隨著可再生能源并網(wǎng)需求的增加和交流配電資源緊張問題的日益嚴峻，直流配電技術(shù)以其有利于清潔能源的接入、減少變換環(huán)節(jié)、可控性強、電能質(zhì)量問題少、線路損耗低等優(yōu)點，成為國內(nèi)外研究的焦點。

但直流配電網(wǎng)的發(fā)展目前面臨兩方面的挑戰(zhàn)：一是從系統(tǒng)角度，研究直流配電網(wǎng)的故障診斷保護和系統(tǒng)運行控制等技術(shù)；二是從設(shè)備角度，實現(xiàn)直流斷路器、故障限流器、大容量DC-DC換流器等關(guān)鍵設(shè)備的標準化、產(chǎn)品化和工業(yè)化。

上述挑戰(zhàn)使得直流配電網(wǎng)在短期內(nèi)不會取代交流配電網(wǎng)，交、直流配電網(wǎng)揚長避短、優(yōu)勢互補、協(xié)調(diào)發(fā)展是配電網(wǎng)發(fā)展的趨勢。交直流配電系統(tǒng)通過電壓源型換流器（Voltage-Source Converter, VSC）連接，隨著交直流配電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展以及交流異步電網(wǎng)互聯(lián)需求日益增多，逆變器的并聯(lián)運行不可避免。

此外，高比例可再生能源并網(wǎng)成為未來電力系統(tǒng)的重要特征，可再生能源和儲能多通過逆變器接入電力系統(tǒng)，當前依靠同步發(fā)電機維持頻率和電壓穩(wěn)定的電力系統(tǒng)將變得更依賴逆變器的協(xié)調(diào)控制以維持系統(tǒng)穩(wěn)定，考慮可靠性的要求，逆變器應(yīng)具備在無同步發(fā)電機的情況下向系統(tǒng)提供調(diào)頻和調(diào)壓的能力。逆變器能否協(xié)調(diào)控制支撐交流配電網(wǎng)的電壓和頻率是決定高滲透率可再生能源電力系統(tǒng)能否實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。

目前多逆變器并聯(lián)的控制技術(shù)研究多集中在不間斷電源（Uninterruptible Power Supply, UPS）和微電網(wǎng)領(lǐng)域，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相對簡單，各逆變器連接于同一母線或電氣距離很短，分析多逆變器并聯(lián)之間的穩(wěn)定性及環(huán)流問題可忽略逆變器之間的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

交直流配電網(wǎng)中逆變器之間存在一定的空間距離，無法忽略網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的影響，其功率均分控制及穩(wěn)定性問題具有自身的特點，并且對電能質(zhì)量的要求更高，是配電網(wǎng)運行控制的關(guān)鍵技術(shù)問題，值得深入研究。

本文首先給出交直流配電網(wǎng)中逆變器并聯(lián)運行的應(yīng)用場景，然后考慮配電網(wǎng)的空間跨度大、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)分布不均的特點，建模分析逆變器間環(huán)流的產(chǎn)生機理，并總結(jié)和評述了多逆變器并聯(lián)運行的基本控制方法，尤其對下垂控制存在的功率耦合、功率均分、電能質(zhì)量問題及其相應(yīng)的控制方案進行了解析。最后指出適用于交直流配電網(wǎng)的逆變器并聯(lián)運行控制方法以及未來的研究方向。

圖1 區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)

圖2 負荷中心直流供電結(jié)構(gòu)

圖3 可再生能源直流外送結(jié)構(gòu)

逆變器并聯(lián)控制技術(shù)的對比與展望

• 1 逆變器并聯(lián)控制技術(shù)的對比

逆變器并聯(lián)控制技術(shù)主要包括需要通信的集中控制、主從控制、分散邏輯控制和不需要通信的下垂控制，表1對比了其優(yōu)缺點。

• 2 改進下垂控制的總結(jié)

傳統(tǒng)下垂控制存在三個問題：功率耦合、無功功率分配不均以及頻率和電壓偏差。用以解決上述問題的改進下垂控制方法總結(jié)見表2。

表1 逆變器并聯(lián)控制技術(shù)的優(yōu)缺點比較

表2 改進下垂控制的總結(jié)

• 3 逆變器并聯(lián)控制技術(shù)的展望

由于交直流配電網(wǎng)空間跨度大且逆變器數(shù)量多，相對于需要通信互聯(lián)線的集中控制、主從控制和分散邏輯控制，不需通信的下垂控制適用性更強，但需要解決傳統(tǒng)下垂控制存在的三個問題。

此外，考慮到電力載波通信技術(shù)的發(fā)展以及其在逆變器并聯(lián)運行中應(yīng)用的可能性，對適用于直流配電網(wǎng)中逆變器并聯(lián)控制的幾種方法以及未來的研究方向進行展望。

（1）對于改進下垂控制，通常利用二次控制實現(xiàn)功率均分及消除頻率/電壓偏差，二次控制中，不需通信的自治控制仍是研究的重點所在。但如果自治控制的效果不佳，則二次控制中采用點對點通信的分布式控制技術(shù)更為適合，相對于集中式控制而言，分布式控制的冗余度高、經(jīng)濟性更好。

（2）基于電力載波通信的控制技術(shù)是解決直流配電網(wǎng)逆變器間電氣距離大、通信線存在硬件故障瓶頸的有效方法，其實質(zhì)是將通信信號編碼和調(diào)制后經(jīng)通過電力線路傳輸至逆變器，解調(diào)和解碼后得到通信信號。此方法用電力線路取代復(fù)雜的通信互聯(lián)線以提高下垂控制的并聯(lián)控制效果，均流精度高且可靠性高，研究空間大，但存在信號調(diào)制和解調(diào)帶來的高頻信號干擾問題，同時對數(shù)據(jù)處理的實時性和快速性要求較高，值得進一步研究。

結(jié)論

本文對逆變器并聯(lián)運行控制技術(shù)在交直流配電網(wǎng)中的應(yīng)用進行了探討，主要完成了以下兩方面的工作：

1）結(jié)合直流配電技術(shù)優(yōu)勢顯著及可再生能源發(fā)展迅速的現(xiàn)狀，提出了交直流配電網(wǎng)中逆變器并聯(lián)運行的典型應(yīng)用場景。

2）針對直流配電技術(shù)應(yīng)用場景中的多逆變器并聯(lián)運行問題，建模分析了逆變器環(huán)流的產(chǎn)生機理，對多逆變器并聯(lián)運行的控制方法，尤其是適用性較強的下垂控制進行了評述，討論給出了適用于交直流配電網(wǎng)的逆變器并聯(lián)控制方法以及對未來的研究方向進行了展望。