逆變電源模塊無互聯(lián)線并聯(lián)均流控制機理研究

逆變電源的并聯(lián)均流控制技術(shù)是SPWM逆變電源實現(xiàn)模塊化的技術(shù)基礎(chǔ)，逆變電源的并聯(lián)技術(shù)已歷經(jīng)集中控制、主從控制和分散邏輯控制幾個階段發(fā)展到無互聯(lián)線均流控制階段。本項目將探索如何利用逆變電源模塊并聯(lián)后環(huán)流產(chǎn)生的機理和特征，僅根據(jù)各模塊自身參數(shù)的檢測與調(diào)整實現(xiàn)各模塊間的同步與均流，為逆變電源模塊化技術(shù)的應用與發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

針對VCM-VSC 和CCM-VSC 控制特點，研究適用于這2 種接口變流器的無互聯(lián)線潮流控制，以期實現(xiàn)潮流在基于這2 種接口變流器的DR 間的合理分配。

1、適用于VCM-VSC 的下垂控制

假設(shè)線路阻抗為感性(目前VSC 常采用LCL 濾波器，因為網(wǎng)側(cè)電感的存在，假設(shè)一般成立或者可通過虛擬阻抗的設(shè)計來保證)，VCM-VSC 常采用P-ω、Q-U 下垂控制來實現(xiàn)VCM-VSC 之間的有功

與無功功率分配。其控制方程為：

式中ω_V、U_V，

式中下標數(shù)字含義同圖2。

可見，合理設(shè)置下垂系數(shù)，即可實現(xiàn)有功與無功功率的按需分配。常采用按DR 系統(tǒng)容量設(shè)置下垂系數(shù)。且下垂系數(shù)需滿足以下條件：

式中：Δω 和ΔU 分別為系統(tǒng)允許的最大角頻率和電壓幅值偏差；P_maxV 和Q_maxV 分別為每個單元允許輸出的最大有功和無功功率值。

2、適用于CCM-VSC 的倒下垂控制

基于 VCM-VSC 的下垂控制思想，適用于CCM-VSC 的倒下垂控制方法來實現(xiàn)CCM-VSC 之間的有功與無功功率分配。該類CCM-VSC 分為2 種形式：

1）采用ω-P、U-Q 倒下垂控制。

該類方法可應用于CCM-VSC 有功和無功功率調(diào)節(jié)能力不受DR 系統(tǒng)一次資源(如光伏、風電系統(tǒng))環(huán)境條件的限制，如可再生能源過剩，DR 處于限功率運行工況，可以在限定的功率范圍內(nèi)自由調(diào)配的情況。該方法控制方程為

式中ω_g、U_g，

穩(wěn)態(tài)時，微電網(wǎng)系統(tǒng)工作于同一頻率，忽略線路壓降，則CCM-VSC 檢測的網(wǎng)側(cè)母線電壓約等于微電網(wǎng)交流母線電壓，若

式中下標數(shù)字含義同圖2。

可見，合理設(shè)置倒下垂系數(shù)，即可實現(xiàn)有功與無功功率按需分配。

針對同時含有VCM-VSC 和CCM-VSC 的微電網(wǎng)，穩(wěn)態(tài)時系統(tǒng)工作于同一角頻率，即ω_g=ω_V。忽略線路阻抗壓降，則理想工況下，有U_g=U_V 成立。若需實現(xiàn)同等容量的VCM-VSC 和CCM-VSC 均載分配，則只需預設(shè)

2）有功功率按照DR 一次資源特性分配，無功功率按照剩余容量倒下垂控制運行。當CCM-VSC 用于可再生能源時，為了最大化能源利用，常采用最大功率點跟蹤控制。因此有功功率輸出受限于當前DR 系統(tǒng)一次資源。同時，在視在功率一定的情況下，該系統(tǒng)當前具有的無功儲備也隨著有功功率的變化而變化。令S_C 為系統(tǒng)額定視在功率，P_MPPT 為系統(tǒng)當前最大功率點，則DR系統(tǒng)的無功儲備為:

為了減小儲能系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)壓力，實現(xiàn)潮流在系統(tǒng)內(nèi)的合理分配，提出了一種分布式多變流器型微電網(wǎng)無互聯(lián)線潮流控制。針對VCM-VSC 和CCM-VSC 控制特點，提出了適用于CCM-VSC 的倒下垂控制來實現(xiàn)CCM-VSC 間的功率分配，并通過合理設(shè)置CCM-VSC 倒下垂系數(shù)與VCM-VSC 下垂系數(shù)實現(xiàn)潮流在基于這2 種接口變流器的DR 間的合理分配。同時， 為了改善VCM-VSC 和CCM-VSC 間功率分配精度，提出虛擬阻抗與自適應空載電壓結(jié)合法。最后，通過實時硬件在環(huán)仿真平臺驗證了所提控制策略的正確性與可行性。結(jié)果表明， 功率能夠按照需求在VCM-VSC 和CCM-VSC 間合理分配，減小了VCM-VSC 功率調(diào)控壓力，且分配精度較高。

采用的虛擬阻抗與自適應空載電壓結(jié)合法暫僅考慮線路阻抗或虛擬阻抗設(shè)置為感性工況，其他工況可類比分析。在今后工作中分析多種線路阻抗和虛擬阻抗設(shè)置時的功率分配情況，以更好滿足實際工程應用的多種需求。

逆變電源應用及其廣泛，逆變電源的模塊化并聯(lián)運行是提高供電系統(tǒng)可靠性及容量的重要手段，研究高效的逆變器并聯(lián)技術(shù)有著極為重要的意義。本項目針對逆變電源模塊化并聯(lián)系統(tǒng)提高功率密度與可靠性的迫切需求而開展環(huán)流暫態(tài)特性的研究。對采用電壓、電流雙環(huán)瞬時值反饋控制的逆變器所構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng)，建立其環(huán)流的瞬態(tài)數(shù)學模型，研究環(huán)流的暫態(tài)特性及諧波特性，研究磁路耦合對三相逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中瞬態(tài)環(huán)流的影響機理，研究虛擬并機阻抗及瞬時均流控制的實現(xiàn)技術(shù)。通過這些研究工作，可系統(tǒng)地揭示環(huán)流的暫態(tài)特性及其抑制機理，并最終實現(xiàn)可靠、高效、切實可行的虛擬并機阻抗與瞬時均流相結(jié)合的控制方法，使得單相及三相逆變器并聯(lián)系統(tǒng)在性能及功率密度等方面得到大幅度的提高。為逆變器高效并聯(lián)系統(tǒng)的分析與設(shè)計提供理論依據(jù)。 2100433B