作者：张继红1,2, 王娟2, 张自雷1,2, 杨培宏1,2, 吴振奎1,2, 冀伟成2
作者单位：1. 内蒙古科技大学 内蒙古自治区光热与风能发电重点实验室，内蒙古 包头 014010;
2. 内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古 包头 014010
关键词：分布式发电;逆变器;下垂控制;小信号分析;虚拟复阻抗
摘要：
多逆变器并联是解决光伏等分布式发电扩容、备用、保护的重要手段。针对传统下垂控制方法抗扰能力弱、环流现象严重以及容易产生振荡等不足，文章提出基于虚拟复阻抗的改进下垂控制策略，建立并网模式的传统下垂控制与改进下垂控制逆变器并联小信号数学模型，分析系统特征根的分布对于有功下垂系数、无功下垂系数的影响问题，通过引入虚拟复阻抗增强低频域环境的特征根阻尼，解决逆变器并联运行的振荡难题，研究元件参数对于系统稳定性的影响，为并联逆变器参数选型提供理论依据。最后通过Matlab/Simulink建立数学模型、设置相应参数、验证所提控制策略的合理性与可行性。
Multi-inverter parallel small-signal modeling based on virtual complex impedance droop control
ZHANG Jihong1,2, WANG Juan2, ZHANG Zilei1,2, YANG Peihong1,2, WU Zhenkui1,2, JI Weicheng2
1. Inner Mongolia Key Laboratory of Solar and Wind Power, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, China;
2. School of Information Engineering , Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, China
Abstract: The parallel connection of multiple inverters is an important means to solve the expansion, backup and protection of distributed power generation such as photovoltaics. Aiming at the disadvantages of traditional droop control methods such as weak anti-disturbance ability, serious circulation phenomenon and easy oscillation, the article proposes an improved droop control strategy based on virtual complex impedance, and establishes a parallel connection mode of traditional droop control and improved droop control inverters in parallel The small-signal mathematical model analyzes the influence of the distribution of system characteristic roots on the active droop coefficient and reactive power droop coefficient. By introducing virtual complex impedance, the characteristic root damping of the low-frequency domain environment is enhanced, and the oscillation problem of parallel operation of inverters is solved. Studied the influence of component parameters on system stability, and provided a theoretical basis for the parameter selection of parallel inverters. Finally, a mathematical model is established through Matlab/Simulink, and the corresponding parameters are set to verify the rationality and feasibility of the proposed control strategy.
Keywords: distributed generation;inverter;droop control;small signal analysis;virtual complex impedance
2023, 49(1):145-154 收稿日期: 2021-08-15;收到修改稿日期: 2021-11-07
基金项目: 内蒙古自治区关键技术攻关项目(2019GG319)；内蒙古自然科学基金项目（2021MS05039）；内蒙古自治区高等学校科学研究项目（NJZY21379）
作者简介: 张继红(1975-),男,内蒙古乌兰察布市人,教授,博士,研究方向为新能源发电及其储能控制技术
参考文献
[1] 刘雅芳, 谷志锋, 李琳, 等. 光储系统Super-Twisting L2增益自适应下垂控制[J]. 中国测试, 2022, 48(5): 102-107, 115
[2] 向峰, 张汶卓, 马建波, 等. 计及时变延迟的孤岛微网电压功率鲁棒分层控制[J/OL]. 中国测试: 1-8[2021-12-05]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/51.1714.TB.20211201.1206.008.html.
[3] 薛家祥, 张坤, 郑照红. 光伏离网逆变器并联控制系统研究[J]. 中国测试, 2017, 43(3): 63-68
[4] 王成山, 高菲, 李鹏, 等. 低压微网控制策略研究[J]. 中国电机工程学报, 2012, 32(25): 2-9
[5] 王成山, 李鹏. 分布式发电、微网与智能配电网的发展与挑战[J]. 电力系统自动化, 2010, 34(2): 10-14,23
[6] 周乐明, 罗安, 陈燕东, 等. 一种低延时鲁棒功率下垂控制方法[J]. 电工技术学报, 2016, 31(11): 1-12
[7] 李霞林, 郭力, 王成山, 等. 直流微电网关键技术研究综述[J]. 中国电机工程学报, 2016, 36(1): 2-17
[8] 郎佳红, 张泽, 马振亚, 等. 基于虚拟阻抗的微电网改进下垂控制[J]. 兰州工业学院学报, 2020, 27(5): 41-46
[9] 马添翼, 金新民, 梁建钢. 孤岛模式微电网变流器的复合式虚拟阻抗控制策略[J]. 电工技术学报, 2013, 28(12): 304-312
[10] 张雪妍, 付立军, 马凡, 等. 基于虚拟阻抗的逆变器输出电压动态性能优化[J]. 太阳能学报, 2020, 41(11): 38-45
[11] 代维, 秦文萍, 任春光, 等. 含同步机微网中基于解耦下垂的自适应虚拟阻抗控制[J]. 中国电机工程学报, 2020, 40(14): 4486-4495,4728
[12] 刘尧, 林超, 陈滔, 等. 基于自适应虚拟阻抗的交流微电网无功功率—电压控制策略[J]. 电力系统自动化, 2017, 41(5): 16-21,133
[13] ZHONG Q C. Robust droop controller for accurate proportional load sharing among inverters operated in parallel[J]. IEEE Transactions in Industrial Electronics, 2013, 60(4): 1281-1290
[14] 李圣清, 李静萍. 基于“虚拟复阻抗”的低压微网下垂控制策略[J]. 电气自动化, 2018, 40(5): 73-76
[15] KUNDUR P, PASERBA J, AJJARAPU V, et al. Definition and classification of power system stability[J]. IEEE Transaction on Power Systerms, 2004, 19(2): 1387-1400
