学术︱微网逆变器的改进鲁棒下垂多环控制
湖南大学国家电能变换与控制工程技术研究中心的研究人员王逸超、罗安、金国彬，在2015年第22期《电工技术学报》上撰文，对于孤岛模式下的逆变器，其等效输出阻抗和连线阻抗差异对功率分配和环流抑制的影响较大。
鲁棒下垂控制虽然可以减小阻抗差异对功率精确分配的影响，但在逆变器投入并联运行过程，存在冲击电流大、过渡时间长的不足，影响鲁棒下垂控制的实用化。
为此，以阻性线路阻抗为例，提出一种改进的鲁棒下垂多环控制方法，其由功率外环和电压、电流双环构成。电压、电流双环设计中，采用考虑负载影响的控制器参数设计方法，抑制负载变化对电容电流内环跟踪性能的不利影响。
功率外环通过引入阻性虚拟阻抗将逆变器的等效输出阻抗设计成阻性，提出一种改进的鲁棒下垂控制方法，与常规鲁棒下垂控制相比，可以改善逆变器的并机过程，减小并机冲击电流，加快并机过渡过程，实现平滑快速并机过渡。仿真与实验结果表明了所提理论的正确性和有效性。
微电网是在新能源分布式发电基础上新兴的前沿技术[1,2]，具备并网和孤岛两种运行模式。
当微电网在孤岛模式下运行时，带储能装置的逆变器成受控电压源，支持微电网的电压和频率。电压、电流双环控制[3-6]是主要的逆变器电压控制策略，其中电流内环可改善系统稳定性，提高系统动态响应和阻尼特性。电流内环反馈有反馈电容电流方式[3,4]和反馈电感电流方式[5,6]两种类型。相比反馈电感电流方式，反馈电容电流方式可提供更好的抗干扰能力[7]，但无法对逆变器进行限流保护。
随着虚拟阻抗法[8-11]在逆变器并联运行策略中的广泛应用，对逆变器的限流保护可通过判定连线阻抗电流实现，弥补了反馈电容电流方式的缺陷。孤岛模式下，当有多台逆变器共同为负载提供电压和频率支撑时，会存在环流问题，环流不仅影响逆变器运行效率，而且环流较大时，还可能引起过电流故障[8]。
模拟同步发电机运行特性的下垂控制法[9-11]虽然可以改善逆变器的功率分配控制，但分配效果与线路阻抗差异密切相关，当逆变器的参数、特性存在偏差或者物理连线阻抗存在差异时，均难以实现功率的精确分配和环流抑制[12-14]。
为了解决上述问题，文献[13-15]提出功率分配的鲁棒下垂控制策略，使逆变器的功率分配控制不受参数、特性偏差以及连线阻抗差异影响，具备较强的鲁棒控制性能，受到了广大学者的关注。然而，由于分布式电源要实现即插即用，平滑稳定的并机过渡过程是逆变器进入稳态过程的前提，因此，对鲁棒下垂控制的并机过渡过程进行分析及控制很有必要。
因此，本文提出一种改进的鲁棒下垂多环控制方法，其由功率外环和电压、电流双环构成。其中电压、电流双环采用基于电容电流的反馈设计，讨论了负载对电容电流内环带宽的影响，提出考虑负载影响的控制器参数设计方法，使电容电流内环在不同负载阻值下都有较好跟踪性能。
在功率外环设计中，通过引入阻性虚拟阻抗将逆变器的等效输出阻抗设计成阻性，针对当前鲁棒下垂控制在逆变器并机过渡过程存在的不足，提出了改进的鲁棒下垂控制，有效改善逆变器的并机过程，实现平滑快速并机过渡。仿真和实验验证了本文所提理论的有效性。
图1 微电网运行结构
结论
本文对孤岛模式下逆变器的并联运行策略进行了研究，提出一种改进的鲁棒下垂多环控制方法，包括电压、电流双环和功率外环两部分，并得到如下结论：
（1）采用电容电流内环反馈时，逆变器满载运行时电流内环带宽最小，而空载运行时电流内环带宽最大。电流内环控制器参数设计应确保最小电流内环带宽满足设计需求，从而使电流内环在不同负载阻值下都有较好跟踪性能，提高电流内环对负载扰动的鲁棒性。
（2）传统鲁棒下垂控制在并机过程由于输出电压暂态分量幅值大，衰减速度慢，存在冲击电流大、过渡时间长的不足。
（3）改进后的鲁棒下垂控制可以减小暂态分量幅值和加快暂态分量衰减，实现平滑快速的并机过渡，且同样具备良好的功率均分效果，仿真和实验验证了本文的结论。
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