孤島運行的交流微電網中多逆變器諧振分析

王亞楠　晏鵬博

摘 要：針對孤島運行的交流微電網中PQ控制和VF控制逆變器，分別建立輸出阻抗模型并進行諧振分析。定性分析PQ控制逆變器的濾波器參數和并聯臺數對網絡諧振的影響。根據諧波源所在位置不同，分別得到阻抗網絡中各支路電流和節點電壓與諧波源的表達式。

關鍵詞：逆變器建模;多逆變器;諧振分析;交流微電網;孤島運行

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.112

1 引言

在多逆變器系統環境中，逆變器及其濾波器可等效為高階電網絡，在某一頻率的諧波作用下，可能會與負載、線路等阻抗發生諧振，嚴重時會危及到微電網的穩定運行。

本文對微電網孤島運行時，采用的PQ和VF控制逆變器建立輸出阻抗模型，分別對單臺PQ和VF控制逆變器諧振分析。對多臺PQ控制逆變器諧振分析，得到LCL濾波器參數和并聯臺數分別對PQ控制逆變器輸出阻抗的影響。對微電網孤島運行模式下的多逆變器諧振分析，根據諧波源所在位置不同，分析各支路電流和節點電壓與諧波源的關系。

2 逆變器輸出阻抗模型

LCL型濾波器的三相逆變器結構如圖1所示，其中Udc為直流母線電壓，Uia、Uib、Uic為逆變器橋臂輸出電壓，Uca、Ucb、Ucc為電容電壓，Uoa、Uob、Uoc為逆變器輸出電壓，iLa、iLb、iLc為逆變器側電感電流，ica、icb、icc為電感電流，ioa、iob、ioc為逆變器輸出電流，本文采用的控制方法分別為VF控制和PQ控制。

2.1 多臺PQ控制逆變器并聯輸出阻抗模型

在交流微電網孤島運行時，存在多個PQ控制逆變器并聯的工況。假設n臺PQ控制逆變器的參數均相同，且各個逆變器之間的線路阻抗ZX也均相同，n臺PQ控制逆變器的輸出阻抗模型如圖2所示。

2.2 VF控制逆變器輸出阻抗模型

VF控制逆變器的控制方法采用雙閉環結構，外環是電壓頻率環，用于支撐交流母線的電壓頻率，內環采用電流內環以增加快速性?；喌玫侥孀兤鱠軸輸出阻抗模型如圖3所示。

3 多逆變器諧振分析

本文針對交流微電網處于孤島運行模式時，以d軸的阻抗模型為例，對多臺PQ控制逆變器和VF控制逆變器構成的多逆變器系統進行諧振分析。PQ控制逆變器參數如表1所示，VF控制逆變器參數如表2所示。

3.1 多臺PQ控制逆變器諧振分析

隨著逆變器并聯臺數n的變化，網絡的阻抗會發生變化。假設n臺PQ控制逆變器的參數相同，在n取值2、5和10時，阻抗伯德圖如圖4所示。隨著并聯臺數的增加，阻抗曲線平行下移，正向尖峰值和阻抗最小值均減小，但對應的頻率均不變。

3.2 VF控制逆變器諧振分析

根據單臺VF控制逆變器的d軸輸出阻抗模型，假設線路阻抗與PQ控制逆變器相同，總阻抗伯德圖如圖5所示，從圖中可以看出，網絡的阻抗值隨著頻率的增大而增大。

3.3 多逆變器系統諧振分析

交流微電網在孤島運行模式時，需要一臺VF控制逆變器和多臺PQ控制逆變器并聯在交流母線上，分別作為電壓頻率和功率的支撐。形成的多逆變系統環境，如圖6所示，其中Zload為負載。

當諧波源在等效為電壓源的VF控制逆變器側，由基爾霍夫電壓電流定律可以得到阻抗網絡節點電壓U1 和U2與諧波電壓Uh的關系，如（1）和（2）。通過G1，G2伯德圖分析，在某一頻率G1和G2值達到最大時，對該頻率的諧波的放大倍數最大。

當諧波源在等效為電流源的PQ控制逆變器側，由基爾霍夫電壓電流定律可以得到阻抗網絡各支路電流I3、I4和I5與諧波電流Ih的關系，如（4）-（6）。通過G3，G4，G5伯德圖分析，在某一頻率G3，G4和G5值達到最大時，對該頻率的諧波的放大倍數最大。

4 結論

對孤島運行模式下的交流電網進行諧振分析，分別建立PQ和VF兩種控制方式逆變器的輸出阻抗模型，分析了PQ控制逆變器的電路參數和并聯臺數對其諧振頻率的影響。在多逆變器系統環境下，分析了不同位置的諧波源對各支路電流和節點電壓的影響。從阻抗角度出發，是一種能夠較準確地分析孤島運行模式下交流微電網的諧振問題的方法。

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