微電網變換器可編程虛擬無源網絡原理及分析

摘要：電力電子變換器是微電網系統的重要組成部分。為實現微電網變換器穩定高效運行，提出可編程虛擬無源網絡(PVPN)概念，通過控制方式實現虛擬電阻／電感／電容構成的阻抗網絡，根據變換器運行需要實現虛擬阻抗網絡結構在線實時編程，提高了微電網變換器的系統性能。理論分析和仿真結果驗證了該概念的可行性。
關鍵詞：微電網；變換器；可編程虛擬無源網絡

1 引言
基于可再生能源的微電網是實現安全、經濟、高效網絡化供電的重要途徑之一。其中，電力電子變換器是微電網系統的重要組成部分。與傳統電網采用大慣性發電機不同，微電網中的電力電子變換器具有小慣性、高頻和非線性特性，容易導致微電網系統性能下降，甚至有可能引發系統不穩定。理論上，在變換器側加入合理的無源阻抗網絡可提高系統運行性能。然而實際應用中，理想的無源阻抗網絡是不存在的。比如，電阻和電容上存在等效串聯電感，電感上存在等效串聯電阻，此外，電阻存在損耗和發熱問題，電感存在飽和、電流過大時電感量明顯降低等問題，這無疑降低了無源阻抗網絡改善變換器系統運行的能力。
為了解決該問題，在此提出PVPN概念，通過控制方式實現虛擬電阻／電感／電容構成的無源阻抗網絡，根據變換器運行需要實現虛擬阻抗網絡結構在線實時可編程，提高了微電網變換器的系統性能。并以微電網中DC／AC變換器為例進行了理論分析和仿真研究，結果驗證了所提出概念的可行性和正確性。

2 可編程虛擬阻抗網絡概念原理及分析
電阻、電感和電容是最基本的無源元件，將三者組合可得到無源阻抗網絡。圖1為典型的無源元件及無源阻抗網絡原理圖，實際應用中還存在由電阻／電感／電容組成的其他類型無源阻抗網絡。值得注意，圖1中無源元件及無源阻抗網絡是理想的，而實際應用中，理想的電阻／電容／電感是不存在的。文獻提出虛擬電容概念，通過控制方法實現理想電容特性。在此提出PVPN概念，通過控制方式實現理想無源阻抗網絡。下面以微電網變換器為例，闡述PVPN的原理及實現。

圖2為簡化的微電網原理圖。其中，可再生能源和儲能系統通過DC／AC變換器后，經過輸出濾波器和線路阻抗接入公共耦合點(PCC)。微電網控制具有靈活性：電網正常情況下，微電網可運行于并網模式：一旦電網出現故障，微電網可及時與電網斷開而運行于孤島模式，以維持本地網絡電壓幅值頻率穩定，保證負載可靠供電。