獨立微電網并聯逆變器下垂控制策略研究

韓可

摘 要：針對獨立微電網并聯逆變器的控制策略的研究，本文基于下垂控制模式的獨立微電網并聯逆變器的控制策略。首先，介紹了獨立微電網并聯逆變器的典型結構；其次，通過比較常用的幾種微電網并聯逆變器控制模式的優缺點及適用范圍，提出了基于下垂控制模式的獨立微電網并聯逆變器控制策略，并給出了基于下垂控制模式的獨立微電網并聯逆變器控制框圖；最后，基于MATLAB/Simulink仿真平臺進行了下垂控制模式的獨立微電網并聯逆變器控制策略的仿真驗證，通過仿真驗證表明提出的下垂控制策略有效性。

關鍵詞：獨立微電網；下垂控制模式；典型結構；仿真驗證

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

0 引言

獨立微電網系統是由分布式電源單元、變流器控制單元、負載及保護裝置等構成的小型發配電系統。作為新能源利用的有效形式，獨立微電網可以有效地協調分布式電源與大電網之間的矛盾，實現可再生能源的有效利用。而作為能量轉換的核心裝置，獨立微電網變流器控制模式的選擇將對獨立微電網的穩定運行產生重要影響。因此，開展獨立微電網并聯逆變器控制策略的研究，對于促進可再生能源的進一步發展具有重要意義。

在獨立微電網并聯逆變器的控制過程中，通常采用對通訊可靠性依賴較低的下垂控制模式[1]。作為獨立微電網并聯控制關鍵技術的下垂控制模式，其下垂系數的設計直接影響逆變器并聯的均流效果及動態響應。下垂系數與逆變器輸出阻抗和線路阻抗密切相關。采用不同的電壓外環和電流內環的雙環控制策略，得到的逆變器輸出阻抗值不同。因此，改進下垂控制方法被提出。文獻[2]提出了基于電壓電流雙環控制的下垂控制方法，并通過仿真證明了提出控制策略的可行性；文獻[3]提出了基于虛擬功率的下垂控制法，通過把實際有功功率和無功功率轉換成虛擬功率，對傳統下垂控制法進行修正。但文獻指出了其缺陷并提出了基于虛擬頻率/電壓的下垂控制法，然而這種方法要求并聯逆變器具有相同的轉換角，實現難度較大。

針對獨立微電網并聯逆變器的控制策略的研究，本文基于下垂控制模式的獨立微電網并聯逆變器的控制策略。首先，介紹了獨立微電網并聯逆變器的典型結構；其次，通過比較常用的幾種微電網并聯逆變器控制模式的優缺點及適用范圍，提出了基于下垂控制模式的獨立微電網并聯逆變器控制策略，并給出了基于下垂控制模式的獨立微電網并聯逆變器控制框圖；最后，基于MATLAB/Simulink仿真平臺進行了下垂控制模式的獨立微電網并聯逆變器控制策略的仿真驗證，通過仿真驗證表明提出的下垂控制策略有效性。

1 獨立微電網結構

獨立微電網主要由分布式電源單元、逆變器單元、濾波單元以及負載構成。由兩臺逆變器并聯而構成的獨立微電網的系統結構圖如圖1所示。為了研究方便，本文將分布式電源單元等效為直流恒壓源。

2 常用的微電網并聯逆變器控制模式

獨立微電網變流器控制模式是決定獨立微電網系統能否孤島穩定運行以及能否實現快速并網的關鍵技術。逆變器作為新能源發電并網或向負載供應能量的關鍵裝置。其逆變器控制模式的好壞將影響分布式電源發電的電能質量。常用的微電網并聯逆變器控制模式包括PQ控制、恒壓頻比V/f控制和下垂控制三種。三種控制模式各有自己的優缺點和適應范圍。三種控制模式比較如表1所示。

3 獨立微電網并聯逆變器下垂控制模式

基于表1中的三種控制模式的比較，本文采用下垂控制模式進行獨立微電網變流器的控制。獨立微電網逆變器控制過程如下：采集經并聯逆變器輸出的三相電壓和三相電流，將采集到的三相電壓和三相電流進行abc/dq0變換之后經過功率計算模塊進行有功功率和無功功率的計算，將計算得到的功功率和無功功率進行下垂控制模塊得到下垂控制電壓；經電壓外環和電流內環雙環控制后經過PWM模塊，得到控制逆變器開通或關斷的驅動信號。

4 仿真驗證

為驗證所提出的獨立微電網并聯逆變器下垂控制模式的有效性，基于Matlab/Simulink仿真平臺建立如圖2所示的獨立微電網并聯逆變器的仿真模型，仿真時間為1s，其運行結果如下圖所示。

如圖3所示，獨立微電網系統并聯逆變器輸出的頻率穩定在49.9～50.05Hz之間，輸出的三相正弦波的電壓幅值為311V，滿足獨立微電網模式下負載的用電需求。同時，獨立微電網系統輸出的有功功率為15.8kW，獨立微電網系統輸出的無功功率為0Var，輸出的三相正弦電流幅值為37A。通過仿真波形可以看出，本文所提出的下垂控制模式能夠有效的應用在獨立微電網并聯變流器的控制中。

5 結束語

本文對于基于下垂控制模式的獨立微電網并聯逆變器的控制策略進行了研究，網并聯逆變器控制模式的優缺點及適用范圍，提出了基于下垂控制模式的獨立微電網并聯逆變器控制策略，并給出了基于下垂控制模式的獨立微電網并聯逆變器控制框圖；最后，基于MATLAB/Simulink仿真平臺進行了下垂控制模式的獨立微電網并聯逆變器控制策略的仿真驗證，通過仿真驗證表明提出的下垂控制策略能夠維持獨立微電網系統電壓和頻率的穩定，證明了本文提出的基于下垂控制模式的獨立微電網并聯逆變器控制策略的有效性。

參考文獻：

[1]張慶海，彭楚武，陳燕東，金國彬，羅安.一種微電網多逆變器并聯運行控制策略[J].中國電機工程學報，2012，32（25）.

[2]王玉梅，劉然，陳征.基于雙環控制的微電網運行控制策略的研究[J].電源技術，2012，31（10）.

[3]楊濤，趙興勇，王帥.基于反饋阻抗的微電網下垂控制策略[J].電網與清潔能源，2015，31（10）：34-38.