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近年來，越來越多的分布式電源（Distributed Generation, DG）通過并網(wǎng)逆變器等電力電子設(shè)備接入到傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，通過對分布式接入的微源逆變器控制，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷合理分配和系統(tǒng)冗余。

有學(xué)者指出在現(xiàn)有的多微源逆變器并聯(lián)運(yùn)行控制技術(shù)中，基于逆變器輸出下垂特性的無互連線控制方式是最為常見的。然而，微網(wǎng)中各臺并網(wǎng)逆變器等效輸出阻抗特性之間存在差異，所造成的功率耦合和功率環(huán)流等問題直接影響到微源逆變器的下垂控制效果。

有學(xué)者提出了虛擬功率法，通過坐標(biāo)變換可以實(shí)現(xiàn)虛擬功率的解耦：研究指出，當(dāng)負(fù)荷功率過度變化超出微源功率吞吐極限時(shí)會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并提出了相應(yīng)的下垂限幅控制算法；研究應(yīng)用虛擬坐標(biāo)變換下垂控制策略，實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)由并網(wǎng)模式至孤島模式的平滑切換，但由于各并聯(lián)運(yùn)行的逆變器輸出阻抗和線路阻抗存在差異，實(shí)際的功率分配效果甚至不及傳統(tǒng)下垂控制策略。

針對低壓微電網(wǎng)中線路輸出阻抗一般呈阻性這一問題，有學(xué)者指出采用閉環(huán)控制策略的逆變器，其輸出阻抗不僅受濾波參數(shù)和線路參數(shù)的影響，還與控制器控制參數(shù)密切相關(guān)，通過控制器控制參數(shù)的合理設(shè)計(jì)可以使逆變器輸出阻抗表現(xiàn)為純感性，從而實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)運(yùn)行的分布式電源之間無通信連接的下垂功率分配。但控制器控制參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍有限，應(yīng)在保證逆變器輸出性能的前提下進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，當(dāng)線路較長且阻性成分較大時(shí)，該方法的控制效果將受到很大影響。

有學(xué)者提出了逆變器虛擬阻抗控制技術(shù)，通過設(shè)置虛擬阻抗使得逆變器的輸出阻抗表現(xiàn)為純感性或純阻性，實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率之間的解耦，從而應(yīng)用下垂或反下垂控制以平衡壓降，減少環(huán)流。

其中，研究通過引入正虛擬電阻以增大逆變器等效輸出阻抗的電阻分量，同時(shí)引入的虛擬感抗為負(fù)值，呈容性，可降低逆變器輸出阻抗中固有的感性電抗分量，從而使逆變器輸出阻抗在工頻下呈純阻性，并在此基礎(chǔ)上給出相應(yīng)的反下垂控制方法.

有學(xué)者通過設(shè)置虛擬阻抗使得系統(tǒng)輸出阻抗呈感性，該虛擬阻抗包括虛擬負(fù)電阻（Virtual Negative Resistance, VNR）和虛擬正電感（Virtual Positive Inductance, VPI），VNR用于抵消線路阻性成分的影響，VPI用來增大逆變器等效輸出阻抗的感性電抗分量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)功率解耦控制以及功率有效分配。

但是，實(shí)際線路電阻分量受所在地區(qū)環(huán)境因素與自身溫度的影響，設(shè)置虛擬負(fù)電阻與線路電阻相等，使系統(tǒng)處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，尤其在線路電阻漂移小于虛擬負(fù)電阻時(shí)，系統(tǒng)將運(yùn)行于不穩(wěn)定的狀態(tài)。由系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)的根軌跡可直觀地看出，在其右半平面出現(xiàn)一對共軛極點(diǎn)，且線路阻抗越小，極點(diǎn)距離虛軸越遠(yuǎn)，系統(tǒng)穩(wěn)定性越差。

針對這個(gè)問題，有學(xué)者提出了一種改進(jìn)的VNR，使“虛擬負(fù)電阻”在基頻處不變，而在非基頻段降低，增大了非基頻頻段的系統(tǒng)阻尼，擴(kuò)大了系統(tǒng)穩(wěn)定范圍，但減小的虛擬負(fù)阻抗可能引起某種程度上的功率耦合。

與現(xiàn)有虛擬阻抗控制策略增大系統(tǒng)等效輸出阻抗的電抗分量來抵消線路電阻的影響不同，本文通過設(shè)計(jì)虛擬復(fù)阻抗來控制并聯(lián)逆變器的等效輸出阻抗，實(shí)現(xiàn)多逆變器并聯(lián)輸出阻抗相匹配，減小功率環(huán)流并維持公共連接點(diǎn)（Point of Common Coupling, PCC）的電壓穩(wěn)定；然后通過坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)虛擬功率解耦控制，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)微源逆變器之間的功率精確解耦分配；最后基于動態(tài)相量法建立了系統(tǒng)的小信號模型，并給出了系統(tǒng)穩(wěn)定性的根軌跡分析結(jié)果。

仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了上述控制策略能有效地實(shí)現(xiàn)并聯(lián)逆變器有功功率和無功功率的解耦控制及功率精確分配。

圖4 含虛擬復(fù)阻抗的電容電流反饋控制結(jié)構(gòu)

圖10 逆變器整體控制結(jié)構(gòu)

總結(jié)

• 1）通過坐標(biāo)變換以實(shí)現(xiàn)功率解耦的方法在逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中無法解決線路阻抗不匹配造成的環(huán)流問題。傳統(tǒng)虛擬阻抗法在實(shí)現(xiàn)功率解耦前提下，匹配并聯(lián)系統(tǒng)線路阻抗可以實(shí)現(xiàn)功率按逆變器容量比例分配，但同時(shí)會造成PCC的電壓跌落。
• 2）通過建立基于動態(tài)相量法的系統(tǒng)小信號模型，分析虛擬阻抗取值對系統(tǒng)的穩(wěn)定性的影響，指出當(dāng)線路電阻漂移到小于虛擬負(fù)電阻時(shí)，系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)出現(xiàn)在右半平面導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)，虛擬負(fù)電阻取值越小系統(tǒng)穩(wěn)定裕度越大。
• 3）提出了基于坐標(biāo)變換的虛擬復(fù)阻抗功率分配方法，利用虛擬復(fù)阻抗靈活可控的特性，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)微源逆變器功率輸出的精確解耦以及等效線路阻抗的匹配，不僅使負(fù)荷功率有效地按微源逆變器容量比例進(jìn)行分配，提高了并聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定性，而且解決了PCC電壓跌落及并聯(lián)逆變器功率環(huán)流的問題。