逆变器下垂控制参数

逆变器环流消除方法

环流只与电压矢量差和等效输出阻抗相关。要实现理想运行，消除环流达到各并联模块输出功率平衡的目的，就要从上述两个影响环流的因素着手。因此抑制环流的方法有如下两种：一是加大并机阻抗；二是降低电压矢量差。

1、加大并机阻抗

加大并机阻抗可以通过设置限流电抗器实现，同时静态开关上的固定电压降可以起到同样的作用，而且这些量并不是很大，因此可以在对输出电压影响不的前提下提高并联的可靠性。在有变压器隔离的并联系统中，可以利用变压器的漏抗作为限流电抗，也可以单独设置限流电抗器。

但是一方面要使并机阻抗足够大，使得并联运行时的环流小，另一方面出于小逆变器负载效应的考虑，则希望该阻抗越小越好，这样能够得到更好的输出电压波形。综合两方面考虑，限流电感的大小选取要折中。

虽然加大并机阻抗并不能彻底消除环流（实际上也没有方法真正能够彻底除环流），但这种方法简单可靠，并且能够达到相关的指标要求，因此仍然是环流抑制中最重要的技术。

2、降低电压矢量差

降低电压矢量差同样也可以降低环流，这就必须通过控制手段实现。造成电矢量差的原因是各逆变器输出电压的幅值、频率和相位的差异，而相位是频率的函数，因此降低电压矢量差的关键问题就是对逆变器输出电压幅值和频率的精确控制。而从前面提到的并联控制方法来看，逆变器输出电压和频率的控制又统的无功功率和有功功率有关。对环流的性质进行进一步研究分析可知，并机阻抗的性质对环流有决定性的影响，相应的控制策略也由此决定，因此必须确定实际系统的并机阻抗特性。在得到并机阻抗特性之后，再对下垂控制做相应的改进。

以上对环流的讨论都是基于稳态的，很多条件都是不能满足的。比如，输出压是不能排除谐波成分的，各逆变器的输出阻抗不可能完全相等，各开关器件的工作负载、开关特性及死区时间等也不可能完全一致。因此除了前面分析的稳态环流以外，还要考虑到动态环流。动态环流的抑制同样可以通过加大并机电抗和减小电压矢量差来实现。在减少电压矢量差方面，上面所述的各种稳态下垂控制都不能满足要求，必须在特性方程中加入积分和微分的环节。

VSG与下垂控制对比研究

传统PQ控制方式在同步电网中通过锁相环同步逆变器输出电压与电网，调整输出电流以输出预定的有功功率和无功功率。然而，其主要问题在于缺乏电压保持和频率支撑能力，因此不适合孤岛运行模式。且由于缺乏转动惯量，PQ控制方式的逆变器在电网范围应用受限。

VSG控制方式解决了PQ控制的局限性，提供电压保持、频率支撑及功率分配能力，使得逆变器在孤岛模式下也能运行，且适用于更广泛的电网环境。VSG控制策略通过直流链路中的能量储存实现虚拟惯量，有效增强系统的稳定性和响应速度。

下垂控制则是一种基于电网阻抗调整的控制方法，分为传统的P-V下垂控制和基于虚拟f-V框架的新下垂控制。新下垂控制P-V控制具有更优的功率分配能力及稳定性，适用于任意线路阻抗比的逆变器控制。下垂控制的第二层和第三层分别负责频率和电压的保持，以及并网模式下的潮流控制和优化运行。

在无功功率控制方面，VSG控制和下垂控制采用相同的Q-V下垂控制方式。VSG控制中，暂态电动势由空载电动势、无功功率调节器输出值、无功下垂系数及输出的平均无功功率组成。为方便控制，VSG输出的无功功率通常需滤除二次或三次谐波。VSG控制的摇摆方程考虑了虚拟惯量和阻尼因子，通过虚拟转子角频率与PCC点电压传感器安装处的角频率的关系来实现频率稳定控制。

通过将公式（1）和（2）中的相关变量消去，可以得到简化后的控制方程式，这有助于实现更直观的同步频率控制。在下垂控制中，有功功率控制与虚拟惯量和阻尼因子无关，当二者被设为零时，下垂控制可以视为VSG控制的特例。

在频率暂态响应分析中，通过比较在单机系统中VSG控制和下垂控制两种模型下的频率阶跃响应，可以得出在惯量较大的系统中，瞬时故障后的二次调频可有效减少最大频率偏移，使系统稳定。而惯量较小的系统在负荷变化时容易引起频率震荡，导致不必要的跳闸和甩荷动作。

研究结果表明，在负载变化过程中，VSG控制和下垂控制在稳态增益方面具有相同的特性，这意味着在稳态情况下，两种控制方式在功率分配、频率稳定性和系统响应速度方面具有相似表现。然而，VSG控制通过虚拟惯量和阻尼因子的引入，提供了更好的动态性能和稳定性，使其在孤岛运行和广泛电网应用中具有优势。

下垂控制的原理是什么?

下垂控制的原理在于模仿传统发电机的频率下降特性曲线，作为微源的控制方式。这种控制方法通过P/f下垂控制和Q/V下垂控制分别对微源输出的有功功率和无功功率进行控制，实现无须机组间通信协调的即插即用和对等控制，确保孤岛环境下微电网内电力平衡和频率统一，展现出简单可靠的特点。

在电机学中，发电机的功角特性曲线揭示了有功功率和无功功率与电压和功角之间的关系。通过控制电压U和功角，可以调整有功功率P和无功功率Q。反之，通过调整P和Q，同样能控制U和功角。

微电网中的常规下垂控制通过模拟传统发电机的特性，实现微电源的并联运行。各逆变单元检测自身输出功率，并根据下垂特性得到输出电压频率和幅值的指令值，各自调整输出电压幅值和频率，以合理分配系统有功和无功功率。

逆变器输出电压频率和幅值的下垂特性为w0、U0分别为逆变器输出的额定角频率、额定电压，kp、kq为逆变器下垂系数，P、Q为实际输出的有功功率和无功功率，P0、Q0为逆变器额定有功和无功功率。

在系统并联逆变器的输出端等效阻抗为大电感时，可以推导出三相逆变器常规的P-f和Q-U下垂控制框图。然而，不同电压等级的线路阻感比不同，在电压较低的线路中，阻感比较高，常规下垂控制可能不再适用。因此，提出了一种改进型功率耦合下垂控制策略，以考虑线路阻抗影响，实现对有功功率和无功功率的耦合调节。

逆变电源输出的有功功率P和无功功率Q通过耦合关系影响电压和频率。通过数学推导，得出考虑阻感比的通用下垂控制表达式，以适应低压微电网控制需求。对比常规下垂控制表达式，当线路阻感比r=0时，即为常规控制。

改进后的控制框图充分考虑了不同电压等级下线路阻抗的影响，实现了对有功功率和无功功率的更精确控制，从而确保微电网内电力平衡和频率统一。

湖北仙童科技有限公司 高端电力电源全面方案供应商 江生 13997866467