微電網(wǎng)變換器可編程虛擬無(wú)源網(wǎng)絡(luò )原理及分析

摘要：電力電子變換器是微電網(wǎng)系統的重要組成部分。為實(shí)現微電網(wǎng)變換器穩定高效運行，提出可編程虛擬無(wú)源網(wǎng)絡(luò )(PVPN)概念，通過(guò)控制方式實(shí)現虛擬電阻／電感／電容構成的阻抗網(wǎng)絡(luò )，根據變換器運行需要實(shí)現虛擬阻抗網(wǎng)絡(luò )結構在線(xiàn)實(shí)時(shí)編程，提高了微電網(wǎng)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(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；變換器；可編程虛擬無(wú)源網(wǎng)絡(luò )

1 引言
基于可再生能源的微電網(wǎng)是實(shí)現安全、經(jīng)濟、高效網(wǎng)絡(luò )化供電的重要途徑之一。其中，電力電子變換器是微電網(wǎng)系統的重要組成部分。與傳統電網(wǎng)采用大慣性發(fā)電機不同，微電網(wǎng)中的電力電子變換器具有小慣性、高頻和非線(xiàn)性特性，容易導致微電網(wǎng)系統性能下降，甚至有可能引發(fā)系統不穩定。理論上，在變換器側加入合理的無(wú)源阻抗網(wǎng)絡(luò )可提高系統運行性能。然而實(shí)際應用中，理想的無(wú)源阻抗網(wǎng)絡(luò )是不存在的。比如，電阻和電容上存在等效串聯(lián)電感，電感上存在等效串聯(lián)電阻，此外，電阻存在損耗和發(fā)熱問(wèn)題，電感存在飽和、電流過(guò)大時(shí)電感量明顯降低等問(wèn)題，這無(wú)疑降低了無(wú)源阻抗網(wǎng)絡(luò )改善變換器系統運行的能力。
為了解決該問(wèn)題，在此提出PVPN概念，通過(guò)控制方式實(shí)現虛擬電阻／電感／電容構成的無(wú)源阻抗網(wǎng)絡(luò )，根據變換器運行需要實(shí)現虛擬阻抗網(wǎng)絡(luò )結構在線(xiàn)實(shí)時(shí)可編程，提高了微電網(wǎng)變換器的系統性能。并以微電網(wǎng)中DC／AC變換器為例進(jìn)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(wǎng)絡(luò )概念原理及分析
電阻、電感和電容是最基本的無(wú)源元件，將三者組合可得到無(wú)源阻抗網(wǎng)絡(luò )。圖1為典型的無(wú)源元件及無(wú)源阻抗網(wǎng)絡(luò )原理圖，實(shí)際應用中還存在由電阻／電感／電容組成的其他類(lèi)型無(wú)源阻抗網(wǎng)絡(luò )。值得注意，圖1中無(wú)源元件及無(wú)源阻抗網(wǎng)絡(luò )是理想的，而實(shí)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(guò)控制方法實(shí)現理想電容特性。在此提出PVPN概念，通過(guò)控制方式實(shí)現理想無(wú)源阻抗網(wǎng)絡(luò )。下面以微電網(wǎng)變換器為例，闡述PVPN的原理及實(shí)現。

圖2為簡(jiǎn)化的微電網(wǎng)原理圖。其中，可再生能源和儲能系統通過(guò)DC／AC變換器后，經(jīng)過(guò)輸出濾波器和線(xiàn)路阻抗接入公共耦合點(diǎn)(PCC)。微電網(wǎng)控制具有靈活性：電網(wǎng)正常情況下，微電網(wǎng)可運行于并網(wǎng)模式：一旦電網(wǎng)出現故障，微電網(wǎng)可及時(shí)與電網(wǎng)斷開(kāi)而運行于孤島模式，以維持本地網(wǎng)絡(luò )電壓幅值頻率穩定，保證負載可靠供電。