学术简报｜基于坐标变换的微源逆变器虚拟复阻抗功率分配方法
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华北电力大学河北省分布式储能与微网重点实验室、国网河北省电力有限公司检修分公司的研究人员张波、李冬雪、颜湘武、黄毅斌、王德胜，在2019年《电工技术学报》增刊1上撰文指出，微电网中线路的阻抗特性与微源逆变器的功率解耦控制、环流抑制、电能质量等问题密切相关。
针对传统虚拟阻抗控制容易引起公共连接点电压幅值跌落、控制鲁棒性差以及线路电阻漂移造成系统失稳等不足，提出基于坐标变换的微源逆变器虚拟复阻抗功率分配方法，通过引入虚拟复阻抗控制环实现并联运行的微源逆变器功率输出的精确解耦以及等效线路阻抗的匹配，从而使得负荷功率按微源逆变器容量比例进行精确分配。仿真和实验结果验证了所提控制方法的有效性。
近年来，越来越多的分布式电源（Distributed Generation, DG）通过并网逆变器等电力电子设备接入到传统电力系统中，通过对分布式接入的微源逆变器控制，可以实现负荷合理分配和系统冗余。
有学者指出在现有的多微源逆变器并联运行控制技术中，基于逆变器输出下垂特性的无互连线控制方式是最为常见的。然而，微网中各台并网逆变器等效输出阻抗特性之间存在差异，所造成的功率耦合和功率环流等问题直接影响到微源逆变器的下垂控制效果。
有学者提出了虚拟功率法，通过坐标变换可以实现虚拟功率的解耦：研究指出，当负荷功率过度变化超出微源功率吞吐极限时会影响系统的稳定运行，并提出了相应的下垂限幅控制算法；研究应用虚拟坐标变换下垂控制策略，实现了微电网由并网模式至孤岛模式的平滑切换，但由于各并联运行的逆变器输出阻抗和线路阻抗存在差异，实际的功率分配效果甚至不及传统下垂控制策略。
针对低压微电网中线路输出阻抗一般呈阻性这一问题，有学者指出采用闭环控制策略的逆变器，其输出阻抗不仅受滤波参数和线路参数的影响，还与控制器控制参数密切相关，通过控制器控制参数的合理设计可以使逆变器输出阻抗表现为纯感性，从而实现了并联运行的分布式电源之间无通信连接的下垂功率分配。但控制器控制参数的调节范围有限，应在保证逆变器输出性能的前提下进行适当调节，当线路较长且阻性成分较大时，该方法的控制效果将受到很大影响。
有学者提出了逆变器虚拟阻抗控制技术，通过设置虚拟阻抗使得逆变器的输出阻抗表现为纯感性或纯阻性，实现有功功率和无功功率之间的解耦，从而应用下垂或反下垂控制以平衡压降，减少环流。
其中，研究通过引入正虚拟电阻以增大逆变器等效输出阻抗的电阻分量，同时引入的虚拟感抗为负值，呈容性，可降低逆变器输出阻抗中固有的感性电抗分量，从而使逆变器输出阻抗在工频下呈纯阻性，并在此基础上给出相应的反下垂控制方法.
有学者通过设置虚拟阻抗使得系统输出阻抗呈感性，该虚拟阻抗包括虚拟负电阻（Virtual Negative Resistance, VNR）和虚拟正电感（Virtual Positive Inductance, VPI），VNR用于抵消线路阻性成分的影响，VPI用来增大逆变器等效输出阻抗的感性电抗分量，进而实现功率解耦控制以及功率有效分配。
但是，实际线路电阻分量受所在地区环境因素与自身温度的影响，设置虚拟负电阻与线路电阻相等，使系统处于临界稳定状态，尤其在线路电阻漂移小于虚拟负电阻时，系统将运行于不稳定的状态。由系统闭环传递函数的根轨迹可直观地看出，在其右半平面出现一对共轭极点，且线路阻抗越小，极点距离虚轴越远，系统稳定性越差。
针对这个问题，有学者提出了一种改进的VNR，使“虚拟负电阻”在基频处不变，而在非基频段降低，增大了非基频频段的系统阻尼，扩大了系统稳定范围，但减小的虚拟负阻抗可能引起某种程度上的功率耦合。
与现有虚拟阻抗控制策略增大系统等效输出阻抗的电抗分量来抵消线路电阻的影响不同，本文通过设计虚拟复阻抗来控制并联逆变器的等效输出阻抗，实现多逆变器并联输出阻抗相匹配，减小功率环流并维持公共连接点（Point of Common Coupling, PCC）的电压稳定；然后通过坐标变换实现虚拟功率解耦控制，保证系统稳定可靠运行，实现并联微源逆变器之间的功率精确解耦分配；最后基于动态相量法建立了系统的小信号模型，并给出了系统稳定性的根轨迹分析结果。
仿真和实验结果验证了上述控制策略能有效地实现并联逆变器有功功率和无功功率的解耦控制及功率精确分配。
图4 含虚拟复阻抗的电容电流反馈控制结构
图10 逆变器整体控制结构
1）通过坐标变换以实现功率解耦的方法在逆变器并联系统中无法解决线路阻抗不匹配造成的环流问题。传统虚拟阻抗法在实现功率解耦前提下，匹配并联系统线路阻抗可以实现功率按逆变器容量比例分配，但同时会造成PCC的电压跌落。
2）通过建立基于动态相量法的系统小信号模型，分析虚拟阻抗取值对系统的稳定性的影响，指出当线路电阻漂移到小于虚拟负电阻时，系统闭环极点出现在右半平面导致系统失稳，虚拟负电阻取值越小系统稳定裕度越大。
3）提出了基于坐标变换的虚拟复阻抗功率分配方法，利用虚拟复阻抗灵活可控的特性，实现并联微源逆变器功率输出的精确解耦以及等效线路阻抗的匹配，不仅使负荷功率有效地按微源逆变器容量比例进行分配，提高了并联系统稳定性，而且解决了PCC电压跌落及并联逆变器功率环流的问题。