独立微电网并联逆变器下垂控制策略研究

韩可

摘 要：针对独立微电网并联逆变器的控制策略的研究，本文基于下垂控制模式的独立微电网并联逆变器的控制策略。首先，介绍了独立微电网并联逆变器的典型结构；其次，通过比较常用的几种微电网并联逆变器控制模式的优缺点及适用范围，提出了基于下垂控制模式的独立微电网并联逆变器控制策略，并给出了基于下垂控制模式的独立微电网并联逆变器控制框图；最后，基于MATLAB/Simulink仿真平台进行了下垂控制模式的独立微电网并联逆变器控制策略的仿真验证，通过仿真验证表明提出的下垂控制策略有效性。

关键词：独立微电网；下垂控制模式；典型结构；仿真验证

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.226

0 引言

独立微电网系统是由分布式电源单元、变流器控制单元、负载及保护装置等构成的小型发配电系统。作为新能源利用的有效形式，独立微电网可以有效地协调分布式电源与大电网之间的矛盾，实现可再生能源的有效利用。而作为能量转换的核心装置，独立微电网变流器控制模式的选择将对独立微电网的稳定运行产生重要影响。因此，开展独立微电网并联逆变器控制策略的研究，对于促进可再生能源的进一步发展具有重要意义。

在独立微电网并联逆变器的控制过程中，通常采用对通讯可靠性依赖较低的下垂控制模式[1]。作为独立微电网并联控制关键技术的下垂控制模式，其下垂系数的设计直接影响逆变器并联的均流效果及动态响应。下垂系数与逆变器输出阻抗和线路阻抗密切相关。采用不同的电压外环和电流内环的双环控制策略，得到的逆变器输出阻抗值不同。因此，改进下垂控制方法被提出。文献[2]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[3]提出了基于虚拟功率的下垂控制法，通过把实际有功功率和无功功率转换成虚拟功率，对传统下垂控制法进行修正。但文献指出了其缺陷并提出了基于虚拟频率/电压的下垂控制法，然而这种方法要求并联逆变器具有相同的转换角，实现难度较大。

针对独立微电网并联逆变器的控制策略的研究，本文基于下垂控制模式的独立微电网并联逆变器的控制策略。首先，介绍了独立微电网并联逆变器的典型结构；其次，通过比较常用的几种微电网并联逆变器控制模式的优缺点及适用范围，提出了基于下垂控制模式的独立微电网并联逆变器控制策略，并给出了基于下垂控制模式的独立微电网并联逆变器控制框图；最后，基于MATLAB/Simulink仿真平台进行了下垂控制模式的独立微电网并联逆变器控制策略的仿真验证，通过仿真验证表明提出的下垂控制策略有效性。

1 独立微电网结构

独立微电网主要由分布式电源单元、逆变器单元、滤波单元以及负载构成。由两台逆变器并联而构成的独立微电网的系统结构图如图1所示。为了研究方便，本文将分布式电源单元等效为直流恒压源。

2 常用的微电网并联逆变器控制模式

独立微电网变流器控制模式是决定独立微电网系统能否孤岛稳定运行以及能否实现快速并网的关键技术。逆变器作为新能源发电并网或向负载供应能量的关键装置。其逆变器控制模式的好坏将影响分布式电源发电的电能质量。常用的微电网并联逆变器控制模式包括PQ控制、恒压频比V/f控制和下垂控制三种。三种控制模式各有自己的优缺点和适应范围。三种控制模式比较如表1所示。

3 独立微电网并联逆变器下垂控制模式

基于表1中的三种控制模式的比较，本文采用下垂控制模式进行独立微电网变流器的控制。独立微电网逆变器控制过程如下：采集经并联逆变器输出的三相电压和三相电流，将采集到的三相电压和三相电流进行abc/dq0变换之后经过功率计算模块进行有功功率和无功功率的计算，将计算得到的功功率和无功功率进行下垂控制模块得到下垂控制电压；经电压外环和电流内环双环控制后经过PWM模块，得到控制逆变器开通或关断的驱动信号。

4 仿真验证

为验证所提出的独立微电网并联逆变器下垂控制模式的有效性，基于Matlab/Simulink仿真平台建立如图2所示的独立微电网并联逆变器的仿真模型，仿真时间为1s，其运行结果如下图所示。

如图3所示，独立微电网系统并联逆变器输出的频率稳定在49.9～50.05Hz之间，输出的三相正弦波的电压幅值为311V，满足独立微电网模式下负载的用电需求。同时，独立微电网系统输出的有功功率为15.8kW，独立微电网系统输出的无功功率为0Var，输出的三相正弦电流幅值为37A。通过仿真波形可以看出，本文所提出的下垂控制模式能够有效的應用在独立微电网并联变流器的控制中。

5 结束语

本文对于基于下垂控制模式的独立微电网并联逆变器的控制策略进行了研究，网并联逆变器控制模式的优缺点及适用范围，提出了基于下垂控制模式的独立微电网并联逆变器控制策略，并给出了基于下垂控制模式的独立微电网并联逆变器控制框图；最后，基于MATLAB/Simulink仿真平台进行了下垂控制模式的独立微电网并联逆变器控制策略的仿真验证，通过仿真验证表明提出的下垂控制策略能够维持独立微电网系统电压和频率的稳定，证明了本文提出的基于下垂控制模式的独立微电网并联逆变器控制策略的有效性。

参考文献：

[1]张庆海，彭楚武，陈燕东，金国彬，罗安.一种微电网多逆变器并联运行控制策略[J].中国电机工程学报，2012，32（25）.

[2]王玉梅，刘然，陈征.基于双环控制的微电网运行控制策略的研究[J].电源技术，2012，31（10）.

[3]杨涛，赵兴勇，王帅.基于反馈阻抗的微电网下垂控制策略[J].电网与清洁能源，2015，31（10）：34-38.