学术简报︱孤岛下基于负序虚拟导纳的微网不平衡控制策略
国家能源主动配电网技术研发中心（北京交通大学）、北京电动车辆协同创新中心的研究人员吴学智、刘海晨、唐芬、刘京斗、武亮亮，在2019年第15期《电工技术学报》上撰文，分析了微网中电压控制模式变流器和电流控制模式变流器的并联负序等效电路，指出使用电压控制模式变流器加负序虚拟阻抗的方法来补偿负序电流会在公共耦合点引入负序电压。
基于微网中电流控制模式变流器的传统控制方法，提出了使用负序虚拟导纳的方法使用电流控制模式变流器来补偿负序电流的方法，将负序虚拟导纳与交流母线电压的负序分量相乘作为负序电流补偿指令并与正序电流指令叠加控制变流器输出。给出了一种基于电压不平衡度的动态调节负序虚拟电导的方法，降低了公共耦合点的电压不平衡度。与已有的使用比例积分控制器的计算方法对比，说明了该方法更符合微网“即插即用”的特点。通过仿真和实验证明了补偿策略的有效性。
微网作为一种新型的电网形式，由于其灵活智能的特点，成为许多国家未来电力发展的重点。微网是由分布式电源、负荷、储能单元和控制装置等组成的新型电网结构，与传统电网相比，微网通常更接近于负载，所以大大减小了能量在传输线上的损耗，而且分布式电源以燃料电池、光伏系统和风电作为能量来源，更加环保。
微网中通常存在两种运行模式的变流器：电压控制模式-电压源型变流器（Voltage Control Mode-Voltage Source Converter, VCM-VSC）和电流控制模式-电压源型变流器（Current Control Mode-Voltage Source Converter, CCM-VSC）。在孤岛运行时，由于缺乏来自大电网的频率和电压支撑，负荷的频率和电压需要VCM-VSC来进行支撑。图1为包含两种运行模式变流器的微网结构。
图1 包含两种模式变流器的微网结构
微网中不可避免地存在单相负荷，所以孤岛模式下的微网中存在负序电流，造成微网中变流器输出和公共耦合点（Point of Common Coupling, PCC）产生负序电压，从而影响微网变流器的控制，损坏家用电器的寿命。因此，IEEE的标准规定，电力系统三相供电不平衡度须低于2%。
为了使微网在不平衡负载下仍能确保较高的供电质量，有学者提出了使用并联有源滤波器的方法来补偿负序电流，但是需要增加额外电力电子设备，加大了系统的建设成本。而且由于单相负荷存在的位置多样，所以该方法并不实用。
有学者在VCM-VSC的控制中加入负序虚拟阻抗来使得负序电流在微源之间有序分配，并有效地抑制了系统的负序环流，但该方法会在VCM-VSC输出电压引入负序分量，从而影响PCC处的电能质量。
有学者提出自适应虚拟阻抗调节的方法，实现负序电流能在VCM-VSC之间精确分配，并且为了解决负序虚拟阻抗使VCM-VSC输出电压产生负序分量的问题，采用二次电压调节的方法，利用中央控制单元测量负荷节点的电压不平衡度并计算补偿项，最后以通信的方式将补偿项加入各个VCM-VSC，从而降低PCC处电压的负序分量。但是中央控制单元和通信线会使系统变得复杂，从而影响其工作的稳定性。
本文分析了利用VCM-VSC进行负序电流补偿的不足，并在此基础上提出了使用微网中CCM-VSC来参与补偿负序电流的方法。当需要补偿负序电流时，采用负序虚拟导纳的方式将CCM-VSC的负序输出导纳等效为电导。通过调节负序虚拟电导来控制输出负序电流大小，并给出了利用不平衡度来计算电导的方法。通过Matlab/Simulink仿真和实验验证了所提出方法的有效性。
图12 实验方法示意图
针对微网孤岛工况下大量单相负荷接入所造成的不平衡问题，本文提出了一种使用CCM-VSC来补偿微网中的负序电流的方法，分析了CCM-VSC的输出导纳特性和微网中VCM-VSC与CCM-VSC的并联等效电路。在控制中加入负序虚拟电导使得CCM-VSC输出的负序电流可调节，同时本文给出了根据不平衡度计算负序虚拟电导的方法。
通过CCM-VSC来补偿微网中的负序电流能够使得流过VCM-VSC的负序电流减小，从而使VCM-VSC的输出电压负序的含量降低，减小了PCC的不平衡度。最后通过仿真和实验验证了所提出补偿策略的有效性。