孤岛运行的交流微电网中多逆变器谐振分析

王亚楠　晏鹏博

摘 要：针对孤岛运行的交流微电网中PQ控制和VF控制逆变器，分别建立输出阻抗模型并进行谐振分析。定性分析PQ控制逆变器的滤波器参数和并联台数对网络谐振的影响。根据谐波源所在位置不同，分别得到阻抗网络中各支路电流和节点电压与谐波源的表达式。

关键词：逆变器建模;多逆变器;谐振分析;交流微电网;孤岛运行

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

1 引言

在多逆变器系统环境中，逆变器及其滤波器可等效为高阶电网络，在某一频率的谐波作用下，可能会与负载、线路等阻抗发生谐振，严重时会危及到微电网的稳定运行。

本文对微电网孤岛运行时，采用的PQ和VF控制逆变器建立输出阻抗模型，分别对单台PQ和VF控制逆变器谐振分析。对多台PQ控制逆变器谐振分析，得到LCL滤波器参数和并联台数分别对PQ控制逆变器输出阻抗的影响。对微电网孤岛运行模式下的多逆变器谐振分析，根据谐波源所在位置不同，分析各支路电流和节点电压与谐波源的关系。

2 逆变器输出阻抗模型

LCL型滤波器的三相逆变器结构如图1所示，其中Udc为直流母线电压，Uia、Uib、Uic为逆变器桥臂输出电压，Uca、Ucb、Ucc为电容电压，Uoa、Uob、Uoc为逆变器输出电压，iLa、iLb、iLc为逆变器侧电感电流，ica、icb、icc为电感电流，ioa、iob、ioc为逆变器输出电流，本文采用的控制方法分别为VF控制和PQ控制。

2.1 多台PQ控制逆变器并联输出阻抗模型

在交流微電网孤岛运行时，存在多个PQ控制逆变器并联的工况。假设n台PQ控制逆变器的参数均相同，且各个逆变器之间的线路阻抗ZX也均相同，n台PQ控制逆变器的输出阻抗模型如图2所示。

2.2 VF控制逆变器输出阻抗模型

VF控制逆变器的控制方法采用双闭环结构，外环是电压频率环，用于支撑交流母线的电压频率，内环采用电流内环以增加快速性。化简得到逆变器d轴输出阻抗模型如图3所示。

3 多逆变器谐振分析

本文针对交流微电网处于孤岛运行模式时，以d轴的阻抗模型为例，对多台PQ控制逆变器和VF控制逆变器构成的多逆变器系统进行谐振分析。PQ控制逆变器参数如表1所示，VF控制逆变器参数如表2所示。

3.1 多台PQ控制逆变器谐振分析

随着逆变器并联台数n的变化，网络的阻抗会发生变化。假设n台PQ控制逆变器的参数相同，在n取值2、5和10时，阻抗伯德图如图4所示。随着并联台数的增加，阻抗曲线平行下移，正向尖峰值和阻抗最小值均减小，但对应的频率均不变。

3.2 VF控制逆变器谐振分析

根据单台VF控制逆变器的d轴输出阻抗模型，假设线路阻抗与PQ控制逆变器相同，总阻抗伯德图如图5所示，从图中可以看出，网络的阻抗值随着频率的增大而增大。

3.3 多逆变器系统谐振分析

交流微电网在孤岛运行模式时，需要一台VF控制逆变器和多台PQ控制逆变器并联在交流母线上，分别作为电压频率和功率的支撑。形成的多逆变系统环境，如图6所示，其中Zload为负载。

当谐波源在等效为电压源的VF控制逆变器侧，由基尔霍夫电压电流定律可以得到阻抗网络节点电压U1 和U2与谐波电压Uh的关系，如（1）和（2）。通过G1，G2伯德图分析，在某一频率G1和G2值达到最大时，对该频率的谐波的放大倍数最大。

当谐波源在等效为电流源的PQ控制逆变器侧，由基尔霍夫电压电流定律可以得到阻抗网络各支路电流I3、I4和I5与谐波电流Ih的关系，如（4）-（6）。通过G3，G4，G5伯德图分析，在某一频率G3，G4和G5值达到最大时，对该频率的谐波的放大倍数最大。

4 结论

对孤岛运行模式下的交流电网进行谐振分析，分别建立PQ和VF两种控制方式逆变器的输出阻抗模型，分析了PQ控制逆变器的电路参数和并联台数对其谐振频率的影响。在多逆变器系统环境下，分析了不同位置的谐波源对各支路电流和节点电压的影响。从阻抗角度出发，是一种能够较准确地分析孤岛运行模式下交流微电网的谐振问题的方法。

参考文献：

[1]Twing E，Holmes D G. Grid current regulation of a three-phase voltage source inverter with LCL input filter[J].IEEE Trans on Power Electronics，2003，18（03）：888-895.

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