基于电网不平衡的锁相思路，既可以计算正序相位角也可以计算负序相位角，用于LCL--VSC的不平衡控制。
这种方案的主要思路是：先从不平衡电网中提取出正负序分量，然后对正负序三相电压采用SFR-SPLL分别锁相，计算出正负序相位角。
建立了在不平衡电网条件下LCL-VSC的数学模型，三相静止和两相旋转坐标系下的数学模型。
给出了基于LCL滤波器的不平衡电流指令算法。
按照不同的控制要求，可以分别实现了电网不平衡时网侧电流对称控制，或者抑制直流侧二次纹波控制。
完成了15kVA的LCL-VSC实验样机平台的搭建和调试。
通过仿真和实验结果验证了理论分析与设计的正确性。
关键词：风力发电；LCL；VSC；不平衡；多环控制Research on Control Strategy of Grid-side Converterfor Wind Power GenerationABSTRACTThe wind power generation is a kind of effective renewable energy source, which is received more and more attention in recent years. The grid-side converter plays a very important role in the wind power generation. This thesis does some research on control strategy of the grid-side converter, taking three-phase voltage source PWM converter with LCL filter (LCL-VSC) as the object of study. Firstly, under the balanced voltage condition, LCL-VSC mathematical model is established in the three-phase static and two-phase rotate coordinates, to provide the theory for the control strategy analysis and the control system design.Then a multiloop control scheme is proposed for LCL-VSC. Within this scheme, 3 cascaded inner current loops along with an outer voltage loop are used to achieve stable dc-link voltage, currents decoupling and feedforward, as well as the unity power factor control. With this scheme, the capacitor voltage estimation is performed with complex power theory resulting the omission of the transducers for the capacitor voltage measurement.To control the LCL-VSC effectively under unbalanced grid condition, the positive and negative sequence phase should be calculated. This thesis proposed a novel phase locked loop (PLL) based on the unbalanced grid condition, which may calculate the positive sequence phase angle and the negative sequence phase angle, used for LCL-VSC unbalanced control. The main idea of this method is first to draw the posive and negative sequence components under the unbalanced grid condition, then to get the phases of positive and negative sequence with the SFR-SPLL separately.The LCL-VSC mathematical model for unbalanced control is established under unbalanced grid condition. The reference current algorithm is given based on the LCL-VSC. For different purposes, it can be realized either symmetrical grid-side current or constant DC-side voltage without twice order ripple.Finally, a 15kVA LCL-VSC experimental system is established. The simulation and the experimental result verify the theoretical analysis and the design.Keywords: Wind power generation; LCL; VSC; unbalance; Multi-loop control目录第一章绪论 (1)1.1论文的研究背景和选题意义 (1)1.1.1风力发电及其意义 (1)1.1.2国内外风电产业发展概况 (1)1.1.3风力发电变流器的产业现状 (2)1.1.4论文的选题意义 (3)1.2风力发电中的网侧变流器研究现状 (3)1.2.1风力发电中的电气系统 (3)1.2.2网侧变流器的拓扑结构 (5)1.2.3网侧变流器控制策略的研究现状 (6)1.3本论文的主要目标和主要工作 (8)第二章基于LCL-VSC网侧变流器建模与控制 (9)2.1引言 (9)2.2三相LCL-VSC数学模型 (10)2.2.1三相静止(a , b, c)坐标系下的数学模型 (11)2.2.2两相静止坐标系(D, Q)下的数学模型 (12)2.2.3两相旋转坐标系(d, q)下的数学模型 (14)2.3LCL-VSC多环控制策略 (14)2.3.1系统控制结构 (17)2.3.2并网电流指令算法 (18)2.3.3电流控制器设计与稳定性校验 (20)2.3.4直流电压环控制器设计 (25)2.3.5基于复功率理论的电容电压估计 (26)2.4多环控制策略仿真与分析 (27)2.4.1电流环仿真 (28)2.4.2电压环仿真 (30)2.5总结 (30)第三章电网不平衡及其关键问题研究 (31)3.1引言 (31)3.2三相电网不平衡 (32)3.2.1电网不平衡理论分析 (32)3.2.2不平衡系统的研究方法 (33)3.2.3正负序检测 (35)3.3软件锁相环（SSFR-SPLL）及其设计 (41)3.3.1基本原理 (41)3.3.2PLL模型的简化 (43)3.3.3参数计算 (44)3.4基于双SFR_SPLL在不平衡电网中的应用 (48)3.4.1基本结构 (48)3.4.2仿真分析 (49)3.5总结 (51)第四章LCL-VSC不平衡控制策略 (52)4.1引言 (52)4.2不平衡电网下VSC数学模型 (52)4.2.1三相静止坐标系(a-b-c)下的数学模型 (53)4.2.2同步旋转坐标系(d, q)下的数学模型 (55)4.3电网不平衡时电流指令算法 (58)4.4双矢量电流控制策略研究 (61)4.4.1系统控制结构 (61)4.4.2抑制网侧负序电流的控制策略 (62)4.4.3抑制直流侧二次纹波的控制策略 (63)4.5仿真分析 (64)4.6总结 (65)第五章系统设计及实验分析 (66)5.1LCL-VSC样机设计 (66)5.1.1主电路参数选择 (67)5.1.2IPM模块选择 (67)5.1.3控制模块处理器的选择 (68)5.1.4功能模块电路设计 (69)5.1.5试验系统软件设计 (72)5.2系统实验结果分析 (75)5.2.1平衡电网VSC控制 (75)5.2.2不平衡电网与锁相环 (76)5.2.3不平衡电网VSC双电流环控制 (77)第六章总结与展望 (79)6.1总结 (79)6.2展望 ................................................................... 错误！未定义书签。
交直流混合配电网的运行模式和协调控制方法
交直流混合配电网的运行模式和协调控制方法是保证其高效可靠运行需要解决的关键技术之一。
针对这一问题，提出了一种交直流混合配电网的协调控制方法，详细分析了交直流混合配电网在正常运行和交流侧短路故障情况下的运行模式，给出了不同运行模式下互联装置、储能系统和光伏发电单元的控制框图。
最后通过Matlab/Simulink 仿真软件进行了仿真研究，仿真结果验证了所提出控制策略的可行性和有效性。
0引言能源危机和环境污染问题已经引起了世界各国的广泛关注，大力开发和利用可再生能源进行并网发电是解决上述问题的主要措施。
在目前配电网中，交流配电网仍然为主流形式，其更加适合交流分布式电源接入，而接入直流分布式电源和储能单元时需要电力电子装置实现能量转换，增加了能量转换次数和投资成本，降低了工作效率。
随着直流负荷的不断增加，直流配电网的研究得到了快速发展，与传统交流配电网相比，直流配电网具有转换次数少、效率高、成本低、控制结构简单、无需考虑频率和相位以及无功补偿设备等优势。
尽管直流配电网具有特有的优势，然而由于交流配电网基础设施完善、交流电源和负载的长期存在，直流配电网难以取代交流配电网；此外，在交流配电网和直流配电网中，直流负载和交流负载的供电需要经过AC/DC和DC/AC变换器进行能量转换。
而采用交直流混合配电网，交流负载和直流负载可以分别接入交流母线和直流母线，减小能量转换环节，降低成本，使得交直流负载更易于接入系统，因此交直流混合配电网是未来配电网的发展趋势。
交直流混合配电网中通常集成了多个柔性互联装置、分布式发电单元、负载单元以及储能单元，如何实现多个单元之间的协调控制以确保整个系统安全可靠运行是交直流混合配电网发展的主要技术挑战。
针对这一问题，提出了交直流混合配电网的协调控制方法，考虑了交直流混合配电网的正常运行和交流侧发生短路故障2种情况，给出了2种不同运行模式下不同单元的控制策略，并且通过仿真软件对所提出的控制策略进行了仿真研究。
DAB级联单相逆变器系统的阻抗特性及稳定性分析
第27卷㊀第12期2023年12月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Electri c ㊀Machines ㊀and ㊀Control㊀Vol.27No.12Dec.2023㊀㊀㊀㊀㊀㊀DAB 级联单相逆变器系统的阻抗特性及稳定性分析刘欣,㊀袁静,㊀高鑫波(华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003)摘㊀要:针对双有源桥(DAB )直流变换器级联单相并网逆变器系统因阻抗失配而造成系统发生振荡失稳的问题,通过建立DAB 和单相逆变器的输出和输入阻抗模型,基于阻抗分析法对级联系统的交互稳定性进行了分析㊂首先,推导采用双环控制策略的前级DAB 输出阻抗模型和考虑锁相环影响的后级逆变器直流侧输入阻抗模型,并通过扫频法验证其准确性㊂在此基础上,建立二者阻抗交互模型,详细分析了DAB 反馈控制器的PI 参数对其输出阻抗频率特性和级联系统稳定性的影响,并据此提出一种DAB 控制参数的优化设计方法,在兼顾动态性能的同时提升了级联系统的稳定性㊂最后,通过仿真算例验证了阻抗模型的准确性,分析了结论的正确性以及稳定性改善方法的有效性㊂关键词:级联系统;稳定性;阻抗重塑;双有源桥;单相并网逆变器;阻抗模型DOI :10.15938/j.emc.2023.12.001中图分类号:TM46文献标志码:A文章编号:1007-449X(2023)12-0001-11㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2023-03-17作者简介:刘㊀欣(1980 ),男,博士,副教授,研究方向为新能源发电系统建模与控制㊁电力电子系统电磁兼容和瞬态特性;袁㊀静(1997 ),女,硕士研究生,研究方向为电力电子变流器建模与控制;高鑫波(1999 ),男,硕士研究生,研究方向为电力电子变流器建模与控制㊂通信作者:袁㊀静Impedance characteristics and stability analysis of DAB cascadesingle-phase inverter systemLIU Xin,㊀YUAN Jing,㊀GAO Xinbo(School of Electrical and Electronic Engineering,North China Electric Power University,Baoding 071003,China)Abstract :Aiming at the problem of oscillation instability of the dual active bridge (DAB)DC-DC con-verter cascaded single-phase grid-connected inverter systems due to its impedance mismatching,the out-put and input impedance models of DAB and single-phase inverter were established,and the interaction stability of the cascade system was analyzed based on impedance analysis method.Firstly,the output im-pedance model of the front-stage DAB using the double-loop control strategy and the DC-side input im-pedance model of the back-stage inverter considering the influence of the phase-locked loop were derived,and the accuracy of the models were verified by frequency sweep method.Based on this,the impedance interaction model between the two was established.Additionally,the effects of PI parameters of DAB feedback controller on its output impedance frequency characteristics and cascade system stability wereanalyzed in detail,and the optimal design method of DAB control parameters was proposed accordingly,which improves the stability of the cascade system while taking into account the dynamic performance.Fi-nally,the simulation examples verify accuracy of the impedance model,correctness of the analytical con-clusions and effectiveness of the stability improvement method.Keywords :cascaded system;stability;impedance reshaping;dual active bridges;single-phase grid-con-nected inverters;impedance model0㊀引㊀言在光伏系统㊁蓄电池㊁超级电容,车网互联(ve-hicle to grid,V2G)等交流并网型储能系统中,通常需要使用两级式DC /AC 变换器实现并入交流电网和双向功率控制的功能[1]㊂其中,双有源桥变换器由于具有高功率密度㊁电流隔离㊁能量双向传输和易实现零电压开关等优点[2-4],很好地适应了交流并网型储能系统的需求,是第一级DC /DC 变换器的理想选择,而单相逆变器用于与电网连接㊂基于双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器的两级式DC /AC 变换器的典型电路拓扑如图1所示㊂该拓扑整体结构简单,易于实现,控制方法较为成熟,被大量应用于电动汽车充电桩领域[5-8]㊂然而,由于变换器复杂的输入输出特性以及级联结构的存在,尽管两级变换器在单独运行时能保持稳定,但子系统之间的相互作用可能会使系统性能下降,导致直流母线产生电压振荡,以至于系统崩溃[9]㊂因此,通过稳定性分析㊁合理参数调整㊁控制优化等方法改善级联系统的稳定性和可靠性是当今研究的一个热点与难点问题[10-12]㊂图1㊀两级式DC /AC 变换器主电路拓扑及控制框图Fig.1㊀Main circuit topology and control block diagram of two-stage DC /AC converter㊀㊀基于阻抗的Nyquist 阻抗匹配原则[13]已经被广泛应用于各类级联系统的交互稳定性的研究中㊂准确的阻抗模型对于级联系统稳定性分析是必要的㊂目前,常用的逆变器阻抗建模方法包括谐波线性化法[14-16]和dq 坐标系下的阻抗建模法[17-18]㊂谐波线性化将系统视为2个单输入单输出系统,主要用于分析三相系统的谐波稳定性;而dq 阻抗建模法通常将电气量转变为d 轴和q 轴分量,以便单独控制有功和无功功率,有利于在稳态工作点处进行小信号分析㊂文献[19]在dq 坐标系下推导了使用不同控制策略的三相并网逆变器的直流侧输入阻抗模型,此方法适用性较强,但并未应用到单相逆变器系统中㊂文献[20]提出一种基于二阶广义积分器(second order generalized integrator,SOGI)的dq 坐标系下单相整流器的阻抗建模方法,但此方法并未推广到单相并网逆变器的阻抗建模中㊂由于阻抗相互作用是造成两级式DC /AC 级联系统失去稳定的根本原因,可以通过重塑源变换器或者负载变换器的总线端口阻抗来提高系统的稳定性㊂为了达到这一目的,学者们提出了多种方法,包括无源阻尼法[21-23]和有源阻尼法[24-26]㊂其中,无源阻尼法需要引入附加无源元件,以改变变换器的阻抗特性,但附加阻尼电路会增加硬件成本,降低变换器效率;有源补偿法具有成本低㊁不增加损耗的优点,因而被广泛用于基于DAB 变换器的级联系统阻抗匹配优化设计中㊂文献[27]采用有源阻尼的优化思路对LC -DAB 级联系统进行阻抗重塑,提出基于一次侧电容电压的并联虚拟阻抗和一次电流串联虚拟阻抗控制策略,从而使得级联系统在全功率范围内均能稳定运行;文献[28]研究基于DAB 的储能系统稳定性,提出在窄带范围内对负载变换器DAB 的输入阻抗进行重塑,在提高稳定性的同时保证系统动态性能良好;文献[7]研究了用于电动汽车双向充放电的DAB 级联单相并网电压源变换器(voltage source converter,VSC)系统的阻抗稳定性,提出一种基于虚拟电阻的有源阻尼方法,以改变2电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀VSC的输出阻抗,提高级联系统在各种工作模式下的稳定性;文献[29]面向DAB级联三相VSG系统,通过构建与DAB转换器的输入阻抗并联或串联的虚拟阻抗以增加DAB输入阻抗幅值,从而满足稳定性准则㊂文献[30]针对具有电压调整单元的DAB 变换器提出一种基于超前-滞后的阻抗优化调节器用以抑制输出阻抗谐振尖峰,提升了系统运行可靠性,并优化了电流应力㊂总的来说,上述级联系统的稳定性增强方法都需要增加附加的控制过程,从而不可避免地增加了模型的复杂度,其设计方法仍存在进一步简化的空间㊂而DAB变换器的输入阻抗会受到其反馈控制器的影响,揭示二者之间的关联有助于简化阻抗匹配优化设计,但此方面的相关研究较少,并且缺乏深入的理论分析㊂针对上述问题,本文对双有源桥DC/DC变换器与单相并网逆变器组成的级联系统进行阻抗建模并进行稳定性分析㊂首先,建立采用双环控制策略的DAB输出阻抗模型和采用解耦电流控制策略的单相并网逆变器直流端输入阻抗模型,并将锁相环的相位波动考虑在内,通过扫频法验证阻抗模型的正确性㊂随后,建立阻抗交互模型,从理论上分析DAB变换器的PI参数对其输出阻抗波形的影响,结合Nyquist图和闭环根轨迹进一步讨论关键参数与系统稳定性之间的关联㊂分析结论表明,调节DAB电压外环比例系数可直接调节级联系统稳定性,基于此,提出通过优化DAB变换器的电压外环比例系数提高级联系统稳定性的方法,该方法无需任何额外的补偿器或控制回路,在兼顾系统动态性能的同时,有效实现了基于DAB的交直流级联系统的稳定性增强㊂MATLAB/Simulink仿真算例验证了稳定性改善方法的有效性㊂1㊀级联系统阻抗建模变换器阻抗的精确建模是稳定性分析的基础㊂图1所示的控制框图为级联系统的常规控制方案,其中,DAB变换器负责控制直流母线电压的稳定,单相并网逆变器负责控制功率输出[31-32]㊂本节将分别给出DAD输出阻抗和单相并网逆变器的直流侧输入阻抗的建模过程㊂1.1㊀DAB变换器输出阻抗建模DAB变换器的拓扑及控制方案如图1中左面虚线框所示㊂其输出功率[33-34]可表示为P=nV in v busL o f s dϕ(1-2dϕ)=v bus i2⓪㊂(1)式中:n为变压器变比;V in为DAB输入电压;v bus为输出电压;L o为变压器等效电感;f s为开关频率;dϕ为变压器两侧H桥输出电压之间的相移量(dϕ=ϕ/2π);i2为副边H桥输出电流, i2⓪表示其平均值㊂经小信号分析可得i2与占空比dϕ的关系为G i2d=i^2d^ϕ=nV in Lo f s(1-4Dϕ)㊂(2)式中符号^表示变量的小信号形式㊂采用内环电流加外环电压的双环控制模式㊂将控制器的内环传函记作G c1(s),外环传递函数记作G c2(s),其中:G c1(s)=k pi+k ii s;G c2(s)=k pv+k iv s㊂将负载变换器阻抗等效为R,则DAB控制回路小信号模型如图2所示,图中LPF为一阶低通滤波器,用于实现20dB/dec的环路增益[35](H LPF(s)= 1/(s/ωLPF+1),其中ωLPF为低通滤波器的截止频率)㊂图2㊀DAB控制回路小信号模型Fig.2㊀Small signal model of DAB control loop根据上述控制框图,得到DAB的输出阻抗为Z out_DAB=v^bus-i^bus=1C bus s+G c1G x㊂(3)式中G x=G c2G i2d1+G c2G i2d H LPF㊂1.2㊀单相并网逆变器直流侧输入阻抗建模基于SOGI的锁相环(PLL)模型如图3(a)所示㊂图中,v为自公共耦合点(PCC)电压(将其本身视为静止坐标系下的α轴分量,β轴虚拟分量与之垂直)㊂SOGI的传递函数为H e(s)=K SOGIω1ss2+K SOGIω1s+ω21㊂(4)式中:ω1为电网工频;K SOGI为闭环系数㊂在小扰动下,PLL输出与PCC实际相位存在相位差Δθ,其将导致控制系统中的各变量与功率系统中的相应变量存在差异㊂为以示区分,文中带有上标s的变量表示 电气量 ,带有上标c的变量表示 控制量 ㊂为了简化表达式,将成对变量以矢量形式编写,例如v s dq表示[v s d v s q]T,另外,变量的大写符3第12期刘㊀欣等:DAB级联单相逆变器系统的阻抗特性及稳定性分析号表示其自身静态工作点㊂图3㊀基于SOGI 的PLL 模型Fig.3㊀SOGI-based PLL model根据图1可得系统功率方程为:(Z L +Z g )i ^s dq =D dq v ^bus +d ^sdq V bus ;i ^bus=12(D T dq i ^s dq +I T dq d ^sdq )㊂}(5)式中:i ^s dq =[i ^s d i ^s q ]T 和d ^s dq =[d ^s d d ^s q ]T分别为交流侧电流与占空比的dq 轴分量构成的列向量;Z L =sL f +R f -ωL f ωL f sL f +R f éëêêùûúú;Z g =sL g +R g -ωL g ωL g sL g +R g éëêêùûúú;L f 和R f 为滤波电感及其等效内阻;L g 和R g 为电网内阻抗;i ^bus 为逆变器直流侧输入电流㊂将图3中Park 变换框图T θ1前移,得到其等效控制框图如图3(b)所示,图中:H edq (s )=A B-B A[];A =[H e (s +j ω1)+H e (s -j ω1)]/2;B =[j H e (s +j ω1)-j H e (s -j ω1)]/2㊂根据图3(b)可推导PCC 电压的 控制量v ^c dq与 电气量v ^sdq之间的关系为v ^c dq =G v PLL v ^sdq ㊂(6)式中:Gv PLL=v ^c dq v^s dq=A -V sqG s B B +V sqG s A -B +V sd G s B A -V sd G s Aéëêêùûúú;G s 为PLL 输出角度与PCC 电压q 轴分量的关系式;G s =sk p_PLL +k i_PLLs +V s d (sk p_PLL +k i_PLL ),k p_PLL 和k i_PLL 为锁相环PLL 的PI 参数㊂同理可得输出电流与占空比的 控制量 与 电气量 的小信号关系为:d ^sdq=d^cdq+G dPLL v ^s dq;i^c dq=Hedq i^s dq+GiPLL v ^s dq㊂}(7)式中:G d PLL =D s qG s B -D s qG s A -D sd G s B D sd G s Aéëêêùûúú;Gi PLL=-I sq G s B I s q G s A I sd G s B-I sd G s Aéëêêùûúú㊂令:H i =k p_INV +k i_INV /sk p_INV+k i_INV /s éëêêùûúú,其中:k p_INV 和k i_INV 为逆变器电流控制器的PI 参数;G ci=k p_INV +k i_INV /s ωL f-ωL fk p_INV+k i_INV /s éëêêùûúú㊂将解耦电流控制策略与PCC 电压前馈结合,得到考虑锁相环影响的逆变器控制回路的小信号模型如图4所示㊂图4㊀PLL 影响下电流控制回路小信号模型Fig.4㊀Small-signal model for current control loopwith PLL根据图4,得到逆变器控制部分的方程为d ^s dq =[(G v PLL -G ci G i PLL +V bus G dPLL )Z g -G ci H edq ]i ^s dq /V bus ㊂(8)联立式(5)㊁式(8)可得单相并网逆变器直流侧输入导纳为Y in_INV =i ^busv ^bus=12V busI T dq (Z L +Z g )+12D T dq[]㊃([Z L +G ci H edq -G PLL_V Z g ]-1D dq )-12V bus I Tdq D dq㊂(9)式中G PLL_V =G v PLL -G ci G i PLL +V bus G dPLL -E ,其中E为单位矩阵㊂相应的单相并网逆变器直流侧输入阻抗为Z in_INV =1/Y in_INV ㊂(10)1.3㊀阻抗模型的仿真验证基于MATLAB /Simulink 平台搭建了DAB 级联单相并网逆变器的仿真模型,采用扫频法对2个级联子系统的输出和输入阻抗模型分别进行验证,仿真参数如表1所示㊂图5给出了仿真扫频与理论模型的对比结果㊂可以看出,在1~10000Hz 频段,所得阻抗模型与扫频结果吻合较好,验证了所推得的DAB 输出阻抗和单相逆变器输入阻抗模型的正确性㊂4电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀图5㊀级联系统阻抗模型Fig.5㊀Impedance model of cascade system表1㊀级联系统电路参数Table1㊀Parameters of cascade system㊀㊀㊀参数数值DAB直流侧输入电压稳态值V in/V400直流母线电压稳态值V bus/V400直流母线电容C bus/μF1500 DAB变压器等效电感L o/μH30变压器变比n1ʒ1 DAB开关频率f s/kHz20低通滤波器截至频率ωLPF/(rad/s)4000π逆变器并网电压有效值V g/V220逆变器输出功率稳态值P/kW10逆变器滤波电感L f/mH及等效内阻R f/mΩ10,50电网内电感L g/mH及内电阻R g/mΩ1,152㊀级联系统稳定性分析2.1㊀级联系统阻抗交互模型级联系统的稳定性不仅取决于变换器各自的稳定性,还决定于源变换器(本文为DAB)输出阻抗与负载变换器(本文为单相逆变器)输入阻抗二者交互作用的影响㊂将DAB视为电压源,逆变器视为电流源,二者构成的级联系统阻抗相互作用示意图如图6所示㊂图6㊀级联系统等效阻抗示意图Fig.6㊀Equivalent impedance diagram of cascade system根据图6,可知级联系统开环传递函数为T m=Z out_DABZ in_INV㊂(11)式中T m也称为系统小环路增益㊂根据Middlebrook 判据[13],当源变换器和负载变换器各自稳定,并且系统的小环路增益T m满足Nyquist稳定判据时,该级联系统方是稳定的㊂图7为DAB输出阻抗和逆变器输入阻抗伯德图㊂由于逆变器采用恒功率控制,因此,除50Hz频点外,在f<f c3(f c3为逆变器电流控制器的截止频率)频率范围内逆变器直流端输入阻抗呈现阻值为-V2bus/P的负电阻特性;在f>f c3频率范围内呈现电感性质㊂而50Hz频点是一个特殊点,其阻抗幅值几乎为0,相位跃变到0㊂虽然逆变器与DAB的阻抗在50Hz频点处容易产生交叉,但二者相位之差小于180ʎ,因此不影响系统稳定性㊂此外,DAB输出阻抗在f<f r频段(f r为DAB输出阻抗谐振频率)呈现电感特性,在f>f r频段呈现电容特性㊂这使得DAB输出阻抗具有类似LC滤波器的阻抗特性㊂图7㊀级联系统阻抗伯德图Fig.7㊀Impedance Bode diagram of cascade system综合以上阻抗特性可知,DAB输出阻抗的谐振峰以及逆变器在低频段的负阻抗特性是导致交直流级联系统稳定性降低的主要原因㊂一旦DAB输出阻抗的谐振峰与逆变器输入阻抗发生交叉,就会因5第12期刘㊀欣等:DAB级联单相逆变器系统的阻抗特性及稳定性分析相位裕度无法满足稳定条件而造成系统振荡失稳㊂2.2㊀DAB 变换器的控制参数分析由图7可知,平抑DAB 输出阻抗的谐振峰将有效提高级联系统稳定性㊂为了达成这一目的,本节将详细分析DAB 反馈控制器的PI 参数与谐振峰之间的关联,为级联系统的稳定性分析及控制器参数优化设计奠定基础㊂当DAB 电流内环截止频率与一阶低通滤波器LPF 带宽相等时,经控制器定量设计可得电流控制器比例系数k pi 为0㊂将k pi =0代入式(3),并且忽略含有C bus 和T LPF 的高阶项,整理得到DAB 输出阻抗的简化表达式为Zᶄout_DABʈ1G i2d k ii s (s +G i2d k ii )C bus s 2+k pv s +k iv㊂(12)图8给出了DAB 输出阻抗的理论模型和简化模型的对比图㊂可以看出,在1~200Hz 频率范围内,二者阻抗模型基本吻合,结合图7可知,影响系统稳定性的频段为几十赫兹,因此说明上述简化模型可胜任稳定性分析需求㊂图8㊀DAB 理论模型和简化模型对比Fig.8㊀Comparison of theoretical and simplified Bodediagrams of DAB设定DAB 电流内环截至频率f c1为2000Hz,相位裕度P m1为45ʎ,同时电压外环截至频率f c2为20Hz,相位裕度P m2为45ʎ时,经设计所得DAB 的控制参数如表2所示㊂表2㊀DAB 控制器PI 参数Table 2㊀PI parameters of DAB controller㊀㊀㊀㊀参数数值电流控制器比例系数k pi 0电流控制器积分系数k ii 30.443电压控制器比例系数k pv 0.102电压控制器积分系数k iv24.35㊀㊀将s =j ω代入式(12),得到DAB 阻抗的模值为|Z ᶄout_DAB (j ω)|=ωaω2(C bus ω2-k iv +ak pv )2+(ω2k pv -C bus ω2a +ak iv )2(-C bus ω2+k iv )2+ω2k 2pv㊂(13)式中a =G i2d k ii ㊂令Z ᶄout_DAB (j ω)虚部为0,得到谐振点频率为ω=G i2d k ii k ivC bus G i2d k ii -k pv㊂(14)根据式(13)和式(14)可得DAB 输出阻抗的谐振频率及谐振峰值分别与控制参数的关系曲线如图9所示㊂结合式(27)㊁式(28)和图9,可得如下结论:当电压外环比例系数k pv 增大时,谐振频率几乎不变,谐振峰值陡然降低;当电压外环积分系数k iv 增大时,谐振频率增大,谐振峰值维持不变;当电流环积分系数k ii 改变时,二者均基本不发生改变㊂上述分析表明,参数k pv 是平抑DAB 输出阻抗谐振峰的关键参数,而参数k iv 是改变谐振频点的关键参数㊂图9㊀谐振频率及谐振峰值与DAB 控制参数的关系曲线Fig.9㊀Relationship curves of resonant frequency andresonant peak with DAB control parameters为了佐证此结论,图10给出了不同控制参数下的DAB 输出阻抗伯德图㊂可以看出,当比例系数k pv 从0.02逐渐增大到0.4,且其余参数与表1和表2保持一致时,DAB 输出阻抗谐振峰值急剧减小,但谐振频点基本保持不变;当积分系数k iv 从10增大到120,且其余参数与表1和表2保持一致时,DAB 输出阻抗谐振频率逐渐增大,而谐振峰值几乎不变㊂6电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀图10㊀不同控制参数作用下DAB输出阻抗伯德图Fig.10㊀DAB output impedance Bode diagram of differ-ent control parameters综上所述,DAB电压外环控制器参数直接决定了其输出阻抗谐振峰值的大小及位置㊂其中,参数k pv与谐振峰幅值大小具有强相关性,适度增大参数k pv将显著降低DAB输出阻抗谐振峰,从而避免与逆变器输入阻抗发生交叉㊂据此可推断,参数k pv是作为影响级联系统稳定性的关键参数,对其进行优化设计可实现系统稳定控制,且设计过程也最为简单,相关分析及验证将在2.3节给出㊂2.3㊀DAB电压外环比例系数对系统稳定性的影响本节进一步讨论k pv对级联系统稳定性的影响㊂根据式(11)可知系统的特征方程为1+T m=0㊂(15)将式(3)和式(10)代入式(15),可得sC bus s2+(k pv s+k iv)G x+Z in_INV=0㊂(16)由于参数k pv直接体现在系统特征方程中,因此可结合基于闭环传递函数的根轨迹和开环传递函数的Nyquist图进行分析㊂对式(16)进行等效变换,保证特征方程不变,得到系统等效的开环传递函数为D(s)=k pv sG x Z in_INVs+Z in_INV(Cs2+k iv G x)㊂(17)根据式(17),得到当参数k pv从0逐渐变化至+ɕ时系统闭环传递函数的特征根在复平面的变化轨迹如图11所示㊂此时DAB电流内环控制参数与表2中相同,电压外环积分系数为98.3㊂可以看出,当k pv<0.0634时,级联系统存在右半平面极点,系统处于不稳定状态;当k pv>0.0634时,系统方可稳定;当k pv=0.0634时,复平面上出现位于虚轴上的闭环极点(0,ʃj251),说明系统处于临界稳定状态,这意味着系统中将会出现251rad/s(约40Hz)的振荡频率㊂图11㊀系统关于参数的k pv的根轨迹图Fig.11㊀Root trajectory diagram of the system with re-spect to the parameter k pv图12给出了此临界稳定状态下系统开环传递函数T m的Nyquist图,在此参数状态下,Nyquist曲线恰好穿越(-1,j0)点㊂分析结果说明,增大DAB电压外环比例系数k pv有助于增强级联系统稳定性,反之,将使级联系统稳定性变差㊂图12㊀系统开环传递函数的Nyquist图Fig.12㊀Nyquist diagram of the open-loop transferfunction为了验证上述分析结论,在MATLAB/Simulink 中搭建DAB与单相并网逆变器级联系统的仿真模7第12期刘㊀欣等:DAB级联单相逆变器系统的阻抗特性及稳定性分析型㊂电路参数如表1所示㊂图13给出了当其余参数保持不变,DAB 电压外环比例系数k pv 分别为2㊁0.258㊁0.0634和0.03时直流母线电压和交流侧输出电流的时域仿真波形㊂可以看出,当k pv 为2和0.258时,系统运行在稳定状态;当k pv 为0.0634时,系统处于临界稳定状态;当k pv 减小到0.03时,系统振荡失稳㊂这与图11中的参数根轨迹分析结果相符㊂图13㊀k pv 减小时直流母线电压和交流电流时域波形Fig.13㊀Waveforms of DC bus voltage and AC currentwhen k pv decreases取时间窗为0.2s,对图13中各个时间段的直流母线电压的时域波形进行频谱分析,所得结果如图14所示㊂可以看出,当k pv >0.0634时,直流母线电压主要含有直流分量和单相交直流系统中固有的二倍频分量;当k pv =0.0634时,在直流母线电压中出现可观的40Hz 频率分量,与图11中临界稳定状态下的系统振荡频率基本吻合;当k pv <0.0634时,直流母线电压中谐波分量杂乱繁多,系统失去稳定性㊂此外,还需特别说明的是,系数k pv 在影响系统稳定性的同时,也会影响系统动态响应速度㊂观察图11中根轨迹局部放大图可知,当k pv 小于0.258时,随着k pv 增大,主导极点的根轨迹从右半平面逐渐变化到左半平面并远离虚轴;当k pv 大于0.258时,根轨迹方向转变并逐渐靠近虚轴㊂因此,当k pv =0.258时,系统具有最佳的动态性能㊂若k pv 持续增大,越过最佳运行点,虽仍可保证稳定,但系统稳定速度将滞缓,这说明需兼顾稳定性和动态性能进行k pv 的参数设计㊂为了验证这一结论,图15给出了k pv 取值变化时系统有功功率波形的变化,从有功功率角度说明系数k pv 对系统稳定性及动态响应速度的影响㊂比较图15(a)㊁(b)和(c)可知,当0.0634<k pv <0.258时,系统动态响应速度随着k pv 的增大而加快,并且k pv 越大,系统稳定速度越快㊂比较图15(c)和图15(d)可知,当k pv 取2时,系统的稳定速度相较于图15(c)变慢,说明此时k pv 取值已越过了最佳运行点,进而验证了前述理论分析的正确性㊂图14㊀直流母线电压FFT 分析Fig14㊀FFT analysis of DC busvoltage图15㊀不同k pv 作用下的有功功率曲线Fig.15㊀Active power waveforms with different k pv8电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀3㊀级联系统稳定性改善方法第2.3节中的分析结论表明,增大DAB 电压外环比例系数k pv 将显著提高级联系统稳定性㊂因此,当级联系统面临振荡失稳问题时,一种简单而可靠并且无需任何额外的补偿器或控制回路的稳定性改善方法为:增大DAB 电压外环比例系数k pv ㊂根据2.1节的分析,若要使系统满足稳定性要求,应保证增大k pv 后,DAB 输出阻抗的峰值小于V 2bus /P ,从而避免与逆变器输入阻抗发生交叉,并保证系统具有足够的相位裕度㊂本节将结合具体的仿真算例验证此稳定性改善方法的有效性㊂仿真算例中基本电路参数如表1所示,DAB 控制器的相关参数列于表2之中㊂图16给出了算例中直流母线电压和交流电流时域波形,图17则给出了与之对应的级联系统阻抗伯德图㊂如图16中0.2~0.5s 时间窗内波形所示,当系统传输功率为5kW 时,系统稳定运行,直流母线电压包含400V 的直流分量和二倍频分量㊂若传输功率增加为10kW,系统将发生振荡失稳,如图16中0.5~0.7s 的波形所示㊂图17中曲线Z in_INV1与Z in_INV2分别为功率改变前后逆变器输入阻抗伯德图㊂可以看出,负载的加重造成逆变器在低频段的阻抗幅值减小,因此与DAB 输出阻抗发生交叉㊂图16㊀稳定性改善前后的时域仿真波形Fig.16㊀Time domain simulation waveforms before andafter stability improvement为了改善系统稳定性,应当增大DAB 电压外环比例系数㊂图18为传输功率为10kW 时,级联系统关于参数k pv 的根轨迹曲线㊂可以看出,要想保证系统稳定运行,k pv 的取值必须大于0.0645,并且当k pv 取0.452时,系统具有最佳动态性能㊂观察图16中0.7~1.1s 时域波形可知,在0.8s 时,将DAB 电压外环比例系数调整为最佳参数0.452,其余参数保持不变,由于DAB 输出阻抗的谐振峰值降低,系统又重新恢复至稳定运行状态㊂图17㊀稳定性改善前后的级联子系统阻抗伯德图Fig.17㊀Impedance Bode diagram before and after sta-bility improvement of the cascadesubsystem图18㊀传输功率为10kW 时系统闭环根轨迹Fig.18㊀Closed-loop root trajectory of the system at10kW transmission power上述仿真算例进一步验证了稳定性改善方法的可行性㊂在系统控制器设计中,应当根据DAB 和单相并网逆变器的阻抗特性,利用阻抗伯德图和系统关于参数k pv 的闭环根轨迹进行直观判断,综合考虑系统的稳定性和动态响应速度,以确定适合的控制参数㊂4㊀结㊀论本文分别建立了DAB 输出阻抗模型和考虑锁相环相位波动影响的单相并网逆变器的直流端输入阻抗模型,提高了模型的准确度,并通过扫频法对阻抗模型进行验证;此外,通过理论分析获得了DAB 输出阻抗谐振频率及谐振峰值的计算公式,从原理9第12期刘㊀欣等:DAB 级联单相逆变器系统的阻抗特性及稳定性分析。
一种改进的微电网并联逆变器下垂控制策略
一种改进的微电网并联逆变器下垂控制策略李山;叶鹏【摘要】针对虚拟阻抗的引入会导致微电网逆变器输出电压跌落的问题,提出了一种改进的微电网并联逆变器下垂控制策略.首先,通过对基于感性虚拟阻抗的逆变器控制系统闭环传递函数以及感性虚拟阻抗变化对闭环传递函数影响进行频域响应曲线分析,说明了改进下垂控制方法的必要性.其次,通过下垂曲线分析提出基于虚拟阻抗电压反馈的改进下垂控制策略.最后,通过Matlab/Simulink进行仿真验证,结果表明:所提出的改进下垂控制策略不但可以解决逆变器输出电压降落的问题,而且提高了下垂控制的功率分配精度,维持了系统电压和频率的稳定,证明了所提出的改进下垂控制策略的有效性.【期刊名称】《沈阳工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(012)004【总页数】8页(P289-296)【关键词】微电网;下垂控制;虚拟阻抗;电压跌落【作者】李山;叶鹏【作者单位】沈阳工程学院电力学院,辽宁沈阳110136;沈阳工程学院电力学院,辽宁沈阳110136【正文语种】中文【中图分类】TM743随着全球能源互联战略[1]的提出，微电网因具有微型、清洁、自治、灵活等特点[2]而备受人们的青睐。
大力发展微电网事业将是我国未来电力能源战略的重点。
分布式电源都需经过逆变器并入交流微电网系统，因此，逆变器能否稳定运行将直接影响微电网系统的稳定性和可靠性。
微电网逆变器控制一般采用主从控制[3]以及对等控制[4-5]等方法。
有关主从控制法已经得到广泛的研究，然而由于主从控制法自身的缺陷，使其在应用上有一定的局限性[7]；对等控制一般以下垂控制为代表，因为以下垂控制为基础的逆变器并联技术由于降低了对通讯可靠性的依赖而在微电网中得到广泛的应用。
文献[6]提出了基于电压电流双环控制的下垂控制方法，并通过仿真证明了提出控制策略的可行性。
文献[7-8]在文献[6]的基础上提出引进感性虚拟阻抗来改进电压电流双环控制策略，仿真结果表明通过引入感性虚拟阻抗可以减少系统环流；但是文献[7-9]中未分析虚拟阻抗的引入导致的逆变器输出电压跌落问题；文献[10]针对低压微电网提出引入反馈感性阻抗的电压电流双环的下垂控制方法，并通过仿真证明了该控制策略的有效性和正确性，但同样没有分析虚拟阻抗的引入导致逆变器输出电压跌落及虚拟阻抗的变化对电压跌落严重性的影响。
风力发电机组高电压穿越技术研究
风力发电机组高电压穿越技术研究摘要：近年风力发电技术在全世界的范围内得到了巨大发展，随着风电装机总量的逐年攀升，风电接入电网后与电网之间的相互影响，已经不能忽略，并且风电系统在电网在故障情况下的运行控制方式将会直接影响到电网的安全稳定运行。
目前，相关研究主要集中于风电机组在故障条件下的运行特性及低电压穿越技术。
然而，在风力发电机组实际运行中，风电机组脱网运行有一半是由于风电机组不具备低电压穿越技术导致的，剩余的则是由于不具备高电压穿越技术导致的。
与低电压穿越标准相对应，世界不少国家风电并网标准中要求风电机组具备一定的高电压穿越能力，因此对风力发电机组高电压穿越的研究成为了热点。
关键词：电网故障；风力发电机组；高电压穿越技术1高电压穿越高电压穿越，一般是指当电压超过额定电压某一值时，挂网设备能够不脱网运行，并提供相应的故障恢复电流。
与其相类似的是低电压穿越，目前低电压穿越已经有国标，但是高电压穿越目前尚无国家规定标准。
2风力发电机组故障脱网随着风电装机的迅速增加，风电大规模集中接入地区风机大面积脱网问题逐渐暴露。
据统计，某地区同一年发生3次风机大规模风机脱网，其原因相似，都是电缆头故障引起的电网电压跌落，引起部分风机脱网，损失部分出力，同时造成风机、主变压器及箱式变压器等吸收无功能力下降，网内无功补偿装置调节速度较慢，致使电网电压升高超过风机保护值而造成第二批风机脱网。
另外，某风电场故障脱网出现高电压脱网的事件，该事件是由风电场投入一组较大容量的电容器所引起的。
由于该风电场接入地区短路电流较小，当风电场出力较大时，系统电压对无功的灵敏度较大，同时由于双馈风机的无功电压特性，使得当系统投入一组较大容量的电容器后，可能促使系统出现了高电压过程。
由此事件得出，即使系统没有短路故障，在系统正常运行情况下，风电汇集地区系统也有可能出现高电压过程。
3风电机组具备高电压穿越特性的必要性风电机组具备一定的高电压穿越能力可以减少风电机组批量脱网规模，避免连锁反应式事故扩大的可能。
模拟电路课后习题与解答
第三部分 习题与解答习题1客观检测题一、填空题1、在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于掺入的 杂质浓度 ，而少数载流子的浓度则与 温度 有很大关系。
2、当PN 结外加正向电压时，扩散电流 大于 漂移电流，耗尽层 变窄 。
当外加反向电压时，扩散电流 小于 漂移电流，耗尽层 变宽 。
3、在N 型半导体中，电子为多数载流子， 空穴 为少数载流子。
二．判断题1、由于P 型半导体中含有大量空穴载流子，N 型半导体中含有大量电子载流子，所以P 型半导体带正电，N 型半导体带负电。
（ × ）2、在N 型半导体中，掺入高浓度三价元素杂质，可以改为P 型半导体。
（ √ ）3、扩散电流是由半导体的杂质浓度引起的，即杂质浓度大，扩散电流大；杂质浓度小，扩散电流小。
（× ）4、本征激发过程中，当激发与复合处于动态平衡时，两种作用相互抵消，激发与复合停止。
（ × ）5、PN 结在无光照无外加电压时，结电流为零。
（ √ ）6、温度升高时，PN 结的反向饱和电流将减小。
（ × ）7、PN 结加正向电压时，空间电荷区将变宽。
（× ）三．简答题1、PN 结的伏安特性有何特点？答：根据统计物理理论分析，PN 结的伏安特性可用式)1e (I I T V Vs D -⋅=表示。
式中，I D 为流过PN 结的电流；I s 为PN 结的反向饱和电流，是一个与环境温度和材料等有关的参数，单位与I 的单位一致；V 为外加电压； V T =kT/q ，为温度的电压当量（其单位与V 的单位一致），其中玻尔兹曼常数k .J /K -=⨯2313810，电子电量)(C 1060217731.1q 19库伦-⨯=，则)V (2.11594TV T =，在常温（T=300K ）下，V T =25.875mV=26mV 。
当外加正向电压，即V 为正值，且V 比V T 大几倍时，1e TV V>>，于是TV V s eI I ⋅=，这时正向电流将随着正向电压的增加按指数规律增大，PN 结为正向导通状态.外加反向电压，即V 为负值，且|V|比V T 大几倍时，1e TV V <<，于是s I I -≈，这时PN 结只流过很小的反向饱和电流，且数值上基本不随外加电压而变，PN 结呈反向截止状态。
电化学阻抗分析原理
⊙ 阻抗谱中的半圆旋转现象
在实际电化学体系的阻抗测定中，常常观察 到阻抗图上压扁的半圆，即在Nyquist图上 的高频半圆的圆心落在了x轴的下方，因而 变成了圆的一段弧。该现象被称为半圆旋 转。
出现半圆旋转现象的原因：
1. 一般认为，出现这种半圆向下压扁的现象，亦即 通常说的阻抗半圆旋转现象的原因与电极/电解 液界面性质的不均匀性有关，比如电极表面粗糙 引起双电层电容的变化和电场不均匀。 2. 与界面电容的介电损耗有关。 3. 由于电极表面的不均匀性导致电极表面各点的电 化学活化能可能不一样，因而表面上各点的电荷 传递电阻不会是一个值。
☆ 用模型解释如下
G（） X M Y
当给黑箱（假设为电化学系统M）输入一个 扰动函数X，它就会输出一个响应信号Y。 用来描述扰动与响应之间关系的函数，称 为传输函数G()。若系统的内部结构是线 性的稳定结构，则输出信号就是扰动信号 的线性函数。
Y=G()X Y/X=G()
★电化学阻抗法涉及的基本概念解释
3. 阻抗谱图必须指定电极电位
电极电位直接影响电极反应的活化能。电极所处的电 位不同，测得的阻抗谱必然不同。因此，阻抗谱与电 位（平衡电位、腐蚀电位）必须一一对应。
电化学极化和浓差极化同时存在时电极阻抗的 Nyquist图
-Z''
活化控制
向
物质传递控制
减
RL
小
的
方
RL+1/2Rp
RL+Rp
Z'
RL+Rp-2 Cd
高频区为电极反应动力学（电荷传递过程 ）控制，低频区由电极反应的反应物或产 物的扩散控制。
从图可直接得出体系的RL、Rct、 Cd 、 、 D0
应用于微电网的并网逆变器虚拟阻抗控制技术综述
第45卷第9期电力系统保护与控制V ol.45 No.9 2017年5月1日Power System Protection and Control May 1, 2017 DOI: 10.7667/PSPC160624应用于微电网的并网逆变器虚拟阻抗控制技术综述袁 敞，丛诗学，徐衍会(新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)，北京 102206)摘要：微电网是由分布式电源、储能装置和负荷等组成的统一整体，随着分布式电源渗透率的不断提高，微电网的应用越发广泛。
在实际运行中，微电网中通常会出现并联逆变器功率分配不均、谐波污染、串并联谐振、故障电流和励磁涌流过大等问题。
虚拟阻抗技术能够改变并网逆变器的阻抗特性，对于上述问题的解决效果颇佳，而且实现简单，因此具有广泛的应用前景。
全面综述了虚拟阻抗的应用场景和相应的实现方法，并结合自适应虚拟阻抗这一现阶段的研究热点，探讨了未来的研究趋势和可能遇到的关键问题。
关键词：虚拟阻抗；下垂控制优化；谐波补偿；谐振抑制；故障电流限制；励磁涌流抑制Overview on grid-connected inverter virtual impedance technology for microgridYUAN Chang, CONG Shixue, XU Yanhui(State Key Laboratory for Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources(North China Electric Power University), Beijing 102206, China)Abstract: Microgrid is a unity composed of distributed generation, energy storing devices and load. As the penetration of distributed generation increasing, microgrid application domain is more extensive. Some problems often occur in microgrid, such as parallel inverter power distribution imbalance, harmonic pollution, series parallel resonance, fault current and inrush current. Virtual impedance technology which is achieved easily can change the impedance characteristics of grid-connected inverters and solve the above problems effectively, hence this technology has broad application prospects. This paper comprehensively introduces the application scenarios of virtual impedance and corresponding implementation methods, combined with adaptive virtual impedance that is the current hot research topics, and discusses the future research trends and key issues that may be encountered.This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 51677066).Key words: virtual impedance; droop control optimizing; harmonic suppression; resonance damping; fault current limiting; inrush current suppression0 引言微电网是由分布式电源、储能装置和负荷等组成的统一整体[1-4]，既可以实现并网与孤岛两种模式的无缝切换，又能够减轻新能源接入给系统带来的不利影响[5]，提高供电可靠性和电能质量，近年来受到了广泛的关注。
基于虚拟输出阻抗分析的并联三相四桥臂逆变器环流抑制
基于虚拟输出阻抗分析的并联三相四桥臂逆变器环流抑制陈轶涵;沈茜;任磊;龚春英【摘要】三相四桥臂(3P4L)逆变器在三相三桥臂逆变器的基础上引入第四桥臂,使得三相能够解耦控制并具备带不对称负载能力.多个逆变单元共输入、输出方式并联,能够实现功率扩容,但同时也带来并联单元之间的环流问题.而3P4L由于其独特的拓扑结构,其并联控制策略较单相或三相三桥臂逆变器并联更为复杂.在基于双闭环平均电流均流控制的并联3P4L逆变器控制策略基础上,建立并联系统的小信号模型,并由此获得并联桥臂的虚拟输出阻抗模型.分析控制环路以及主电路参数与虚拟输出阻抗的关系,根据分析结果指导环路与主功率器件的参数设计,达到抑制并联桥臂环流、提高并联单元均流性能的目的,最后提出基于虚拟输出阻抗分析法的并联环流抑制方法,通过仿真和实验验证了该方法的正确性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2016(031)008【总页数】12页(P51-62)【关键词】并联三相四桥臂逆变器;平均电流控制;环流;3次谐波注入【作者】陈轶涵;沈茜;任磊;龚春英【作者单位】南京航空航天大学自动化学院南京 210016;南京航空航天大学自动化学院南京 210016;南京航空航天大学自动化学院南京 210016;南京航空航天大学自动化学院南京 210016【正文语种】中文【中图分类】TM46目前，三相400Hz中频逆变器广泛应用于对变流器体积重量要求较高的舰船、航空和航天等领域。
广泛采用的中频三相逆变器拓扑主要有三相半桥逆变器、组合式三相逆变器、三相全桥逆变器以及三相四线制逆变器。
而三相四桥臂（three-Phase four-Leg, 3P4L）逆变器作为三相四线制逆变器的一类延伸，其拓扑结构简单，在实现三相负载不对称工作功能的同时，相比组合式三相逆变器功率器件的数量大大减少。
因为第四桥臂的引入，其控制策略更为复杂。
如文献[1,2]基于3P4L逆变器的大信号模型，采用三相解耦的控制策略，证明第四桥臂能够独立于前三桥臂控制。
储能辅助电网参与调频的控制策略研究
第41卷第2期Vol.41㊀No.2重庆工商大学学报(自然科学版)J Chongqing Technol &Business Univ(Nat Sci Ed)2024年4月Apr.2024储能辅助电网参与调频的控制策略研究黄㊀荣,郭家虎安徽理工大学电气与信息工程学院,安徽淮南232001摘㊀要:目的研究储能电站在风光发电情况下保持电力系统稳态的调节原理与方法,并在此基础上设计了一种虚拟同步发电机三级模型用有源支持控制方式辅助火电机组维持电网频率稳定的主动支撑控制策略㊂方法利用储能电池快速响应的特性,建立储能系统,对储能换流器的控制进行改进,在传统的控制架构的基础上改进为在电压中加入虚拟阻抗的外环调节器和基于准PR 控制器的电流内环控制,深入分析控制策略的原理和同步发电机的对应关系㊂结果随着新能源渗透率越来越高,在储能电站并网参与频率调节的情况下,频率波动的次数变少㊂结论控制方法可以给新能源发电系统带来一定的惯性和阻尼,从而增强了系统的稳定性,并且证明了储能电站参与电网调频的必要性和可实施性,为储能电站的分布和储能电池的容量配置提供了一定的实际的参考意义㊂关键词:主动支撑;虚拟同步发电机;储能系统;储能换流器中图分类号:TM743㊀㊀文献标识码:A ㊀㊀doi:10.16055/j.issn.1672-058X.2024.0002.002㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2022-11-07㊀修回日期:2023-03-15㊀文章编号:1672-058X(2024)02-0009-09基金项目:电力传输与功率变换控制教育部重点实验室开放课题资助(2020AC01).作者简介:黄荣(1997 ),男,安徽宿州人,硕士研究生,从事储能研究.引用格式:黄荣,郭家虎.储能辅助电网参与调频的控制策略研究[J].重庆工商大学学报(自然科学版),2024,41(2):9 17.HUANG Rong GUO Jiahu.Research on the control strategy of energy storage system assisting grid in regulating frequency J .Journal of Chongqing Technology and Business University Natural Science Edition 2024 41 2 9 17.Research on the Control Strategy of Energy Storage System Assisting Grid in Regulating Frequency HUANG Rong GUO JiahuSchool of Electrical and Information Engineering Anhui University of Science &Technology Anhui Huainan 232001 ChinaAbstract Objective The regulation principles and methods of energy storage power plants to maintain the steady state of the power system in the case of wind and solar power generation were investigated and on this basis an active support control strategy of virtual synchronous generator three-level model assisting thermal power units to maintain the frequency stability of the grid with active support control was designed.Methods Using the characteristics of the fast response of energy storage batteries an energy storage system was established to improve the control of the energy storage converter.The conventional control architecture was improved by adding an outer-loop regulator with virtual impedance in the voltage and introducing a current inner-loop control based on a quasi-PR controller.The principle of the control strategy and the correspondence of the synchronous generator were analyzed in depth.Results With the increasing penetration of new energy into the grid the number of frequency fluctuations becomes less when energy storage power stations are connected to the grid to participate in frequency regulation.Conclusion This control method can bring a certain amount of inertia and damping to the new energy power generation system thereby enhancing the stability of the system.It also provides the necessity and feasibility of energy storage stations participating in grid frequency modulation and provides a certain practical reference significance for the distribution of energy storage stations and the capacity allocation of energy storage batteries.Keywords active support virtual synchronous generator energy storage system energy storage converter1㊀引㊀言最近几年,随着全球经济的快速发展,与之相伴的全球气候变暖㊁传统能源匮乏等问题也愈演愈烈[1-2],在此背景需求下,风能㊁光能等可再生能源受到了广泛重庆工商大学学报(自然科学版)第41卷的关注,为降低环境污染等问题带来的影响,传统的发电机组逐渐被新能源所代替,由于其具有波动性等特点,虽然缓解了传统能源稀缺等问题,但也对电网的稳定运行带来了挑战㊂由于新能源渗透率越来越高,而新能源无法直接并网,需要通过电力电子设备才能间接并网,但是设备不具备惯量等特性,从而为电网的稳定运行带来了挑战㊂储能系统应运而生,又因为传统机组其本身的内在的缺点,比如响应速度慢,输出精度低,设备容易磨损等,会降低其调频效果,而能量存储系统自身的特点是:响应速度快㊁跟踪精度高㊁能够实现能量的双向控制,所以在储能系统的辅助下火电机组参与调频的控制方法得到了广泛的应用[5-6]㊂储能系统是储能电池接入电网的关键设备,对于储能电池的控制策略并不是直接对电池进行控制,而是间接对储能电池并网所用到的电力电子设备进行控制,其控制方式主要有下垂控制(DROOP控制)和虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制等㊂其中VSG控制以模拟同步发电机的外部特征为主,将传统发电机的机械和电气的控制结构嵌入并网逆变器的控制算法中,改善储能换流器(Power Conversion System,PCS)的外特性[7-8]㊂文献[9]提出了以同步机三阶模型为基础的主动支撑控制策略,从而增强了储能变流器并网时暂态电压的稳定性,但是所提出的模型较为复杂,模拟的速度较为缓慢㊂文献[10]在VSG的基础上进行改进,利用VSG技术集成了储能系统自身的制约以及调频时虚拟惯量的变异特征,对控制参数进行了最优设计,并给出了最优的控制方法㊂但是对于储能系统只考虑了一台,与实际情况有一定偏差㊂文献[11]将二阶同步发电机的本体模型引入VSG控制模型中,并设计了VSG 的有功-频率㊁无功-电压功控制器,获得了能够实现一次调频调压,并具有同步发电机惯性的结果和VSG的阻尼算法,对于储能系统的多机并联没有考虑进去,与实际情况有一定的偏差㊂文献[12]利用Runge-Kutta 算法对VSG的瞬态稳定性进行了分析,提出从限制截断角度和其时间两方面进行优化,但计算比较繁琐㊂文献[13]对VSG技术在微电网中的应用进行研究,完成了VSG的机械方程㊁电磁暂态方程以及初级频率调压方程,并基于模型对VSG算法搭建了控制架构框图㊂文献[17]中的逆变器在并网的控制策略的基础上加入了模型预测,提高了电流的跟踪精度,使得弱电网实现平滑并网,但缺乏对于逆变器本身控制策略的改进㊂在上述理论的基础之上,根据同步发电机的数学模型,通过模拟其励磁控制原理及结构,并且与储能系统的VSG二阶模型相结合,建立起具有暂态电压调节过程的VSG的三阶模型,在VSG三阶模型的基础上,提出了一种以VSG三阶模型为基础,用于辅助火电机组维持电网频率以及并网电压稳定的主动支撑控制策略,从而使策略不但具备了调频的功能,同时也具有了调压的作用,增加了电力系统的惯量与阻尼特性,提高了系统的稳定性,改善了系统的频谱特征㊂2㊀基础原则2.1㊀同步发电机的工作原理2.1.1㊀有功-频率控制原理同步发电机的有功-频率控制原理主要是指在调速系统的作用下,通过改变进气量或者进水量,使得输出的机械功率和电磁功率相等,进而使得频率逐渐恢复到额定值,从而达到调频的目的[14]㊂同理,当负荷在某一时刻突然减少时,与上述操作相反,使得输入的机械功率减少即可,具体如图1所示㊂图1㊀同步发电机的有功-频率特性曲线Fig.1㊀The active-frequency characteristic curveof the synchronous generator曲线又被称为功率-频率静态特性曲线,由图1可知若发电机初始化运行a点,此时频率是f1,发电机输出的电磁功率为P1,则当负荷突然减少时,电磁功率减少,对应图中的点P2,频率升高为f2点,体现出了同步发电机的垂度调整控制特性,由此可以得同步发电机多用途的功频稳态方程:P0-P r=-K r(ω0-ωr)(1)其中:P0为额定机械功率,P r为发电机的电磁功率,K r 为频率调节系数,ω0为系统的额定角速度,ωr为系统当前的角速度㊂方程体现了当系统角速度或者频率发生变化时系统输出的有功功率也会随之变化㊂2.1.2㊀无功-电压控制原理电压同频率都是衡量电能质量的重要指标,要想维持电压恒定,就需要保证发出的无功功率等于在维持的某个电压消耗的无功功率,此时需要在发电机中加入无功-电压控制环节,也就是所谓的励磁控制器,进而维持端电压的稳定,从而达到调压的目的㊂如图2所示㊂01第2期黄荣,等:储能辅助电网参与调频的控制策略研究图2㊀同步发电机的无功-电压特性曲线Fig.2㊀Reactive -voltage characteristic curve of thesynchronous generator由图2可知,当发电机初始化运行在a 点,此时端电压为U 1,发电机输出的无功功率为Q 1,当系统中的负荷突然减少时,电压会增加至U 2,此时励磁电流减少,此时无功功率减少至Q 2,过程体现出了同步发电机的无功-电压特性,如式(2)所示:Q 0-Q r =-K b (U 0-U r )(2)其中:Q 0为额定无功功率,Q r 为实际的无功功率,K b 为该特性的下垂系数,U 0为发电机的额定电压,U r 为实际工作时的电压㊂2.1.3㊀相关三阶模型从文献[16]中可以得出三阶的同步发电机如下模型:u d =x q i q -r a i du q =E ᶄq -x ᶄd i d -r a iqpT ᶄd 0E q =E f -E ᶄq -(x d -x ᶄd )i d T J d ω/d t =T m -E ᶄq i q -(x ᶄd -x q )i d i q []d δ/d t =ω-1ìîíïïïïïïïï(3)其中:u d 为直轴的定子电压,u q 为交轴的定子电压,x q 为定子交轴绕组的标幺值,p =d /d t 为对时间的导数算子,i d 和i q 为直㊁交轴电流,T ᶄd 0为时间常数,ω为角速度,T m 为机械转矩,T e 为电磁转矩,δ为功角,E ᶄq 和E q 分别为交轴暂态电动势和稳态电动势,x ᶄd 和x d 分别为直轴瞬变电抗和同步电抗,r a 为定子各相绕组的电阻,E f 为定子励磁电动势,T J 为同步发电机组的惯性时间常数㊂2.2㊀VSG 的整体结构由于研究主要是利用VSG 技术对逆变器的控制策略进行优化,所以需要研究储能系统并入电网中的VSG 结构,以及在稳定状态下与同步发电机的等值电路的一一对应关系,具体如图3所示㊂图4通过比较储能系统并网变流器的主电路拓扑结构和稳态下的同步发电机等效回路,可以发现e a ㊁e b ㊁e c 为PCS 的中点电压,模拟同步发电机的电势E q ,r 1为等效电阻,L 1为滤波电感,分别相当于同步发电机的同步电感和定子电阻,u a ㊁u b ㊁u c 为电容电压,相当于同步发电机端电压U g ㊂通过二者的比较,发现了二者之间的相似和对应关系,为后续VSG 三阶模型的建立提供了可能㊂图3㊀稳态下的同步发电机等效回路Fig.3㊀Equivalent loop of synchronous generator in steadystate图4㊀储能系统通过VSG 技术并网结构模型Fig.4㊀Grid-connected structure model of energy storagesystem through VSG technology11重庆工商大学学报(自然科学版)第41卷3㊀主动支撑控制策略的优化设计以VSG三阶模型为基础,结合储能系统保持电力系统的调频㊁调压能力的支撑控制策略,对同步发电机的外部特征进行了严格的模拟,使得储能电站的虚拟调速系统和虚拟励磁系统的时间尺度与同步发电机的调节时间尺度相一致,使得控制策略与传统锁相环的控制策略相比增加了主动性和抗干扰性,主要是因为PCS的功角控制不再依赖于电网的角速度㊂其模型包括虚拟励磁控制器,虚拟调速控制器,VSG三阶模型以及底层控制模型㊂3.1㊀储能电站模型构造在提出储能电站的控制策略之前,首先要对其进行分析,建立相应的模型㊂所谓电站就是首先将a个储能电池串联,形成一个电池模块,再将b个电池模块串联构成一个电池柜,再将m个电池柜并联构成一个存储系统,最终并联n个储能系统便构成一个存储电能的电站,所以对于储能电站的模型构建实际上就是对储能电池模型的构建㊂对于储能电池的选择多种多样,主要以铅酸电池和锂电池为主,由于铅酸电池的寿命较短,体积较大,而锂电池具有效率高,循环寿命长且无污染等特点,使得锂电池更具有发展前景,因此选择锂电池进行研究,阐述储能电池模型构造㊂在进行调频时,储能系统的调频的一般模型不能反映出其内部的调频特征㊂并不适用于调频,为了解决这一问题,国外开始逐步采用戴维南等效电路模型,模型又分为Ⅰ型和Ⅱ型,Ⅰ型虽然解决了上述问题,但是电网调频不能将其输出模式与其状态相关联,也不能应用于电网频率调整,而Ⅱ型在蓄电池中,电流被用来作为一个控制信号,并且考虑了蓄电池中的SOC对开路电压的影响,便可解决Ⅰ型带来的问题,其戴维南等效电路模型Ⅱ型如图5所示㊂图5㊀储能电池戴维南等效电路模型(Ⅱ型) Fig.5㊀Thevenin equivalent circuit model of energystorage battery(typeⅡ)由图5可以看到左侧图形体现出了储能电站的荷电状态SOC随时间的变化,其中C1为可用的剩余容量,R1为自动放电的电阻,U1为目前的荷电状态,反映出了右侧电路上储能电池的电压和荷电状态之间的关系,U2为开路电压,U3就是储能电池的电压,R2为电池自身的电阻,R3为储能电池由于不断的充放电而形成的电阻,而R4,R5,C2和C3分别是电阻电容网络中短时和长时响应支路电阻和响应支路电容㊂综上所述,便可得到储能电池参与调频的等效模型框图,如图6所示㊂Ib13600sC4S O C-Ua b R1m n1/C5a b R5m n+s m n R5C3a b R3m n+s m n R3C2U2U3P图6㊀储能电池调频模型框图Fig.6㊀Block diagram of energy storage battery frequencymodulation model如图6所示,其中C4为储能电池一开始的容量,C5为储能电池的额定容量㊂除了储能电池的荷电状态与其二端电压密切相关外,电池内部的其他参数也与之密切相关,这些参数会影响其二端电压,进而影响储能电池的具体出力情况㊂而要想对这些参数进行细致的了解,就要做一个能量存储单元的充电和放电试验,然后进行相应的数学运算,对参数进行拟合,详见文献[16],储能电池的开路电压与其荷电状态的关系以及其他参数与SOC的关系公式和锂电池模型的相关参数均在文献[16]有了详尽的描述,在此不再赘述㊂综上所述便可以得到辅助电网参与调频的储能电池模型㊂3.2㊀虚拟激励调节器VSG的虚拟激励系统主要是模拟同步机的激励系统,也就是模拟同步发电机无功-电压特性,所谓无功电压特性就是指无功功率与电网输出电压的下垂关系,并且体现了励磁电流与无功功率的关系,其公式如下:(U m-U r)ˑK e1+sTe=Δu(4)21第2期黄荣,等:储能辅助电网参与调频的控制策略研究其中:U m为逆变器输出电压的值,U r为逆变器输出电压的给定值,Δu为励磁电压的变化量,且其与强制空载电动势E qe呈线性关系,因此E qe=K fˑu(5)K f=x a r f(6)其中:K f为下垂系数,x a为直轴绕组电抗,r f为绕组电阻㊂由式(4) 式(6)可得控制器的框图,如图7所示㊂图7所示的控制框图以逆变器的输出口电压的参考值和其测量值的差值作为该控制器启动调压服务的输入信号,减少了无功功率偏差量的输入,实现了直接调压的过程,抑制了储能电站并网点的暂态电压的波动㊂图7㊀虚拟励磁控制器框图Fig.7㊀Block diagram of the virtual excitation controller 3.3㊀虚拟速度调节器VSG的虚拟调控制器主要是对同步发电机的有功-频率特性进行仿真,从而在调频中实现了对功率的分摊,使储能设备具备了辅助火电机组参与电网调频的能力,参照式(1),那么虚拟调速系统模型可以表达为P ref-P b0=K m(ωr-ωm)(7)其中:P ref代替了机械功率,为储能电池输出功率的给定值,P b0代替了电磁功率,为其输出的功率,K m为有功-频率的下垂系数,ωr为角频率的参考值,ωm为电网的角频率实时值,则上述控制框图如图8所示㊂图8㊀虚拟调速控制器框图Fig.8㊀Block diagram of the virtual speed control controller 与此同时在上述控制器框图的基础上加入储能电站的调频死区,并且加入SOC的修正曲线,通过修改功频比例系数,避免能量储存电池的反复充㊁放电,缩短其使用寿命㊂3.4㊀基于VSG的三阶模型由式(3)以及VSG二阶模型,再加入暂态调压过程,进而可以得到基于VSG的三阶模型:2H dΔωd t=P m-P e-DΔωdδd t=ω0ΔωTᶄd0d Eᶄqd t=E qe-Eᶄq-i d(x d-xᶄd)ìîíïïïïïïïï(8)其中:H为虚拟惯量,代替了同步发电机的惯性时间常数T J,D为负荷阻尼常数,Δω为标称旋转速度与真实旋转速度之差,P m为虚拟机械功率,代替同步发电机的机械转矩,P e为虚拟电磁功率,代替同步发电机的电磁转矩,而强制空载电动势E qe代替了同步发电机的定子励磁电动势㊂该三阶模型再结合虚拟调速控制器便得到了VSG 的有功-频率控制框图,如图9所示㊂图9㊀VSG功率—频率调节框图Fig.9㊀Block diagram of VSG power-frequency regulation 3.5㊀VSG的底层控制器对于VSG的底层控制器主要分为两部分,分别是电压和电流环控制㊂3.5.1㊀电压外回路中加入虚拟阻抗的控制器为使VSG具备与同步发电机相同的电性能,所以引出了电压外环控制器,与此同时,为了有功和无功功率环之间的解耦,方便相关参数的整定,于是在该控制器处引入一个虚拟阻抗L2,综上所述,可以得到改进的电压外环控制框图,如图10所示㊂图10㊀引入虚拟阻抗的电压外环控制框图Fig.10㊀Block diagram of the voltage outer loop controlwith introduction of virtual impedance3.5.2㊀基于准PR控制器的电流内环控制器本文所要达到的,不仅仅是精确地跟踪电网的额定频率,即使出现了一些细微的改变,也要进行相应的控制㊂而理想PR控制器只能对指定的频率处的传递函数进行放大,其他频率处的增益效果很低,所以引出了基于准PR控制器的电流内环控制,它的传递函数如式(9)所示:31重庆工商大学学报(自然科学版)第41卷A PR(s)=k p+2k rω1ss2+2ω1s+ω22(9)其中:k p和k r为PI控制器中的共振系数,ω1为截流频率,ω2为共振频率㊂针对各种系数的选择,可以与伯德图相联系来做特定的分析[10],采用控制变量法,在保证相关参数不变的情况下,只让一个参数进行相关的变化,从而进一步得到随着谐振系数的增大,系统谐振点的增益明显扩大,但其带宽不变,使系统的响应速度加快,进而可以使得搭建的仿真更加切合实际,但是谐振系数也不可能无限扩大,首先就是成本的问题,其次如果谐振系数过大,对于电力系统高次谐波的滤除非常困难,当然,如果谐振系数过小也不行,会对电力系统的低次谐波具有一定的放大作用,因此需要不断的试错,进一步获得更为合适的值;而当比例系数增加时,系统功率的总增益增加,但系统带宽保持不变,以及共振点的相位差显著地降低了,对于功率的准确控制也会产生一定的影响因此也需要不断的试错,进一步获得更为合适的值,再结合LC滤波器的传递函数便可得到改进的电流内环控制框图,如图11所示㊂图11㊀基于准PR控制器的内回路电流控制框图Fig.11㊀Block diagram of inner loop current controlbase on quasi PR controller其中A F(s)=1(L1s+R)(10)4㊀实验仿真与分析为检验上所述控制策略是否正确,是否有效,在PowerFactory模拟软件中,建立了一个光伏存储装置,如图12所示电力联运系统,其中光伏逆变器的面板数设为2800个,额定视在功率100MVA,有功功率设为291kW,次暂态短路水平500kVA,K系数为2,最大电流为1p.u.,最小运行电压的开启阈值和关闭阈值分别是0.1p.u.和0.01p.u.,开关闭合延时设置为1s㊂而对于储能系统并联了6个储能单元,其额定视在功率设置为10MVA,有功功率为1MW,无功功率为0.03Mvar,对于暂态时间常数和次暂态时间常数分别设置为1.2s和0.03s,与光伏发电系统的时间常数一致;储能系统的最小运行电压的关闭阈值设置为0,开启阈值设置为0.1p.u.,时间延迟忽略不计,对于电力系统发生扰动或者故障时,储能系统可以迅速做出相应的响应,从而维持电力系统的频率稳定㊂对于储能系统电流控制器的d轴和q轴的比例增益以及时间常数默认为0.1s和0.01s,与光伏发电系统的d轴和q 轴的比例增益以及时间常数一致㊂端点外部电网线路线型（1）A Cb u sL o a d2L o a d1光伏P VP a n静态发电机变压器变压器端点（2）B E S S图12㊀光伏储能并网供电系统Fig.12㊀Photovoltaic energy storage and grid-connectedpower supply system4.1㊀仿真算例1为验证这种改良的主动支撑控制方法的正确性与有效性,在IEEE39节点系统上进行仿真,提供了主动支撑控制策略实施的背景,主要是考率新能源的渗透率,如风电站和光伏发电站,对于风电站中的风机主要以双馈风电机为主,具体的双馈风电机的控制框架如图13所示㊂由于采用的仿真软件对于风机的功率封装是固定的,无法通过实时改变功率来控制风电站的功率输出,主要是通过改变风速来实时改变功率的输出㊂对于光伏发电站的一个控制框架具体如图14所示㊂对于光伏电机的功率控制,主要考虑了太阳辐射和温度,二者是光伏发电站输出功率的主要因素㊂在IEEE39节点系统中分别在母线1和母线16处设置了一座风电站和光伏发电站,两座风电站的并联机器数都是设为100台㊂然后在不考虑发电厂的调频作用,以及负荷自带的调频作用,观察所有光伏发电站和风电站运行时,系统的频率变化,具体如图15所示㊂41第2期黄荣,等:储能辅助电网参与调频的控制策略研究F r a m e D F I GG e n e r i c :M e c h a n i c sP i t c h C o n t r o l E i m D s l *w i n d s p e e d be t a s p e e dT u r b i n eE i m D s l *vw p wS h a f tE i m D s l *p tS p e e d R e fE i m D s l *E l e c t r o n i cD F I GE i m A s m *s p e e d _r e fM P TE i m M p t *S p e e d -C t r lE i m D s l *S l o w F r e q u M e a s E i m P h i *V a c _g e n S t a V m e a *V a c _b u s S t a V m e a *u:u g r :u g i P r o t e c t i o n E i m P r o *d u d _s y n c h :d u q _s y n c h Fm e a s P Q _t o tS t a P q m e aO v e r F r e qP w r R e d u c i o n E i m D s l *P r e fl r o tP QC o n t r o l E i m P Q *u s r ;u s ip s i r _r ;p s i r _ic o s p h i r e f ;s i n p h i r e f c o s p h i m ;s i n p h i mi d i qC o m p e n s a t i o n E i m C o mp c t r l ;q c t r l i r _c t r l *P t o ti r d _r e f ;i r q _r e fT h e t a m e a s .E i m P h i *i r d ;i r qc o s p h i u ;s i n p h i uu d oC u r r e n tM e a s u r e m e n t *图13㊀双馈风电机的控制框架Fig.13㊀Control frame of DFIG -based wind turbine systemF r a m e P VS y s t e m :U a r r a yS o l a r R a d i a t i o nE i m D s iT e m p e r a t u r eE i m D s iP o w e r M e a s u r e m e n tS t a P q m e aP h o t o v o l t a i c M o d e lE i m D s i S l o wF r e q u e n c y M e a s u r …E i m P h i *E _i n 01;E _i n 02;E _i n 03;E _i n 04;E _i n 05;E _i n 0Et h e t aM e a s u r e m e n t S o l a r R a d i a t i o nE i mF i l eM e a s u r e m e n t T e m p e r a t u r eE i mF i l eT _i n 01;T _i n 02;T _i n 03;T _i n 04;T _i n 05;T _i n 0123l a r r a y1P _c o n vD C B u s b a r a n d C a p a c i t o r M o d e lE i m D s iv d c r e fA C V o l t a g eS t a V m e aA c t i v e P o w e r R e d u c t i o nE i m D s iu a cp r e dP h a s e M e a s u r e m e n t …E i m P h i *C o n t r o l l e rE i m D s i00110123i d _r e f i q _r e fs i n r e f ;c o s r e f2S t a t i c G e n e r a t o rE i m G e n s t a t ,E i m P …图14㊀光伏电机的控制框架Fig.14㊀Control frame of photovoltaic motor50.0049.9549.9049.8549.8049.7549.70020406080100G05:电频率频率/H zt /s图15㊀系统频率的变化Fig.15㊀Changes in system frequency由图15可以看出,在忽略负荷变化时,仅仅是因为风电站和光伏电站的并入,就导致了整个系统的频率变化,可见在新能源高渗透率的情况下,当系统的频率变化的不稳定时,增加电力系统的稳定性是大势所趋,储能电站辅助电网调频势在必行㊂在上述的开关事件㊁负荷扰动事件以及高比例新能源渗透率的情况下,进行仿真,观察储能系统在5s和10s 时,储能系统的动作响应,如图16所示㊂图16可以看到,储能系统在开关事件和负荷扰动事件发生时,上述控制策略控制储能系统迅速做出响应,充分发挥了储能电池的快速充放电特性,为电力系统的调频51重庆工商大学学报(自然科学版)第41卷稳压奠定了基础㊂1312111098765B E S S :有功功率24681012141618202224条形图功率/M Wt /s图16㊀储能系统的出力Fig.16㊀Output of the energy storage system4.2㊀仿真算例2在上述所建模型和控制策略的基础上,对此进行了改进,主要是对虚拟同步发电机底层控制进行了优化和改进,为了让仿真速度加快,更适用于实际应用场景,所以对上述模型进行了简化,为了验证上述控制策略的正确性㊁有效性以及优越性,在仿真的5s 时,在交流母线处设置了开关事件,事件是PowerFactory 自带的开关事件,与此同时为检验以上所述控制策略是否正确,是否有效,又在仿真的10s 处设置了负荷事件,其有功功率比例阶跃负荷设置为20%,具体的仿真图形如图17所示㊂50.00049.99549.99049.98549.9849.97549.97049.96549.960A C b u s :电频率24681012141618202224条形图频率/H z t /s图17㊀交流母线处的实测频率Fig.17㊀Measured frequency at the AC bus由图17可得,对VSG 底层控制的优化和改进,不仅使得储能系统在开关事项和负荷扰动事件发生时,更加迅速地做出响应,而且保证了系统频率偏差在0.2Hz 以内,保证了系统频率的稳定性,证明了该优化控制策略的有效性㊂5㊀结㊀论针对高比例新能源发电,如光伏㊁风电的并网,进而导致的一系列调频问题,提出了基于VSG 三阶模型的改进的主动支撑控制策略,结论如下:(1)对同步发电机的基本原理进行了详尽的介绍,与此同时,将其与VSG 控制策略进行比较,在此基础上说明了VSG 的技术的可行性和必要性㊂(2)在 双碳 目标提出的背景下,随着新能源渗透率的持续增加,电网的频率调节压力也在增加,并且因为低惯性的特性,导致电力系统的稳定性,也越来越差,从而引出了储能系统的加入势在必行㊂(3)基于VSG 三阶模型的改进的主动支撑控制策略的提出,并对其模型进行了搭建,充分证明了策略对储能系统的控制作用,充分发挥了储能系统的快速充放性,改善了电力系统的频率质量,提高了储能电站并网的调频稳压能力㊂(4)通过在IEEE39节点中根据各个省市的电网情况,如风电站的分布,光伏发电站的分布,以及发电厂的分布,在该系统上进行严格的模拟,进一步可以得到高比例新能源渗透率的情况下,风电站和光伏发电站在并网时,对整个电力系统的频率的实时的影响,以及对于储能电站的分布和储能电池的容量配置都具有一定的参考意义㊂参考文献 References1 ㊀史立山.构建适应可再生能源资源特点的新型电力体系J .电网与清洁能源 2009 25 4 1 4.SHI Li-shan.Building a new power system adapted to thecharacteristics of renewable energy resources J .Power Grid and Clean Energy 200925 4 1 4.2 ㊀闫晓霞 张金锁 邹绍辉.我国可耗竭能源资源最优开采模型研究 J .中国管理科学 2016 24 9 81 90.YAN Xiao-xia ZHANG Jin-suo ZOU Shao-hui.Research onthe optimal exploitation model of depletable energy resources in China J .Management Science in China 2016 24 981 90.3 ㊀吕志鹏 盛万兴 钟庆昌 等.虚拟同步发电机及其在微电网中的应用 J .中国电机工程学报 2014 34 16 2591 2603.LV Zhi-peng SHENG Wan-xing ZHONG Qing-chang et al.Virtual synchronous generator and its applications in micro grid J .Proceedings of the CSEE 2014 34 16 259161。
电压源虚拟同步发电机并网控制及实现
第55卷第4期2021年4月电力电子技术Power ElectronicsVol.55, No.4April 2021电压源虚拟同歩发电机并网控制及实现赵家敏(云南开放大学，云南昆明650223)摘要：并网逆变器的虚拟同步发电机（VSG)控制技术利用电力电子装置控制灵活的特点，通过在控制系统中对同步发电机及其调速器/调压器的基本数学模型和调节特性的模拟，使得并网逆变器具有与同步发电机类似的自主参与系统调频/调压等优良特性。
这里在VSG控制策略基础上，提出了一种新颖的电压源VSG并网实现方式，免去了传统VSG并网所需预同步（预同期）等环节，有效提高了新能源发电系统的并网友好性，简化了电压源VSG并网流程。
系统仿真及原理样机运行实验结果充分表明了所提基于VSG算法的并网逆变器系统整体控制策略及并网实现方式的有效性和正确性。
关键词：虚拟同步发电机；新能源发电；并网控制中图分类号：TM31 文献标识码：A 文章编号：1000-100X(2021)04-0083-04The Implementation and Grid-connected Control of Voltage SourceVirtual Synchronous GeneratorZHAO Jia-min(Yunnan Open Universityy Kunming650223, China)Abstract ： Virtual synchronous generator (VSG) control technology for grid-connected inverter, by simulating the basic mathematical model and adjustment characteristics of synchronous generator and its governor and voltage regulator, so that the grid-connected inverter has the same characteristics as the autonomous participating system frequency modu- lation/voltage modulatiun regulator similar to the synchronous generator. Based on the VSG control strategy, a novel voltage source VSG grid-connected method is proposed, which eliminates the pre-synchronization needed by the traditional VSG grid-connected, and effectively improves the grid-connected friendliness of the new energy generation system,the process of voltage source VSG connection is simplified.The results of system simulation and field demonstration experimental results show the validity and correctness of the proposed control strategy of grid-connected inverter system based on VSG algorithm.Keywords ：virtual synchronous generator ；new energy generation ；grid-connected controlFoundation Project ：Supported by Scientific Research Fund of Yunnan Provincial Education Department(No.2020J0494)l引言传统新能源发电（含储能）大都通过先进电力 电子变流装置逆变并网，然而同步发电机具有对 电网天然友好的优势，若利用电力电子系统控制 灵活的特点，使得新能源发电（含储能）并网逆变 器具有同步发电机的外特性，必然能实现含有电 力电子并网装置的新能源发电系统的友好接入，提高电力系统稳定性。
开关电源中的比较常见的双重环路及其应用
开关电源中的比较常见的双重环路及其应用
开关电源中的比较常见的双重环路及其应用
工程师都知道，开关电源中离不开环路设计。
环路影响到开关电源的诸多性能指标，譬如输出纹波，动态特性，稳定性，保护特性等。
这篇文章将从下面四个方面讲一讲开关电源中的比较常见的双重环路及其应用：
1.单电压环与单电流环
2.电压环和电流环的双环竞争
3.电压外环电流内环
4.两种双环控制在车载电源产品中的应用
一、单电压环与单电流环
闭环就是通过对被控制变量进行负反馈与设定值进行比较，得到他们之间的偏差，然后通过控制偏差，来实现被控变量稳定在设定值附近。
生活中最常见的一个负反馈闭环就是骑自行车，如果我们想走一条直线，而实际往左偏了，就会将车把手往右调整，如果往右偏了，就往左调整。
最后肯定稳定在这条想走的路线的附近。
如果自行车整个过程一直都是向左偏离一个角度，这个就是静差，也叫稳态误差。
如果自行车稳定在设定路线的左右偏差一点，这个就是误差摆幅，有些场景下也叫纹波峰峰值。
车辆一直行使在设定路线附近，而且偏差小，遇到紧急避让的情况下（动态扰动）也绝不摔倒——这就是好的环路设计。
在比较简单的开关电源中，只需要一个单闭环就可以实现产品的恒压或者恒流输出。
对于恒压源，只需要控制输出电压稳定，对于恒流源只需要控制输出电流稳定。
这里通过最常见的buck电路的单电压闭环和单电流闭环来来分析一下。
以最常见的PI控制作为补偿控制环节。
1）其电压单环的控制闭环框图如下：其中Kadc为采样及反馈环节，Plant。
虚拟同步发电机功角稳定性优化控制方法
3 VSG功角稳定性控制方法
P C S 在 V S G 控制模式时|4|:① 正 常 状 态 下 ，按
பைடு நூலகம்
照 转 子 运 动 方 程 生 成 控 制 的 角 频 率 和 相 位 ，并以
下 垂 特 性 为 基 础 生 成 目 标 交 流 电 压 ，对外体现为
电压源的外特性。在电压源外特性的情况下，既能
离 网 运 行 ，作为主电源提供基准频率、电压，也能
并 网 运 行 ，通 过 有 功 、无 功 的 注 入 ，为 电 网 频 率 、电
压 的 稳 定 性 提 供 支 撑 ; ② 饱 和 状 态 下 ，电流内环被
造 并 补 偿 虚 拟 阻 抗 分 量 ，实 现 在 电 流 饱 和 时 自 动 调 整 功 角 曲 线 从 而 获 得 新 的 稳 定 工 作 点 ，避 免 功 角 的 振 荡 。通
过实验验证了该方法的可行性。
关 键 词 ：虚 拟 同 步 发 电 机 ；功 角 稳 定 性 ；虚 拟 阻 抗
中 图 分 类 号 ：TM31
向 量 ；X 为 交 流 滤 波 电 抗 器 阻 抗 。
Fig. 4 Saturated state voltage and current vector diagram of VSG
基于上述向量图，饱 和 状态下p c s 输出的有
功功率可表示为：
P〇=UJmacosA0=Pmcos^0
(4)
由式（3 ) ，（4)可 得 V S G 正常与饱和状态下的
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多逆变器并联系统环流分析及抑制方法
多逆变器并联系统环流分析及抑制方法阳敏;罗安;肖华根;马伏军;王皓;周小平【摘要】多逆变器并联可以提高系统的功率等级和可靠性,已在大功率的逆变器上得到广泛应用.但逆变器并联存在因载波相位不一致引起的环流问题,会增加系统的损耗.本文首先分析了环流产生的机理,通过对逆变器输出电压进行双傅里叶分析,推导出载波相位差与环流之间的关系表达式,并得到环流开关分量的特性.然后,在分析的基础上提出了一种载波相位补偿的控制策略,该策略能有效改善对开关环流的控制能力,对因载波相位不一致产生的环流起到显著抑制效果.采用PI控制电压外环、无差拍控制电流内环的双闭环控制策略,保证了逆变器系统的正常稳定运行.最后,仿真结果验证了本文所提出的控制策略的有效性和可行性.%Multiple inverters in parallel operation can improve the power level and reliability of the system,thus they are widely applied to high power inverters. However,the inconsistencies due to carrier phase-shift will increase the sys?tem loss. First,the generation mechanism of circulating current is analyzed,the expression of the relationship between the carrier shifted phase and circulating current is formulated according to the double Fourier transform on the output voltage of inverters,and the characteristics of switching components in circulating current are obtained. Then,based on the above analysis,a control strategy of carrier-phase compensation is proposed to inhibit the circulating current caused by the carrier phase difference,which can effectively improve the control capability of the switching frequency circulat?ing current. The dual-loop control strategy,which uses PI controller for the outer voltage and deadbeat control for the in?ner current,canensure the normal and stable operation of the inverter system. Finally,the simulation results verify the effectiveness and feasibility of the proposed control strategy.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2017(029)010【总页数】6页(P6-11)【关键词】并联运行;开关环流;正弦脉宽调制;载波相位补偿【作者】阳敏;罗安;肖华根;马伏军;王皓;周小平【作者单位】国家电能变换与控制工程技术研究中心,湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082;国家电能变换与控制工程技术研究中心,湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082;国家电能变换与控制工程技术研究中心,湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082;国家电能变换与控制工程技术研究中心,湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082;国家电能变换与控制工程技术研究中心,湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082;国家电能变换与控制工程技术研究中心,湖南大学电气与信息工程学院,长沙 410082【正文语种】中文【中图分类】TM464近年来，随着能源和环境问题的日益严峻，可再生能源的并网发电技术得到了越来越多的关注。
风力发电系统高电压穿越技术综述
风力发电系统高电压穿越技术综述边晓燕;田春笋;符杨【摘要】风电在电力系统中占比的逐年递增给电网的稳定运行带来安全隐患，基于此探讨了电网电压骤升时风电系统的高电压穿越能力。
以当前兆瓦级中的主流风力发电机型为例，分析了电网电压骤升时风电系统的暂态过程，并探讨了澳大利亚风电并网标准中关于风电高电压穿越的基本要求。
在此基础上，总结了目前国内外关于风电系统高电压穿越的技术研究，并进行分析比较，旨在为风电系统高电压穿越技术的应用提供参考。
%Proportion of wind power in power system increases progressively yearly which may cause potential safe hazard to stable operation of the power grid. Therefore,high voltage ride-through capability of wind power system at the time of power grid voltage swell. Taking the mainstream wind power generator type of MW grade for example,transient process of the wind power system at the time of power grid voltage swell was analyzed and basic requirements of high voltage ride-through in Australia wind power integration standards were discussed. Meanwhile,research on high voltage ride-through technology for wind power system at home and abroad at present was summarized,analyzed and compared in order to pro-vide references for application of high voltage ride-through technology for the wind power system.【期刊名称】《广东电力》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4页(P22-25)【关键词】双馈感应发电机;风电;高电压穿越;暂态;风电并网标准【作者】边晓燕;田春笋;符杨【作者单位】上海电力学院电气工程学院，上海 200090;上海电力学院电气工程学院，上海 200090;上海电力学院电气工程学院，上海 200090【正文语种】中文【中图分类】TM614近年风力发电技术在全世界的范围内得到了巨大发展，随着风电装机总量的逐年攀升，风电接入电网后与电网之间的相互影响，已经不能忽略，并且风电系统在电网在故障情况下的运行控制方式将会直接影响到电网的安全稳定运行［1］。
单相LCL型光伏并网逆变器的控制技术
单相LCL型光伏并网逆变器的控制技术戴剑丰;赵晋斌;屈克庆;李芬【摘要】采用并网电流和电容电流双闭环控制策略对并网电流进行直接控制,与传统的并网电流单环控制相比,相当于引入了虚拟阻抗来增加系统阻尼,从而抑制了谐振,增加了系统的稳定性.对提出的策略进行系统建模,深入分析了所提策略的控制器参数对系统稳定性的影响.仿真结果表明,该策略可有效抑制进网电流谐振,并且具有较高的入网电流功率因数和良好的稳态性能.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2014(030)006【总页数】5页(P515-519)【关键词】并网逆变器;LCL滤波器;电流双闭环【作者】戴剑丰;赵晋斌;屈克庆;李芬【作者单位】上海电力学院电气工程学院,上海200090;上海电力学院电气工程学院,上海200090;上海电力学院电气工程学院,上海200090;上海电力学院电气工程学院,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TM615;TM464近年来，在寻找克服世界能源危机的方法中，风力和光伏等分布式发电系统受到越来越多的关注.［1］作为分布式发电系统中能量转换和控制的核心，单相并网逆变器的性能会直接影响并网系统的好坏.为了抑制逆变器的输出谐波，需要在并网逆变器和电网之间加装滤波器.按照滤波器的分类，并网逆变器的输出滤波器一般可以分为L型、LC型和LCL型3种.［2-3］单电感L滤波器是一阶系统，结构简单，需要较大的电感来抑制谐波，会增加系统的成本和影响系统的动态性能.LC滤波器是二阶系统，无法平抑输出电流的高频纹波，容易因电网阻抗角的不确定性而影响滤波效果.［4-5］LCL型滤波器对高频谐波电流能起到很大的衰减作用，较小的电感就能取到很好的滤波效果，并且网侧电感还能起到抑制冲击电流的作用，因此LCL滤波器更能获得高质量的进网电流.但LCL型滤波器是一个三阶系统，容易引起系统的谐振问题，使系统不稳定，因此需要对谐振尖峰进行抑制.LCL滤波器的谐振抑制方法有无源阻尼和有源阻尼两种.无源阻尼方法是在滤波电感或滤波电容的支路上串联或并联电阻来增加系统的阻尼.滤波电感支路串联电阻会降低滤波器的低频增益，而并联电阻会降低滤波器的高频增益;滤波电容支路串联电阻也会降低滤波器的高频增益，而并联电阻不会影响高频和低频增益，但会带来很大的损耗.［6-8］有源阻尼则是通过改进控制算法，即引入滤波电感或滤波电容的电压或电流内环来构造一种虚拟阻抗以抑制谐振，该方法不需要其他无源元件，所以不存在功率损耗问题.本文分析了采用网侧电感电流作为外环、滤波电容电流作为内环的双闭环控制策略，引入电容电流内环构造的虚拟阻抗来增加系统的阻尼，以抑制谐振的发生，并用网侧电感电流外环直接控制并网电流，以保证进网电流的高功率因数.1 系统控制结构分析图1为含有LCL滤波器的单相并网逆变器的主电路.其中，Udc为直流输入电压;iL1为逆变器侧输出电流;iC为滤波电容电流;iL2为电网侧输出电流;UGrid为电网电压.为了便于分析，忽略电感和电容的电阻.图1 LCL型单相并网逆变器主电路示意本文设计了一个1 kW/220 V的单相逆变器模型.开关频率 fs=20 kHz，直流电压Udc=400 V.LCL 滤波器的参数为 L1=3 mH，C=5 μF，L2=2 mH.［7-8］为了分析谐振问题，首先对单相LCL并网逆变器采用网侧电感电流单环直接控制，其控制框图如图2所示.由图2可以得到进网电流iL2与PI输出的I(s)之间的传递函数为:式中:Kpwm——逆变器等效比例环节，Kpwm=400.在PI控制器后加入电容电流内环控制，其控制框图如图3所示.图2 iL2直接闭环控制示意由图3可以得到进网电流iL2与PI输出的I(s)之间的传递函数为:根据式(1)和式(2)分别画出幅频特性曲线，如图4所示.由图4可以看出，当采用网侧电流直接控制时，系统在谐振频率处会产生一个很大的尖峰，而加入电容电流内环控制后，有效地抑制了尖峰.由此可见，电容电流内环反馈可以增加系统阻尼，增强系统的稳定性.图3 入网电流和电容电流双闭环控制示意图4 幅频特性曲线2 系统稳定性及控制参数分析为分析电容电流内环对系统稳定性的影响，并选择相关的控制参数，由图3可以得到电容电流内环的传递函数为:根据式(3)画出电容电流iC反馈的调节器内环根轨迹如图5所示.从图5可以看出，无论内环增益KKpwm如何变化，系统的根轨迹始终在复平面的左半平面，因此基于电容电流iC反馈的调节器内环控制始终是稳定的.图5 电容电流iC反馈的调节器内环根轨迹根据式(3)还可以求得入网电流的开环传递函数特征方程阻尼系数为:由式(4)可知，内环反馈系数K越大，系统的阻尼越大，抑制谐振尖峰的效果更好.但是过大的阻尼会使系统的响应速度变慢.为了兼顾系统的阻尼效果和动态响应速度，在实际工程应用中一般取ξ=0.707.根据图3还可以得到系统的开环传递函数为:其根轨迹如图6所示.由图6可以看出，要使系统稳定运行，必须选择合适的调节器参数Kp和Ki，使系统的根轨迹在复平面的左半平面.图6 电流双闭环控制系统根轨迹由式(5)可以得到系统的闭环传递函数为:式中则闭环系统的特征方程为:根据劳斯稳定判据，［9-10］可求得系统稳定运行的条件如下:因此，合适的调节器参数能够保证系统的稳定运行.图7为入网电流和电容电流双闭环控制系统在Kp取不同值时的伯德图.由图7可以看出，Kp越小，则谐振尖峰值越小，但同时会降低系统的带宽，影响系统的动态响应速度.图7 双闭环控制系统Kp取不同值时的伯德图图8为入网电流和电容电流双闭环控制系统在Ki取不同值的伯德图.图8 双闭环控制系统Ki取不同值时的伯德图从图8可以看出，Ki越大，则谐振尖峰值越小，但同时会降低系统的相角裕度，从而影响系统的稳定性.综合以上分析，本文的PI调节器的参数取值分别为:Kp=0.5;Ki=1 200.3 仿真分析为了验证本文控制策略的正确性及良好的稳态和动态性能，利用PSIM9.0仿真软件对该系统进行仿真分析.图9为采用单电感滤波并网逆变器的并网电流和电网电压缩小5倍的波形.由图9可以看出，进网电流含有较大的高频谐波分量，单电感L滤波器的高频滤波效果较差.图9 单电感滤波的并网逆变器仿真波形图10为Kp=0.5，Ki=1 200时的电流双闭环控制的稳态仿真波形，可以看出并网电流和电网电压同频同相，功率因数接近1.与图9相比，双闭环控制的并网电流的谐波含量明显减少.图10 Kp=0.5和Ki=1 200时的电流双环控制仿真波形图11为Kp=1.6，Ki=1 200时的电流双闭环控制的稳态仿真波形.由式(9)可知系统临界稳定的Kp值为1.6，临界稳定的并网电流波形与图9的正常稳定并网电流波形相比，不再是圆滑的正弦波，而是出现了大量的毛刺.此时，若继续增大Kp 的值，系统将会变得不稳定而出现振荡.图11 Kp=1.6和Ki=1 200时的电流双环控制仿真波形图12和13分别为逆变器从满载到半载和从半载到满载的动态仿真波形.图12 逆变器满载到半载的动态仿真波形图13 逆变器半载到满载的动态仿真波形由图12和图13可知，系统在负载突变的情况下，仍然能维持稳定运行，且具有较快的动态响应速度.4 结语本文采用并网电流和电容电流双闭环控制策略对并网电流进行直接控制，较传统的并网电流单环控制而言，相当于引入了虚拟阻抗来增加系统阻尼，从而抑制了谐振，增加了系统的稳定性.仿真结果也表明，该策略可有效抑制进网电流谐振，并且具有较高的入网电流功率因数和良好的稳态性能.参考文献:【相关文献】［1］刘杨华，吴政球，涂有庆，等.分布式发电及其并网技术综述［J］.电网技术，2008，32(15):71-76.［2］赵清林，郭小强，邬伟扬.单相逆变器并网控制技术研究［J］.中国电机工程学报，2007，27(16):60-64.［3］ BUENO E J，ESPINOSA F，RODRIGUEZ F J，et al.Current control of voltage source converters connected to the grid through an LCL-filter［C］.IEEE PESC，Aachen，Germany，2004:68-73.［4］ XUE Yaosuo，CHANG Liuchen.Closed-loop SPWM control for grid-connected buck-boost inverters［C］.IEEE 35th Annual Power Electronics Specialists Conference，2004:3 366-3 371.［5］ SAKHARE A，DAVARIA，FELIACHIA.Fuzzylogic control of fuel cell for stand-alone and grid connection［J］.Journal of Power Sources，2004，135(1-2):165-176.［6］ ERICKSON R W，MAKSIMOVIC D.Fundamentalsof powerelectronics［M］.Norwell:MA:Kluwer，2001:331-408.［7］ KARSHENAS H R，SAGHAFI H.Basic criteria in designing LCL filters for grid connected converters［C］.IEEE ISIE，Montreal，Canada，2006:1 996-2 000.［8］ KARSHENAS H R，SAGHAFI H.Performance investigation of LCL filters in grid connected converters［C］.IEEE Transmission ＆ Distribution Conference and Exposition，Dallas，USA，2006:1-6.。
关于symmetric电流镜结构bandgap的一些理解ReturnToInnocence
关于symmetric电流镜结构bandgap的一些理解ReturnToInnocence最近看到看到谈及所谓的 symmetric current-voltage mirror 结构的 bandgap 的一篇论文，刚好以前有看到一些类似的方法，这里试着谈谈自己的一些理解。
下图中是基本的电流镜结构的bandgap ，中间的pmos 电流镜使流过两个pnp 的电流相等，下面的一对nmos 将左侧的pnp 的Vbe 与右侧的Vres + Vbe 设为相同电压，故此有论文将此结构叫做current-voltage mirror。
这一简单的bandgap 的主要问题是不对称的Vds 导致电流的失配和电压的失配，通常的改善方法是利用 cascode 来减小 Vds 的差异，这里也可以用另一方法来加以改善，同样也是钳制 Vds 电压的思路。
在上图中，在原来的电流镜左侧加了一个支路，通过下面的replica bias 方法使电路的电流相等，上面的 pmos 的 Vgs 就将电流镜左边 pmos 的 Vds 钳位到 Vgs ，从而使其 Vds 与电流镜右侧 pmos 相同，改善了此 bandgap 的性能。
（注意这里两个 PNP 管和电阻的位置与之前的结构的差别，主要是现在正反馈的环路不在current-voltage mirror 内部，而在这个新增的电流支路）考虑上面新增支路的耗电，我们可以考虑将其电流复用，使其合并到原来电流镜中，同时为保证电流相等，在电流镜右侧也加上相同的电流支路，这样可以得到下面的电路这就是一种 symmetric current-voltage mirror 的结构，实际上我们也可以将中间的current-voltage mirror 看成一个放大器，其输出 Vc 控制外面两个 pmos 电流源，左侧 nmos 的源极为放大器的正输入端，右侧 nmos 的源极为放大器的负输入端。
通过这样的理解，也可以得到这种结构的一个变形，即是将中间nmos 对的 gate 也作为等效的放大器的输入端，如下图所示。
基于双重二阶广义积分虚拟阻抗的并联逆变器控制
基于双重二阶广义积分虚拟阻抗的并联逆变器控制彭春华;熊鑫;潘蕾;黄志敏【摘要】虚拟阻抗控制在并联逆变器控制中得到了广泛应用,但是会带来电压降落的问题,并且虚拟阻抗法需要对输出电流求导,使得系统对输出电流噪声和非线性负载很敏感.为解决此间题,提出一种基于双重二阶广义积分器(dual-second order general integrator,DSOGI)的虚拟阻抗模型,该模型避免了对输出电流求导,降低了对输出电流的敏感度,从而较好地抑制了输出电流中的噪声,并降低了非线性负载对系统的影响;同时可减少电压降落和抑制系统间的环流,改善了系统的电能质量.对逆变器并联控制系统进行了应用对比分析,结果验证了基于DSOGI虚拟阻抗模型的有效性.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2016(049)009【总页数】8页(P152-159)【关键词】虚拟阻抗控制;双重二阶积分器;非线性负载;逆变器并联【作者】彭春华;熊鑫;潘蕾;黄志敏【作者单位】华东交通大学电气与自动化工程学院,江西南昌330013;华东交通大学电气与自动化工程学院,江西南昌330013;东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室,江苏南京210096;国网江西上犹县供电有限公司,江西上犹341200【正文语种】中文【中图分类】TM715由于环境恶化问题和能源枯竭问题日趋严重，可再生能源发电等分布式电源受到越来越多的关注。
微电网可整合分布式发电单元、电力网络和终端用户之间的关系，优化和提高新能源利用效率，已成为国内外的研究热点［1-5］。
在线路呈阻性或者阻感性的低压微电网中，常规下垂控制系统常常不稳定，并难以实现对电能质量的控制，为此有很多改进方法［6-8］，其中虚拟阻抗控制法已被广泛研究。
为使线路呈感性，文献［9］提出的下垂控制方法采用一种虚拟电抗与虚拟发电机相结合，但该方法存在电压降落的问题；文献［10］提出一种改进微源虚拟阻抗下垂控制策略，将虚拟阻抗等效为虚拟同步发电机电抗，利用虚拟阻抗压降实现微源输出电压的下垂特性，减小了微源的电压跌落。