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微電網(wǎng)能夠充分促進(jìn)可再生能源的大規(guī)模接入，實(shí)現(xiàn)對本地負(fù)荷高可靠供給，使傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過渡，且已得到長足發(fā)展。微電網(wǎng)既可以運(yùn)行于并網(wǎng)模式也可以運(yùn)行于孤島模式，當(dāng)微電網(wǎng)運(yùn)行于孤島模式時，由于沒有大電網(wǎng)的支撐，系統(tǒng)中源電力電子裝備與負(fù)荷電力電子裝備間強(qiáng)交互耦合，易發(fā)生高頻振蕩等穩(wěn)定性問題，嚴(yán)重影響到孤島微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

抑制電力電子系統(tǒng)振蕩問題的方法主要分為兩種：無源阻尼法和有源阻尼法。無源阻尼法是在電力電子系統(tǒng)中加入無源阻尼支路，抑制系統(tǒng)中存在的諧振尖峰，從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定，但是該方法會帶來額外的功率損耗，降低系統(tǒng)效率。

有源阻尼法是通過電壓或電流反饋控制，等效地在系統(tǒng)中增加并聯(lián)或串聯(lián)的阻尼支路，從而調(diào)節(jié)源變換器的輸出阻抗或負(fù)荷變換器的輸入阻抗，使得級聯(lián)系統(tǒng)的等效環(huán)路增益滿足Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)，該虛擬阻尼支路不會引入額外的功率損耗。有學(xué)者提出有源阻尼法是解決直流系統(tǒng)中的振蕩問題，由于交流和直流系統(tǒng)中變換器的拓?fù)渑c控制器的差異，該方法難以直接應(yīng)用到孤島微電網(wǎng)系統(tǒng)中。

• 針對交流系統(tǒng)的振蕩問題，有學(xué)者提出了四種不同形式的虛擬電阻控制，等效地在脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation, PWM）逆變器的LC輸出濾波器上串聯(lián)或者并聯(lián)電阻，可有效抑制系統(tǒng)振蕩。
• 有學(xué)者分析了基于電容電流反饋的有源阻尼控制，并給出了相應(yīng)的控制參數(shù)設(shè)計(jì)方法。
• 有學(xué)者對比分析了不間斷電源（Uninterrupted Power Supply, UPS）逆變系統(tǒng)采用單環(huán)電壓控制、有源阻尼電壓控制和帶前饋的有源阻尼控制三種不同控制方式的控制性能。其中，帶前饋的有源阻尼控制不僅能夠有效抑制振蕩，還能減小有源阻尼帶來的控制相位滯后。但研究的對象都是單相或三相的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)，抑制的主要是強(qiáng)網(wǎng)與逆變器之間的振蕩問題。
• 有學(xué)者考慮了數(shù)字控制延遲的影響，提出了基于電容電流反饋的有源阻尼控制的參數(shù)設(shè)計(jì)方法，可提高系統(tǒng)振蕩抑制性能，但僅分析和解決PWM逆變器在空載下或帶線性負(fù)荷下的穩(wěn)定性問題。而孤島微電網(wǎng)系統(tǒng)中的源和負(fù)荷都是電力電子裝備，傳統(tǒng)的雙環(huán)控制策略已難以抑制該系統(tǒng)中振蕩問題。

針對所研究的孤島微電網(wǎng)系統(tǒng)，需要建立孤島微電網(wǎng)中的源PWM逆變器和負(fù)荷PWM整流器的序阻抗模型。但是在現(xiàn)有的研究中，所建立的均是單一并網(wǎng)逆變器的正負(fù)序阻抗模型，而對三相離網(wǎng)逆變器的正負(fù)序阻抗建模還未見報道。目前采用諧波線性化方法對一個孤島離網(wǎng)系統(tǒng)的正、負(fù)序阻抗進(jìn)行建模也未見報道。而且，在正、負(fù)序阻抗視角下，對三相離網(wǎng)逆變器和負(fù)荷整流器進(jìn)行交互穩(wěn)定性分析更是少有研究。

國家電能變換與控制工程技術(shù)研究中心的研究人員，采用諧波線性化方法，建立了三相離網(wǎng)源PWM逆變器正負(fù)序阻抗模型，在已有的整流器阻抗模型研究基礎(chǔ)上，對比分析了系統(tǒng)中源PWM逆變器的輸出序阻抗特性和負(fù)荷PWM整流器的輸入序阻抗特性，且分析兩者在系統(tǒng)中的交互穩(wěn)定，并加入阻抗重構(gòu)控制來修正所建立的三相離網(wǎng)源PWM逆變器模型，使其擁有優(yōu)良的輸出阻抗特性。

圖1 孤島微電網(wǎng)系統(tǒng)簡化結(jié)構(gòu)及控制框圖

然后，基于所建序阻抗模型和Nyquist穩(wěn)定判據(jù)分析負(fù)荷類型、負(fù)荷功率大小對孤島微電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，揭示了源PWM逆變器與負(fù)荷PWM整流器交互發(fā)生高頻振蕩的本質(zhì)原因：在高頻處，源PWM逆變器的容性輸出阻抗與負(fù)荷PWM整流器的感性輸出阻抗不匹配。

圖2 源PWM逆變器帶負(fù)荷PWM整流器實(shí)驗(yàn)平臺

研究人員認(rèn)為：

• 1）源PWM逆變器由于無鎖相環(huán)存在，其輸出阻抗不受穩(wěn)定運(yùn)行工作點(diǎn)的影響；而負(fù)荷PWM整流器由于存在鎖相環(huán)這個非線性環(huán)節(jié)，其輸入正、負(fù)序阻抗受穩(wěn)定運(yùn)行工作點(diǎn)的影響。
• 2）當(dāng)采用傳統(tǒng)雙閉環(huán)控制時，源PWM逆變器帶不同功率電阻負(fù)荷時都能穩(wěn)定運(yùn)行，但當(dāng)接負(fù)荷PWM整流器時就會發(fā)生高頻振蕩問題。
• 3）孤島微電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生高頻振蕩的本質(zhì)原因?yàn)椋涸诟哳l處，源PWM逆變器的正、負(fù)序輸出阻抗均具有負(fù)電阻值容性阻抗特性，負(fù)荷PWM整流器的輸入正、負(fù)序阻抗都呈感性，兩者交互時，會發(fā)生串聯(lián)諧振，而此時孤島微電網(wǎng)整體阻尼小于零，整個系統(tǒng)將發(fā)生串聯(lián)高頻振蕩。

對此，在傳統(tǒng)的雙環(huán)控制策略的基礎(chǔ)上，研究人員提出了源PWM逆變器的阻抗重構(gòu)控制。該控制方法分別提高了源PWM逆變器的輸出正、負(fù)序阻抗在高頻處的相位，使得源PWM逆變器與負(fù)荷PWM整流器的正、負(fù)阻抗相交點(diǎn)的相位差都遠(yuǎn)大于-180°，本質(zhì)上增加了孤島微電網(wǎng)系統(tǒng)的阻尼，可有效抑制孤島微電網(wǎng)系統(tǒng)高頻振蕩。

以上研究成果發(fā)表在2020年第7期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“孤島微電網(wǎng)序阻抗建模與高頻振蕩抑制”，作者為劉津銘、陳燕東、伍文華、張焜、羅安。