負荷按容分配的無線並聯逆變系統收斂性分析

南昌航空大學資訊工程學院、科華恆盛股份有限公司、欽州學院物理與電子工程學院的研究人員劉斌、盧雄偉、熊勇等，在2015年第21期《電工技術學報》上撰文，對於非同等功率等級的逆變器無線並聯系統而言，因為均分系統負荷可能導致小容量逆變器無法工作，所以必須讓負荷按照正比於逆變器模組容量的方式實現分配。

圍繞下垂控制原理，通過對輸出電壓幅值和頻率進行收斂性分析，推匯出逆變負荷按容分配的充分條件，這一充分條件對下垂控制係數的確定具有很好的指導作用。此外，通過引入虛擬阻抗法和雙環調節器，搭建了由兩臺不同容量的逆變器組成的微電網系統。最後通過模擬和實驗驗證了該理論分析的有效性。

一方面，隨著國民經濟的發展，電力需求也在迅速增長，但一味地擴大電網規模不能滿足電力供應的要求。另一方面，20世紀60年代的幾次大型停電事故引發了科研人員對分散式發電系統潛在效益的重視。分散式電源儘管優點突出，但是它相對於電網而言是一個不可控源，微電網便是在這種環境下應運而生的。

它從系統角度出發將分散式電源、負荷、儲能裝置及控制裝置等模組看成一個單一可控的單元，既可以與電網聯網執行，也可以在電網出現故障或系統需要脫網時與主網斷開單獨執行。微電網的這種靈活可排程性，使得它可以成為未來大型電網的有力補充和有效支撐，也正因為如此，近年來關於微電網的研究引起了社會和學術界的廣泛關注。

在微電網控制策略中，最常見的有三種。即在併網執行時採用PQ控制，在孤島執行時採用V/f控制或者下垂（droop）控制。由於本文側重考慮的是微電網孤島執行時的負荷分配問題，而基於單個V/f微電源主從控制方式對主控電源的容量要求較高，整個微電網對主電源依賴性過高，因此最終選用基於下垂控制的微電源對等控制方式作為本文負荷分配的控制策略。

此外，依據逆變器之間是否存在互聯線，可以將逆變器並聯技術分成有互聯線並聯和無互聯線並聯兩大類，前者因為有互聯線的存在而限制了逆變器模組之間的距離，相比而言無互聯線並聯技術具有更好的發展前景。其中，實現無互聯線並聯技術[7-8]的關鍵是按照輸出電壓幅值和頻率與輸出功率之間的下垂特性來調節系統給各逆變器模組所分配的負荷。

在國內關於無互聯線並聯技術的研究大多集中在同等功率等級的逆變器，這種傳統並聯技術要求系統實現功率均分。對於非同等功率等級的逆變器無線並聯技術而言，因為均分系統負荷可能導致小容量逆變器無法工作，所以必須讓負荷按照正比於逆變器模組容量的方式實現分配，這是這兩年來微電網研究的一個熱點。國外相關的結論不多，國內就更少，遠未達到完善的地步。

本文在介紹微電網結構和下垂控制原理的基礎上。首先通過對輸出電壓幅值和頻率的收斂性分析推匯出系統穩定的臨界條件。然後，在系統控制器設計中，介紹了虛擬阻抗法和雙環調節器。針對整流非線性負載引起的電壓畸變問題，本文采用準諧振調節器進行諧波補償。

最後，為驗證以上結論與策略的正確性，本文利用Matlab/Simulink進行了模擬，並搭建了由兩臺不同容量逆變器組成的實驗平臺。實驗結果表明，通過調整下垂係數和虛擬阻抗可以較好地實現按逆變器容量分配負荷的目標。

圖1 微電網結構

結論

本文圍繞功率下垂控制原理對逆變器並聯系統的按容分配負荷問題展開了討論。首先，通過對輸出電壓幅值和頻率進行的收斂性分析，推匯出系統穩定的臨界條件。然後引入虛擬阻抗環和雙環調節器構建一個微電網系統的模擬平臺對理論分析進行了相關驗證，從圖7中4組波形的對比可知，單個分散式電源電壓幅值收斂的條件為有功下垂係數小於臨界值，單個分散式電源電壓頻率收斂的條件為無功下垂係數小於臨界值。

此外針對整流非線性負載引起輸出電壓畸變問題，本文采用準諧振調節器進行諧波補償，圖8中的2組模擬波形可以說明補償效果。最後搭建的實驗平臺也對模擬結果進行了相應的驗證。

本文轉自d1net（轉載）