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(wèn)題的日益嚴(yán)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(qiáng)、電能質(zhì)量問(wèn)題少、線路損耗低等優(yōu)點(diǎn)，成為國(guó)內(nèi)外研究的焦點(diǎn)。

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(hù)和系統(tǒng)運(yùn)行控制等技術(shù)；二是從設(shè)備角度，實(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(huì)取代交流配電網(wǎng)，交、直流配電網(wǎng)揚(yáng)長(zhǎng)避短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、協(xié)調(diào)發(fā)展是配電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)。交直流配電系統(tǒng)通過(guò)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(yùn)行不可避免。

此外，高比例可再生能源并網(wǎng)成為未來(lái)電力系統(tǒng)的重要特征，可再生能源和儲(chǔ)能多通過(guò)逆變器接入電力系統(tǒng)，當(dāng)前依靠同步發(fā)電機(jī)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(wú)同步發(fā)電機(jī)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(shí)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(duì)簡(jiǎn)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(wèn)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(wú)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(wèn)題具有自身的特點(diǎn)，并且對(duì)電能質(zhì)量的要求更高，是配電網(wǎng)運(yùn)行控制的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)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(yùn)行的應(yīng)用場(chǎng)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(diǎn)，建模分析逆變器間環(huán)流的產(chǎn)生機(jī)理，并總結(jié)和評(píng)述了多逆變器并聯(lián)運(yùn)行的基本控制方法，尤其對(duì)下垂控制存在的功率耦合、功率均分、電能質(zhì)量問(wèn)題及其相應(yīng)的控制方案進(jìn)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(yùn)行控制方法以及未來(lái)的研究方向。

圖1 區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)

圖2 負(fù)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(duì)比與展望

• 1 逆變器并聯(lián)控制技術(shù)的對(duì)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(duì)比了其優(yōu)缺點(diǎn)。

• 2 改進(jìn)下垂控制的總結(jié)

傳統(tǒng)下垂控制存在三個(gè)問(wèn)題：功率耦合、無(wú)功功率分配不均以及頻率和電壓偏差。用以解決上述問(wèn)題的改進(jìn)下垂控制方法總結(jié)見(jiàn)表2。

表1 逆變器并聯(lián)控制技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)比較

表2 改進(jìn)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(duì)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(qiáng)，但需要解決傳統(tǒng)下垂控制存在的三個(gè)問(wèn)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(yùn)行中應(yīng)用的可能性，對(duì)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(lái)的研究方向進(jìn)行展望。

（1）對(duì)于改進(jìn)下垂控制，通常利用二次控制實(shí)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(diǎn)所在。但如果自治控制的效果不佳，則二次控制中采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的分布式控制技術(shù)更為適合，相對(duì)于集中式控制而言，分布式控制的冗余度高、經(jīng)濟(jì)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(shí)質(zhì)是將通信信號(hào)編碼和調(diào)制后經(jīng)通過(guò)電力線路傳輸至逆變器，解調(diào)和解碼后得到通信信號(hào)。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(hào)調(diào)制和解調(diào)帶來(lái)的高頻信號(hào)干擾問(wèn)題，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性和快速性要求較高，值得進(jìn)一步研究。

結(jié)論

本文對(duì)逆變器并聯(lián)運(yùn)行控制技術(shù)在交直流配電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)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(shì)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(yùn)行的典型應(yīng)用場(chǎng)景。

2）針對(duì)直流配電技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景中的多逆變器并聯(lián)運(yùn)行問(wèn)題，建模分析了逆變器環(huán)流的產(chǎn)生機(jī)理，對(duì)多逆變器并聯(lián)運(yùn)行的控制方法，尤其是適用性較強(qiáng)的下垂控制進(jìn)行了評(píng)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(duì)未來(lái)的研究方向進(jìn)行了展望。