基于等效馈线的孤岛微网并联逆变器间环流抑制策略

★中国电工技术学会出品★

致力于产业界与学术界融合创新的品牌会议

①浏览会议通知，请戳下面标题 ☟

☞第二轮通知︱2018第十二届中国电工装备创新与发展论坛暨第八届电工技术前沿问题学术论坛

②参会注册，请长按识别下方二维码 ☟（先注册网站会员，然后提交报名信息）

摘要

同济大学电子与信息工程学院的研究人员张明锐、王佳莹等，在2018年第7期《电气技术》上撰文指出，孤岛微网中，三相并联逆变器间会因输出电压偏差及线路阻抗不匹配而产生环流。本文综合考虑了外接电感、本地负载和线路阻抗对环流的影响，提出了基于等效馈线的并联逆变器间环流抑制策略。

在下垂控制的参考电压中补偿等效馈线电压降，并通过动态虚拟复阻抗调节负载波动及逆变器间阻抗差异，以减弱线路阻抗固有阻性成分并提高其匹配精度。仿真研究表明，等效馈线阻抗计算能够反映网络参数的变化，含电压降补偿的下垂控制配合动态虚拟复阻抗调节，可有效抑制逆变器间环流，并提高功率分配精度。

逆变器作为分布式电源与微网的接口设备，承担着系统稳定运行与高质量供电的重要使命，逆变器并联是实现分布式电源并网和系统扩容的主要技术手段。

微网孤岛运行时，分布式电源并网系统可视为多台三相有源逆变器并联运行，并联逆变器间的环流问题不可忽视[1-2]。环流会使电力电子设备过热，降低其安全性能，同时使负载不按比例分配，降低系统传输效率[3]。因此，环流抑制策略的研究对分布式发电和微网的控制具有重要意义。

并联逆变器的线路阻抗和输出电压存在差异，是引起逆变器间环流的重要原因[3-4]。下垂控制是实现多逆变器并联的主要控制策略，受线路阻抗的影响，下垂控制在线路参数不匹配及线路电压降不可忽略时，不仅会增大环流，而且造成功率分配误差[5]。

文献[6]采用了Q-U下垂控制，以削弱线路阻抗对功率分配的影响。文献[7]根据负载功率的变化，将输出电压的粗调环节与下垂系数微调相结合，共同调节输出电压。考虑到并联逆变器的设计参数、连线阻抗以及闭环控制器参数存在差异，有学者提出利用虚拟阻抗模拟改善逆变器的输出阻抗特性[8]，以减小线路参数对环流的影响。然而，固定成比例的虚拟阻抗在负载波动时控制效果有限。

文献[9]利用遗传算法优化虚拟阻抗控制器参数，以提高功率分配精度。文献[10]建立了输出电流dq轴分量与虚拟阻抗的关系，以减弱逆变器等效输出阻抗差异，在逆变器输出阻抗和线路阻抗可忽略时有良好控制效果。

上述方案未考虑虚拟阻抗和传输线路上的电压降，文献[11]通过微网分层控制，利用集中式二级控制器恢复电压幅值，这要求控制器间进行较为复杂的通信，无法发挥下垂控制无需逆变器间通信互连线的优势。

本文提出一种基于等效馈线的并联逆变器间环流抑制策略。通过实时功率计算间接求得等效馈线阻抗，将各逆变器的外接电感、本地负载和传输线路阻抗差异归一化，并在下垂控制的参考电压中补偿等效馈线电压降。

基于等效馈线阻抗计算，本文设计的动态虚拟复阻抗可根据并联逆变器阻抗匹配原则动态调节，以适应负载波动及逆变器间线路阻抗差异，提高逆变器输出阻抗的匹配精度。最后，仿真搭建孤岛微网模型（future renewable electric energy delivery and management, FREEDM），验证所提控制策略的环流抑制效果。

图1  多环控制结构图

图4  多环控制框图

图5  FREEDM微网结构图

结论

本文针对孤岛微网中逆变器间环流的抑制策略进行研究，通过分析逆变器间环流产生的原因，提出基于等效馈线的下垂控制和动态虚拟复阻抗控制策略。

仿真表明，本文采用的逆变器控制策略和环流抑制方法，能有效抑制逆变器间环流。在微网孤岛运行时对负载突变和负载波动有较好的适应能力，并同时保证负载功率的精确分配。动态虚拟复阻抗控制提高了常规虚拟阻抗对线路参数及负载变化的适应性，对逆变器并网运行和微网孤岛运行控制具有参考意义。