摘 要：針對孤島微電網(wǎng)中所存在的因負(fù)載投切、不平衡負(fù)載等擾動(dòng)造成的電能質(zhì)量問題以及因線路阻抗不匹配造成的無功不均分問題，提出一種基于殘差生成器的暫穩(wěn)態(tài)性能補(bǔ)償控制策略?；谀孀兤鞑⒙?lián)系統(tǒng)中各逆變器的狀態(tài)空間模型設(shè)計(jì)殘差生成器，產(chǎn)生殘差r （s），并通過低通和高通濾波器生成基波殘差和非基波殘差；然后，從擾動(dòng)和線路壓降對消的角度設(shè)計(jì)暫態(tài)補(bǔ)償控制器Q1 （s） 和穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償控制器Q2 （s），并根據(jù)本地信息推導(dǎo)兩個(gè)控制器的具體表達(dá)式，實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)抑制和逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的無功均分，抑制環(huán)流，并補(bǔ)償線路壓降；最后實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所提策略的有效性。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；逆變器；電能質(zhì)量；擾動(dòng)抑制；無功；殘差；環(huán)流

中圖分類號(hào)：TM71 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

近年來，隨著中國“雙碳”目標(biāo)的提出，分布式可再生能源的高比例滲透已成為勢在必行的趨勢［1-2］。新能源的規(guī)模化開發(fā)降低了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，因此，微電網(wǎng)的興起勢在必行。在微電網(wǎng)中，新能源通常通過逆變器實(shí)現(xiàn)接入，因此，研究逆變器并聯(lián)問題具有極其重要的意義［3-4］。

但是，低慣性的逆變器易使負(fù)載投切以及三相不平衡等擾動(dòng)出現(xiàn)在系統(tǒng)中對微網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行產(chǎn)生危害［5-6］。針對上述系統(tǒng)中的擾動(dòng)問題，已有研究提出一種可利用殘差生成器的擾動(dòng)補(bǔ)償策略來增強(qiáng)微網(wǎng)的抗干擾能力，然而，該方法需引入二次補(bǔ)償控制器，從而增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性［7-9］。此外，還有研究提出一種不平衡電壓補(bǔ)償控制方法，可有效抑制抑制不平衡負(fù)載產(chǎn)生的擾動(dòng)，但該方法并未考慮負(fù)載的投切情況［10］。

線路阻抗差異導(dǎo)致的無功分配不均的問題不是傳統(tǒng)下垂控制能解決的［11-13］。為彌補(bǔ)由于線路阻抗差異引起的無功分配誤差，文獻(xiàn)［14-15］對下垂控制進(jìn)行改良，克服了傳統(tǒng)下垂的缺陷，能均分負(fù)荷功率，但同時(shí)也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性；文獻(xiàn)［16］同樣對下垂控制進(jìn)行優(yōu)化，對無功進(jìn)行同步補(bǔ)償，使無功按容分配，但未考慮逆變器不同容量的情況；文獻(xiàn)［17-19］對虛擬阻抗進(jìn)行優(yōu)化，使其能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)虛擬阻抗的不足，使無功均分，但未解決線路壓降問題。

基于以上問題，本文提出一種基于殘差生成器的暫穩(wěn)態(tài)性能提升補(bǔ)償策略。無需提取擾動(dòng)信息和負(fù)載電流，直接使用各逆變器的殘差生成器生成殘差，并通過低通和高通濾波器生成基波殘差和非基波殘差。然后，從擾動(dòng)和線路壓降對消的角度設(shè)計(jì)暫態(tài)補(bǔ)償控制器和穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償控制器，只利用本地信息推導(dǎo)兩個(gè)控制器的具體表達(dá)式，抑制了負(fù)載投切、三相不平衡等產(chǎn)生的擾動(dòng)電流，提升了系統(tǒng)無功分配的精度以及彌補(bǔ)了線路上的壓降。

1 基于下垂控制的逆變器并聯(lián)模型

假設(shè)微電網(wǎng)中有n 臺(tái)并聯(lián)的逆變器，等效拓?fù)淙鐖D1 所示，DG（distributed generation）指分布式發(fā)電，VSC（voltagesource converter）指電壓源換流器。

圖1 中，第i 臺(tái)逆變器的微分方程為：

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證本文所提并聯(lián)系統(tǒng)暫穩(wěn)態(tài)性能提升補(bǔ)償策略的有效性，以4 臺(tái)并聯(lián)逆變器拓?fù)錇槔?，基于固緯公司開發(fā)的PEK-530 逆變器平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖8 所示。逆變器實(shí)物平臺(tái)由示波器、直流電壓源、DSP 輔助電源、燒錄器、逆變器和交流負(fù)載構(gòu)成。圖8 中有4 臺(tái)并聯(lián)的逆變器，結(jié)構(gòu)相同且參數(shù)相等，采用DSP28335 芯片作為主控制器進(jìn)行調(diào)制，采用XDS100V3 型號(hào)燒錄器進(jìn)行程序下裝。

為展示本文所提控制策略的優(yōu)越性，將對具有相同參數(shù)不同控制策略的并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行比較，控制策略包括傳統(tǒng)下垂控制和分散式暫穩(wěn)態(tài)性能提升補(bǔ)償控制。本實(shí)驗(yàn)中所用各逆變器的參數(shù)見表1。

4.1 負(fù)載投切

4 臺(tái)逆變器并聯(lián)運(yùn)行，在t0 時(shí)刻，負(fù)載的有功功率增加400 W。在t1 時(shí)刻，負(fù)載的有功功率減少400 W。當(dāng)分別采用不加暫態(tài)補(bǔ)償（無殘差控制）和加暫態(tài)補(bǔ)償控制（有殘差控制）策略時(shí)，并聯(lián)逆變器母線三相電壓的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。

由圖9 可知，在負(fù)載投切時(shí)，在不加暫態(tài)補(bǔ)償（無殘差控制）的情況下，母線電壓被擾動(dòng)電流所影響，負(fù)載切入時(shí)母線電壓調(diào)節(jié)時(shí)間為0.06 s，負(fù)載切出時(shí)母線電壓調(diào)節(jié)時(shí)間為0.04 s。而在加暫態(tài)補(bǔ)償控制（有殘差控制）后，擾動(dòng)電流被抑制，擾動(dòng)電流對各母線電壓的影響降低，負(fù)載切入時(shí)母線電壓調(diào)節(jié)時(shí)間變?yōu)?.046 s，負(fù)載切出時(shí)母線電壓調(diào)節(jié)時(shí)間變?yōu)?.032 s，調(diào)節(jié)時(shí)間減小。

4.2 不平衡負(fù)載

負(fù)載的a 相和b 相都接入20 Ω 電阻，c 相開路。當(dāng)分別采用不加暫態(tài)補(bǔ)償（無殘差控制）和加暫態(tài)補(bǔ)償控制（有殘差控制）策略時(shí)，微電網(wǎng)母線三相電壓及其不平衡度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10 所示。

由圖10 可知，當(dāng)含有不平衡負(fù)載時(shí)，在不加暫態(tài)補(bǔ)償策略（無殘差控制）下，由于擾動(dòng)電流的影響，母線電壓會(huì)不平衡，不平衡度為4.8%。而加入暫態(tài)補(bǔ)償策略（有殘差控制）后，補(bǔ)償了擾動(dòng)電流，母線電壓不平衡度為1.9%，不平衡度減小。

4.3 線路阻抗不匹配

4 臺(tái)額定容量之比為1∶1∶1∶1 的逆變器并聯(lián)運(yùn)行，線路阻抗之比為3∶1∶1∶1，負(fù)荷的無功功率是400 var。當(dāng)分別采用傳統(tǒng)下垂控制（無參差控制）和分散式穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償控制（有殘差控制）策略時(shí)，并聯(lián)逆變器輸出的無功功率和母線d 軸電壓的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11 所示。

由圖11 可知，當(dāng)線路阻抗不匹配時(shí)，在傳統(tǒng)下垂控制（無參差控制）下，各逆變器輸出的無功分別為70、110、110和110 var，無功不均分，線路上的壓降導(dǎo)致母線d 軸電壓為18 V 不等于理想控制值20 V。而在分散式穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償控制（有殘差控制）下，各逆變器的線路阻抗都得到有效補(bǔ)償，基本抵消了線路對無功功率和母線電壓的影響，此時(shí)各逆變器輸出的無功均為100 var，無功均分，母線d 軸電壓為20 V 等于理想控制值。

5 結(jié) 論

本文提出一種基于殘差生成器的暫穩(wěn)態(tài)性能補(bǔ)償策略，提升了逆變器并聯(lián)系統(tǒng)無功分配的精度和抗擾動(dòng)能力，抑制了環(huán)流，并能補(bǔ)償線路上的壓降。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得出，所提控制策略能有效抑制線路阻抗不匹配對逆變器輸出無功功率分配的影響和補(bǔ)償線路壓降，可有效抑制因負(fù)載投切和不平衡負(fù)載產(chǎn)生的擾動(dòng)，提高系統(tǒng)的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，減小了母線電壓的波動(dòng)以及環(huán)流。

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