逆变电源模块无互联线并联均流控制机理研究

逆变电源的并联均流控制技术是SPWM逆变电源实现模块化的技术基础，逆变电源的并联技术已历经集中控制、主从控制和分散逻辑控制几个阶段发展到无互联线均流控制阶段。本项目将探索如何利用逆变电源模块并联后环流产生的机理和特征，仅根据各模块自身参数的检测与调整实现各模块间的同步与均流，为逆变电源模块化技术的应用与发展奠定基础。

针对VCM-VSC 和CCM-VSC 控制特点，研究适用于这2 种接口变流器的无互联线潮流控制，以期实现潮流在基于这2 种接口变流器的DR 间的合理分配。

1、适用于VCM-VSC 的下垂控制

假设线路阻抗为感性(目前VSC 常采用LCL 滤波器，因为网侧电感的存在，假设一般成立或者可通过虚拟阻抗的设计来保证)，VCM-VSC 常采用P-ω、Q-U 下垂控制来实现VCM-VSC 之间的有功

与无功功率分配。其控制方程为：

式中ω_V、U_V，

式中下标数字含义同图2。

可见，合理设置下垂系数，即可实现有功与无功功率的按需分配。常采用按DR 系统容量设置下垂系数。且下垂系数需满足以下条件：

式中：Δω 和ΔU 分别为系统允许的最大角频率和电压幅值偏差；P_maxV 和Q_maxV 分别为每个单元允许输出的最大有功和无功功率值。

2、适用于CCM-VSC 的倒下垂控制

基于 VCM-VSC 的下垂控制思想，适用于CCM-VSC 的倒下垂控制方法来实现CCM-VSC 之间的有功与无功功率分配。该类CCM-VSC 分为2 种形式：

1）采用ω-P、U-Q 倒下垂控制。

该类方法可应用于CCM-VSC 有功和无功功率调节能力不受DR 系统一次资源(如光伏、风电系统)环境条件的限制，如可再生能源过剩，DR 处于限功率运行工况，可以在限定的功率范围内自由调配的情况。该方法控制方程为

式中ω_g、U_g，

稳态时，微电网系统工作于同一频率，忽略线路压降，则CCM-VSC 检测的网侧母线电压约等于微电网交流母线电压，若

式中下标数字含义同图2。

可见，合理设置倒下垂系数，即可实现有功与无功功率按需分配。

针对同时含有VCM-VSC 和CCM-VSC 的微电网，稳态时系统工作于同一角频率，即ω_g=ω_V。忽略线路阻抗压降，则理想工况下，有U_g=U_V 成立。若需实现同等容量的VCM-VSC 和CCM-VSC 均载分配，则只需预设

2）有功功率按照DR 一次资源特性分配，无功功率按照剩余容量倒下垂控制运行。当CCM-VSC 用于可再生能源时，为了最大化能源利用，常采用最大功率点跟踪控制。因此有功功率输出受限于当前DR 系统一次资源。同时，在视在功率一定的情况下，该系统当前具有的无功储备也随着有功功率的变化而变化。令S_C 为系统额定视在功率，P_MPPT 为系统当前最大功率点，则DR系统的无功储备为:

为了减小储能系统功率调节压力，实现潮流在系统内的合理分配，提出了一种分布式多变流器型微电网无互联线潮流控制。针对VCM-VSC 和CCM-VSC 控制特点，提出了适用于CCM-VSC 的倒下垂控制来实现CCM-VSC 间的功率分配，并通过合理设置CCM-VSC 倒下垂系数与VCM-VSC 下垂系数实现潮流在基于这2 种接口变流器的DR 间的合理分配。同时， 为了改善VCM-VSC 和CCM-VSC 间功率分配精度，提出虚拟阻抗与自适应空载电压结合法。最后，通过实时硬件在环仿真平台验证了所提控制策略的正确性与可行性。结果表明， 功率能够按照需求在VCM-VSC 和CCM-VSC 间合理分配，减小了VCM-VSC 功率调控压力，且分配精度较高。

采用的虚拟阻抗与自适应空载电压结合法暂仅考虑线路阻抗或虚拟阻抗设置为感性工况，其他工况可类比分析。在今后工作中分析多种线路阻抗和虚拟阻抗设置时的功率分配情况，以更好满足实际工程应用的多种需求。

逆变电源应用及其广泛，逆变电源的模块化并联运行是提高供电系统可靠性及容量的重要手段，研究高效的逆变器并联技术有着极为重要的意义。本项目针对逆变电源模块化并联系统提高功率密度与可靠性的迫切需求而开展环流暂态特性的研究。对采用电压、电流双环瞬时值反馈控制的逆变器所构成的并联系统，建立其环流的瞬态数学模型，研究环流的暂态特性及谐波特性，研究磁路耦合对三相逆变器并联系统中瞬态环流的影响机理，研究虚拟并机阻抗及瞬时均流控制的实现技术。通过这些研究工作，可系统地揭示环流的暂态特性及其抑制机理，并最终实现可靠、高效、切实可行的虚拟并机阻抗与瞬时均流相结合的控制方法，使得单相及三相逆变器并联系统在性能及功率密度等方面得到大幅度的提高。为逆变器高效并联系统的分析与设计提供理论依据。 2100433B