微网逆变器无互联线并联控制技术

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摘 要：微网逆变器传统下垂控制中因逆变器输出阻抗以及线路阻抗的差异无法实现有功功率无功功率解耦控制，对此本文提出了一种新的基于虚拟阻抗的下垂控制方法，将其等效输出阻抗设计成为感性，可以符合P-F和Q-V控制策略实施的要求。仿真结果表明，基于虚拟阻抗的下垂控制方法可以有效的实现对有功功率和无功功率的均分以及各逆变器之间的均流。

关键词：微网；虚拟阻抗；下垂控制；并联系统

0引言

下垂控制技术是电力系统中广泛使用的一种控制方法。当逆变器输出阻抗呈感性时，逆变器输出的频率和幅值同逆变器输出的有功功率和无功功率呈下垂特性，从而实现均流控制。文献[1]中表示因为只需要检测自身的功率，避免了DG单位之间的通信关系，并联系统具有很高的可靠性。文献[2]中的下垂控制采用P-f和Q-V控制实现传统发电机之间有功功率和无功功率的解耦控制。但文献[3]表明下垂控制的前提是线路阻抗呈纯感性或纯阻性，然而，文献[4]指出在低电压微电网中线路电阻通常大于其电抗，导致了微电源有功功率和无功功率分配不均。为了使逆变器输出阻抗呈感性，本文采用 “虚拟阻抗”的控制方法实现对有功功率和无功功率的均分。

1下垂控制基本原理分析

三相逆变器无互联线并联工作系统框图如图1所示，逆变器1根据输出电压及电流计算本模块的有功功率P、无功功率Q，然后对频率给定及幅值给定进行调节，最后通过电压电流闭环控制，实现下垂并联控制。

图2为两台逆变器并联等效电路，图中 ，I01，I02为逆变器输出的电压和电流幅值，I0为流经负载的电流。U为公共母线处电压，Z1，Z2为线路阻抗，Z0为逆变器负载阻抗。逆变器输出电流

从公式（4）和公式（5）中可以看出，有功功率P和相位 、无功功率Q和幅值E之间是呈对应关系的。因此，可以通过有功功率调节相位、无功功率调节幅值实现逆变器并联。这就是下垂并联控制的基本原理，其下垂控制方

（9）

因此当线路阻抗发生变化时传统的下垂控制方法已无法实现功率的均分，因此需要引入虚拟阻抗这一概念。

2 虚拟阻抗的基本原理

图3为虚拟阻抗的闭环控制框图，其原理为通过功率控制计算输出功率P和Q经下垂控制得到参考电压Uoref，然后计算输出电流Io在虚拟阻抗上的压降，然后用参考电压Uoref减去虚拟阻抗的压降即为输出参考电压U*。

其中ZD（S）是未加虚拟阻抗时逆变器等效输出阻抗。在式（12）中如果足够大那么系统等效输出阻抗将会呈感性，由此可见加入虚拟阻抗的双闭环控制能满足下垂控制的条件。

3仿真分析

为验证虚拟阻抗的有效性，利用MATLAB/Simulink软件中搭建两台无互联线逆变器并联仿真模型进行仿真实验，仿真结果如图4-7所示。在0 - 0.2 s时逆变器1单独为负载供电，0.2 - 0.4 s时为两台逆变器共同为负载供电。其中图4、图5为采用传统的下垂并联控制得到的结果，由波形可以看出，当线路阻抗不平衡时采用传统的控制方法，有功功率和无功功率不能被精确均分。而图6、图7采用虚拟阻抗法得到的仿真结果，加入虚拟阻抗使逆变器输出阻抗呈感性。仿真结果表明，当采用虚拟阻抗法的无互联线下垂并联控制方法时，能很好地实现逆变器之间的均流，并且有功功率和无功功率能被很好地均分，解决微网并联系统传统下垂控制的这一缺陷。

4结论

本文分析了传统下垂控制的基本原理和其局限性，并通过采用虚拟阻抗的控制方法将其等效输出阻抗设计成为感性从而实现幅值、频率与有功和无功之间的解耦，以达到功率均分的目的。仿真结果表明，采用虚拟阻抗的下垂控制方法可以有效的实现功率均分和个逆变器之间的均流，且不受线路阻抗不平衡的影响。

参考文献

[1]郭津.基于网络控制及功率下垂控制的三相逆变器并联系统的研究[D].浙江大学[硕士学位论文]，2012.

[2]阚加荣，谢少军，吴云亚. 无互联线并联逆变器的功率解耦控制策略[J].中国电机工程学报，2008，28（21）：41-45.

[3]徐宏.微网中逆变器并联控制策略研究[D].合肥工业大学[硕士学位论文]，2013.

[4]冯锋，段善旭，康勇.逆变器无互联线并联的均流控制策略[J].电力电子技术，2003，37（5）：40-71.