摘要：为了保证逆变器的输出阻抗与线路阻抗相对应，在逆变器的控制策略中引入了虚电阻阻抗。分析了参数对集成电路电压变换器输出阻抗的影响，只要变换器运行稳定，增加电压环的积分系数就可以使阻抗电压变换器的输出力。对微网等效电路的分析表明，通过设置逆变器的输出电压幅值，可以调节逆变器的有功输出功率;通过设置逆变器的频率，可以调节逆变器的无功输出功率。
关键词：低压微电网；逆变器；分布式电源；输出阻抗；线路阻抗
基于下垂控制的并联逆变器技术由于减少了对通信可靠性的依赖，在微电网中得到了广泛的应用。根据传统的下垂法，各并联逆变器的系统阻抗是纯感性，且有功角和有功电压近似解耦关系。但是在实际的系统中，尤其是在低压的情况下，由于线路阻抗主要是电阻，逆变器的系统阻抗大多呈现电阻复阻抗的特点，并且功率耦合增强，使得系统的控制性能变差。
一、微电网结构
如图1所示低压微电网的典型结构。
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如图1所示，微电网由多个能量分配系统组成，为光伏电池、燃料电池、风力涡轮机、零排放能源等新能源提供能量。由于分布式电源系统的地理分布，使得分布式电源与本地总线之间存在一定的距离，导致本地总线之间存在一定的线路阻抗，如图Zlinei所示。ZLG是电网中电路的阻抗。当电网处于正常状态时，静止开关K关闭，微网接通。网络失效时，K断开，微网独立运行。
二、微电网中逆变器的控制策略
表1不同电压水平下的典型线路参数。
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表１不同电压等级下的典型线路参数
从表1可以看出，低压线路的线路阻抗主要是电阻性的。如果逆变器的输出阻抗是电感式的，则需要对逆变器进行功率解耦控制。但由于单个逆变器与本地总线之间的阻抗匹配困难，所以解耦控制无法完全消除各逆变器之间的功率误差。如果逆变器的输出阻抗与线路阻抗匹配，逆变器的输出功率可以通过简单的下垂特性来控制。
1.变频器电阻输出阻抗的设计。图2显示了基于虚拟阻抗的转换器控制策略。
图２基于虚拟阻抗的逆变器控制策略
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图2显示:由于电感电流环的内部主要功能是消除和LC谐振峰,电感电流跟踪精度不高,内部配有扣比例调节器;除了外环路和内环路的瞬时电压外，还引入了一个电阻虚拟阻抗，有效地提高了变换器输出阻抗的电阻分量。在图2中，L和C分别为转换器的滤波电感和滤波电容;R是引入的虚拟阻抗;KVP和kvi分别为张力环的比例系数和积分系数;Kip是电流回路的比例系数;KPWM是转换器基波的等效放大;Ci、iL、io分别为转炉滤波电容、滤波电感和充电电流;Uo为变频器输出电压;Uref是转换器的参考电压。采用图2所示的控制策略，变频器的输出电压为:
（１）
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其中
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式中：ＺO是逆变频器的输出阻抗。系统特征方程为:
（２）
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变换器电压回路的积分系数kvi对变换器的输出阻抗有很大的影响。根据变频器稳定运行的要求，确定了一组变频器运行参数:KVP=1,KPWM=33.3,kip=1，输出电压频率50Hz，开关频率FSW=20kHz,L=1mh,C=30μF。由式(2)可知，虚拟阻抗R对换向系统的稳定性没有影响，而变换器电压回路的积分系数对系统的稳定性有影响;因此，首先需要确定转换器稳定运行时kvi值的范围。当kvi从0到20000时，逆变器系统的闭环特征根a的情况如图3所示。
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图３逆变器闭环系统根轨迹
从图3可以看出，系统在10000 kvi以下是稳定的。图4显示了变频器在kvi和R变化时的性能趋势。从图4(a)可以看出，电压回路的积分系数越大，转换器的输出电压就越精确地跟随参考电压，两者之间的相位差就越小。从图4(b)可以看出:在引入虚拟阻抗后，随着积分系数的增大，变换器输出阻抗幅值逐渐接近虚拟阻抗R。图4(c)显示，在没有虚拟阻抗的情况下，当积分系数增加时，输出阻抗接近敏感负载;加入虚拟阻抗后，当积分系数增大时，输出阻抗接近电阻负载。电阻后，随着积分系数的增大，变换器输出阻抗幅值逐渐接近虚拟阻抗R。图4(c)显示，在没有虚拟阻抗的情况下，当积分系数增加时，输出阻抗接近敏感负载;加入虚拟阻抗后，当积分系数增大时，输出阻抗接近电阻负载。
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图４参数变化对逆变器性能的影响
在环积分系数保证系统稳定性的前提下，虚拟阻抗可以使变换器输出阻抗具有抵抗力，但也可以使变换器输出电压的外部特性更加灵活。选R=0.3Ω,因此kvi=3000逆变,此时输出阻抗Zo=0.32∠20°Ω情感成分,此值低与表1中所示的典型低压电气线路阻抗、调频调幅、无功功率逆变器可以简单劳动的控制。
2.逆变器基于下降特性的并行网络控制策略。当转换器的输出阻抗和线路阻抗具有电阻时，用于微网络操作的等效电路。Ｕ∠０°微电网并网模式下的电压,Ｕ∠０°是，当电力孤岛运行逆变器并联运行Ｕｉ∠φｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）为变频器i的输出电压，其中φｉ为变频器i与发电机的相位差;ｒｉ是变频器i的输出阻抗和变频器与发电机之间的线路阻抗之和。根据变频器输出的有功功率Pi和无功功率Qi:
（３）
式中：ｉ＝１，２，…，ｎ。对式（３）求微分得到：
（４）
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由式(3)可知，变频器输出电压振幅为可以调节转换器的有功输出功率，也可以调节转换器与母线之间的相位差，以调节转换器的无功输出功率。一般来说，变频器的相位调整是通过改变频率来实现的。因此，在变频器双回路控制的基础上，采用了变形控制策略，即:
（５）
（６）
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式中：和分别为变频器i的电压参考幅值和频率参考值，对微网络中的所有变频器单元均为相等;和Pi分别为变频器i的有功功率参考值和实际输出值;Qi为变流器i出口的无功功率;无功功率参考值一般为0;Kdvi和kdfi分别为变频器i的振幅系数和频率系数，其中kdfi为负;Umin是转换器的最小参考电压;Fmax为转换器的最大参考频率;Pmaxi和Qmaxi分别是有功功率和无功功率转换器的最大i。倾角系数具体变频器也保证一个稳定的运行,并根据这两个值的比例稳定运行、式(6)计算。系数的大小功率转换器的倾角不同功率微电源对应并不统一并且很满意；
（７）
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式中:i,j=1,2，…，n振幅和频率转换器的输出电压,以改变振幅频率基准和基线值电压回路的变形特征,并利用数据由式(5)为了解决转向网络转换器的输出功率。当微网处于孤岛模式时，微网各分布式电源的逆变器并行工作。电压环电压的幅值和频率的参考值是固定的，通过变形特性的作用，每个转换器根据其额定功率获得总负载的合理分布。在这种模式下，转换器不再在标称工作点工作，而是在特征变形曲线上的一个点工作。
设计了低压微系统逆变器控制策略。这种控制策略具有以下特点。不需要与其他逆变器通信。在保证变频器稳定运行的前提下，较高的电压回路积分系数可以使变频器输出阻抗采用虚拟阻抗控制策略。当变频器输出阻抗和线路阻抗为电阻时，变频器在微网络中的有功输出功率由振幅调节，无功功率由频率调节。
参考文献：
[1]林善勇．UPS无互联线并联中基于解耦控制的下垂特性控制方案[J]．中国电机工程学报，2018，23(12)：120-125．
[2]张海．微网中三相逆变器无互连线并联新型下垂控制策略[J]．中国电机工程学报，2018，31(33)：68-74．