微电网单逆变器的下垂控制特性

微电网单逆变器的下垂控制特性

曾珍珍

国网安徽省电力有限公司六安供电公司 安徽省六安市 237000

摘要：微电网基本上都是多逆变器并联的模式，为了更好地研究逆变器的控制特性，需要掌握微电网单逆变器的控制性能，本文详细分析了单逆变器的功率传输特性和线路阻抗对于控制的影响，验证了微电网这种低压系统的功率解耦前提条件。

关键词：微电网；单逆变器；控制特性

引言：微电网的迅速发展，需要多个逆变器并联以扩大容量来满足负荷的需求，因此，对于微电网单逆变器的控制特性分析就成为后续研究的基础。本文主要分析了单逆变器的功率传输特性和线路阻抗对于控制的影响，这为以后微电网多逆变器的研究奠定了基础。

1 单逆变器的功率传输特性

传统的 控制不适用于低压的微电网系统，因此，需要详细的分析 控制的特性，为微电网寻求合适的 控制策略。图1.1是根据实际结构得到的一个简化的 控制功率传输模型，图1.2根据图1.1得到的对应相量图。其中，逆变器输出端电压 经过等效阻抗 后并入到外电网或者传输到负载，向其输送功率 和 。其中等效阻抗 是滤波器的阻抗、线路阻抗和逆变器的内阻阻抗之和， 是逆变器输出端电压和并网电压的相角差^[1]。

图1.1 简化的功率传输模型

图1.2 功率传输向量图

根据 定律，可得功率 和 分别为公式(1.1)、(1.2)所示。

(1.1)

(1.2)

式(1.1)、(1.2)中 。

若 ， 。

表1.1依次列出了高、中、低压线路的相关参数，根据表3.1所列参数，可以将公式(3.1)、(3.2)进行相应的简化。

表1.1 典型线路阻抗参数

当处于高压线路环境时， ， ，线路呈感性，则式子(1.1)、(1.2)可以化简为公式(1.3)、(1.4)。

(1.3)

(1.4)

假设相角 ，则有 ， ，那么公式(1.3)、(1.4)可化简为公式(1.5)、(1.6)。

(1.5)

(1.6)

由式子(1.5)、(1.6)可得，当把并网电压近似看作恒定值时，有功 将正比于相角差 ，无功 将正比于电压差 。这种关系类似于下垂特性曲线的原理^[2]，由此可以写出其方程式为(1.7)、(1.8)。

(1.7)

(1.8)

式(1.7)、(1.8)中的 、 和 以及 分别表示频率、电压和有功以及无功的初始值。 、 分别表示对应的控制系数，并且 和 。可以看出整个控制是通过负反馈来实现的，当其中的变量发生变化时，控制系统会通过自身的负反馈机制达到一个新的平衡状态^[2]。

相对应的，当处于低压线路环境时， ， ，线路呈阻性，则式子(1.1)、(1.2)可以化简为公式(1.9)、(1.10)。

(1.9)

(1.10)

同理可得到对应的 控制方程公式(1.11)、(1.12)。

(1.11)

(1.12)

式(1.11)、(1.12)中变量的含义与式(1.7)、(1.8)中一样，也是通过负反馈原理来实现整个控制。而微电网正是这种低压呈阻性的系统，这为虚拟阻抗控制研究奠定了基础。

2线路阻抗对于控制的影响

从前面的分析可知，系统本身阻感性对于 控制影响较大，对于逆变器的等效输出阻抗，其中线路的阻抗对其等效阻抗的影响极大，因此必须分析线路阻抗对于控制的影响。当线路为低压或者中压线路时，会使得有功和无功功率出现耦合，这样就导致控制交叉影响，功率不能按照比例分配；此外线路阻抗的不平衡还会导致电压降不一致，这样进一步影响无功功率甚至本地负荷^[3]。

由于 控制适合于呈感性的高压系统环境，下面主要以线路阻抗呈感性即 来分析，将公式(1.3)、(1.4)中的功率 和 依次对功角 和电压 求相应的偏导数，可得公式(2.1)、(2.2)、(2.3)、(2.4)^[4]。

(2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

对式子(2.1)、(2.2)、(2.3)、(2.4)进行分析可知，有功 不仅与相角有关还与电压有关，无功功率也一样。然而，当满足 且 即 时，可以实现有功无功的解耦，那么式子(2.1)、(2.2)、(2.3)、(2.4)分别可以简化为式子(2.5)、(2.6)、(2.7)、(2.8)。

(2.5)

(2.6)

(2.7)

(2.8)

从上面的公式可知，要保证功率解耦必须满足一定的前提条件，否则功率容易存在耦合，并且会使得控制存在交叉影响的现象，对系统容易产生非常不利的后果^[5]。

3总结

微电网的阻感性对于下垂控制影响极大，本文分析了低压微电网中下垂控制出现的耦合现象和微电网中线路的阻抗对于下垂控制的影响，研究了微电网单逆变器功率解耦的前提条件，为以后微电网多逆变器的研究奠定了基础。

【参考文献】

[1]张潮. 离网模式下逆变器接口的控制策略[D]. 浙江: 浙江大学, 2015.

[2]王成山. 微电网分析与仿真理论[M]. 北京: 科学出版社, 2013.

[3]Yun-Wei Li, Ching-Nan Kao. An Accurate Power Control Strategy For Power-Electronics-Interfaced Distributed Generation Units Operating in a Low-Voltage Miltibus Microgrid[J]. IEEE Transations on Power Electronics, 2009, vol24, No.12, pp. 2977-2988, Dec. 2009.

[4]黄杏. 微网系统并离网特性与控制策略研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2013.

[5]关雅娟, 邬伟扬, 郭小强. 微电网中三相逆变器孤岛运行控制技术[J]. 中国电机工程学报, 2011(33): 52-60.