逆变器 下垂控制

一种适用于微网逆变器下垂控制的锁相新方法摘要：下垂控制是逆变型分布式电源接入微电网的重要控制方法，针对并网控制中涉及的锁相以及频率测量问题，本文提出了一种基于相序分离和最小二乘法的全新锁相方法。

首先对三相电网电压进行Clarke变换，得到两相静止坐标系上的电压值。

利用观测所得频率，对该值进行二次微分运算，构建得到线性方程组，通过解方程来消除负序及二次谐波分量；再配合旋转坐标系下的低通滤波，就能提取出正序分量，并据此来计算实时电网相角。

然后选取一个较短计算窗口，根据该窗口内的角度和时间序列，利用改进后的最小二乘法拟合出频率值。

该方法通过时间序列平移而实现解耦，使计算量较传统方法大幅减少。

仿真试验结果证明，所提方法在电网畸变时依然能成功实现锁相和频率观测，而且具有较快的动态响应速度和较高的稳态精度，适用于微网逆变器的下垂控制。

关键词：微网逆变器；锁相；FIR滤波器；最小二乘法；下垂控制引言目前，越来越多的新能源以分布式电源(distributed generation，DG)的形式接入电网。

为克服DG波动对电网的影响，通常把多个DG、储能装置和负荷组建成微电网，再与主电网相连[1]。

电力电子逆变器作为DG与微电网的主要接口，其并网控制技术是近年来的一个研究热点。

微电网中对于接口的并网逆变器，常采用恒功率控制（PQ控制）和下垂（Droop）控制。

其中下垂控制以其强自适应性、弱通信依赖性，在微电网控制中得到越来越广泛的应用。

新能源并网发电的一个基本指标是并网电源要和电网电压同频同相[2]，因此需要快速准确地观测电网的频率和相角，有利于实现多个分布式电源在微电网内的对等控制[3-4]。

当前系统一般采用软件锁相环来实现电网的频率和相角的观测，然而当电网电压因包含负序、谐波等分量而产生畸变时，传统的软件锁相环将失效。

为了在非理想情况下提取正序分量，有不少学者开展这方面的研究并提出了改进方案，主要分为三大类。

第一类是构建线性方程组进行相序分离，文献[5]采用T/4（T为工频周期）延迟方法构建，但这给频率观测造成滞后；文献[6-7]引入微分运算来保证实时性，但高阶的微分会累计并放大误差。

下垂控制的原理是什么。

？下垂控制是并网逆变器的常用控制原理，但是具体下垂控制的深层原理和物理含义是什么啊？查到的几乎所有的文献对此都是基于下垂控制XXXX、仿照同步发电机下垂特性XXXX，却没有一个真正说清楚仿照哪了，电机书上对同步发电机的下垂特性也没讲清楚其物理原理。

向各位知乎大神求教，我看网上也有很多问这个的却没有一个回答说清楚的。

添加评论分享简单来说，所谓下垂控制就是选择与传统发电机相似的频率一次下垂特性曲线（Droop Character）作为微源的控制方式，即分别通过P/f下垂控制和Q/V下垂控制来获取稳定的频率和电压，这种控制方法对微源输出的有功功率和无功功率分别进行控制，无需机组间的通信协调，实现了微源即插即用和对等控制的目标，保证了孤岛下微电网内电力平衡和频率的统一，具有简单可靠的特点。

——————————————————————————————————————————补充说一说。

学过电机学都知道，发电机有个功角特性曲线，其中凸极同步发电机的无功功率表达式是：有功功率表达式：我们可以看出，通过控制U和功角来控制有功功率P和无功功率Q。

那么反过来，可以通过控制有功功率P和无功功率Q来控制U和功角所以，微电网中的常规下垂控制是通过模拟传统发电机的下垂特性，实现微电网中微电源的并联运行。

其实质为：各逆变单元检测自身输出功率，通过下垂特性得到输出电压频率和幅值的指令值，然后各自反相微调其输出电压幅值和频率以达到系统有功和无功功率的合理分配。

逆变器输出电压频率和幅值的下垂特性为：其中w0，U0分别为逆变器输出的额定角频率，额定电压。

kp，kq为逆变器下垂系数。

P,Q 分别为逆变器实际输出的有功功率和无功功率。

P0，Q0分别为逆变器额定有功和无功功率。

由上式我们可以得到三相逆变器常规的P-f 和Q-U 下垂控制框图。

注：常规下垂控制是在系统并联逆变器的输出端等效阻抗为大电感的条件下推导得到的。

《微电网逆变器PV-QF下垂控制技术的研究》篇一微电网逆变器PV-QF下垂控制技术的研究一、引言随着可再生能源的日益普及和微电网技术的发展，微电网逆变器作为连接可再生能源与电网的重要设备，其控制技术成为了研究的热点。

其中，PV/QF下垂控制技术以其独特的优势，成为了微电网逆变器控制策略中的一种重要方法。

本文旨在深入研究微电网逆变器中PV/QF下垂控制技术，探讨其工作原理及性能，为未来微电网的发展提供理论支持。

二、PV/QF下垂控制技术概述PV/QF下垂控制技术是一种基于逆变器输出电压和频率的下垂控制策略。

该技术通过调整逆变器的输出功率，实现微电网内电源与负荷的平衡。

其中，PV代表功率下垂控制，主要用于调节有功功率；QF代表电流或电压下垂控制，主要用于调节无功功率。

这种控制方式可以快速响应负荷变化，保持微电网的稳定运行。

三、PV下垂控制技术的工作原理与性能分析PV下垂控制技术主要通过调整逆变器的输出电压幅值和频率来实现对有功功率的控制。

当微电网内负荷增加时，逆变器通过降低输出电压幅值或提高频率来增加有功功率的输出；反之，当负荷减少时，则通过提高输出电压幅值或降低频率来减少有功功率的输出。

这种控制方式具有响应速度快、控制精度高等优点。

四、QF下垂控制技术的工作原理与性能分析QF下垂控制技术则主要通过调整逆变器的输出电流或电压幅值来实现对无功功率的控制。

在微电网中，无功功率对于维持系统电压稳定具有重要意义。

QF下垂控制技术可以根据系统电压的变化，自动调整逆变器的无功功率输出，从而保持系统电压的稳定。

此外，该技术还具有较好的动态性能和鲁棒性。

五、PV/QF下垂控制的实现方法及优化策略实现PV/QF下垂控制需要综合考虑微电网的拓扑结构、电源特性以及负荷特性等因素。

在实际应用中，可以通过数字信号处理器（DSP）等设备实现PV/QF下垂控制的数字化和智能化。

同时，为了进一步提高系统的性能和稳定性，可以采取一系列优化策略，如引入模糊控制、神经网络等智能算法，以实现更精确的控制。

功率下垂控制原理对逆变器并联系统的按容分配负荷问题南昌航空大学信息工程学院、科华恒盛股份有限公司、钦州学院物理与电子工程学院的研究人员刘斌、卢雄伟、熊勇等，在2015年第21期《电工技术学报》上撰文，对于非同等功率等级的逆变器无线并联系统而言，因为均分系统负荷可能导致小容量逆变器无法工作，所以必须让负荷按照正比于逆变器模块容量的方式实现分配。

围绕下垂控制原理，通过对输出电压幅值和频率进行收敛性分析，推导出逆变负荷按容分配的充分条件，这一充分条件对下垂控制系数的确定具有很好的指导作用。

此外，通过引入虚拟阻抗法和双环调节器，搭建了由两台不同容量的逆变器组成的微电网系统。

最后通过仿真和实验验证了该理论分析的有效性。

一方面，随着国民经济的发展，电力需求也在迅速增长，但一味地扩大电网规模不能满足电力供应的要求。

另一方面，20世纪60年代的几次大型停电事故引发了科研人员对分布式发电系统潜在效益的重视。

分布式电源尽管优点突出，但是它相对于电网而言是一个不可控源，微电网便是在这种环境下应运而生的。

它从系统角度出发将分布式电源、负荷、储能装置及控制装置等模块看成一个单一可控的单元，既可以与电网联网运行，也可以在电网出现故障或系统需要脱网时与主网断开单独运行。

微电网的这种灵活可调度性，使得它可以成为未来大型电网的有力补充和有效支撑，也正因为如此，近年来关于微电网的研究引起了社会和学术界的广泛关注。

在微电网控制策略中，最常见的有三种。

即在并网运行时采用PQ控制，在孤岛运行时采用V/f控制或者下垂（droop）控制。

由于本文侧重考虑的是微电网孤岛运行时的负荷分配问题，而基于单个V/f微电源主从控制方式对主控电源的容量要求较高，整个微电网对主电源依赖性过高，因此最终选用基于下垂控制的微电源对等控制方式作为本文负荷分配的控制策略。

此外，依据逆变器之间是否存在互联线，可以将逆变器并联技术分成有互联线并联和无互联线并联两大类，前者因为有互联线的存在而限制了逆变器模块之间的距离，相比而言无互联线并联技术具有更好的发展前景。

《微电网逆变器PV-QF下垂控制技术的研究》篇一微电网逆变器PV-QF下垂控制技术的研究一、引言随着可再生能源的快速发展和微电网技术的日益成熟，微电网逆变器作为微电网系统中的关键设备，其控制技术成为研究的热点。

PV（Power-Voltage）下垂控制和QF（Quadrature-Frequency）下垂控制作为两种重要的逆变器控制策略，在微电网的运行中发挥着重要作用。

本文将重点研究微电网逆变器中PV/QF下垂控制技术，分析其原理、性能及优化策略。

二、PV下垂控制技术研究1. PV下垂控制原理PV下垂控制是一种基于电压和频率的下垂控制策略，通过调整逆变器的输出电压和频率来实现在微电网中的功率分配。

当微电网中的负荷发生变化时，PV下垂控制能够根据电压和频率的偏差自动调整输出功率，保持微电网的稳定运行。

2. PV下垂控制的性能分析PV下垂控制具有响应速度快、鲁棒性强的特点，在微电网中能够有效地实现功率的快速分配。

然而，该控制策略在面对非线性负荷和快速变化的负荷时，可能会出现电压和频率的波动，影响微电网的稳定性。

三、QF下垂控制技术研究1. QF下垂控制原理QF下垂控制是一种基于无功功率和频率的下垂控制策略。

它通过调整逆变器的输出无功功率和频率来实现在微电网中的功率因数和电压的控制。

QF下垂控制在微电网中能够实现无功功率的合理分配，提高系统的功率因数。

2. QF下垂控制的性能分析QF下垂控制在面对非线性负荷和不平衡负荷时，能够保持较好的稳定性，对电压和频率的波动有较好的抑制作用。

然而，该控制策略在面对快速变化的负荷时，可能存在响应速度不够快的问题。

四、PV/QF复合下垂控制技术研究针对PV下垂控制和QF下垂控制的优点和不足，提出PV/QF复合下垂控制策略。

该策略结合了PV下垂控制和QF下垂控制的优点，通过同时调整输出电压、频率、无功功率等参数，实现微电网的功率分配和稳定运行。

五、PV/QF下垂控制的优化策略1. 参数优化通过对PV/QF下垂控制的参数进行优化，可以提高微电网的稳定性和响应速度。

三相逆变器的下垂控制方法主要包括以下步骤：
1. 由电压、电流传感器和调理电路组成的测量单元对逆变器输出的电压电流进行同步采样。

2. 由下垂控制中的功率计算单元计算出逆变器输出的有功功率和无功功率的平均值。

3. 通过 P-f 和 Q-V 的下垂特性方程计算出电压和频率指令。

4. 参考电压环节将电压和频率指令合成在 dq 轴上的电压给定送入电压电流闭环控制环节。

5. 双闭环控制环节经 PI 调节获得 SVPWM 所需的参量。

逆变器下垂控制原理可以将两台逆变器等效成如下的模型，两台逆变器输出阻抗与连线上的阻抗之和分别为 Z1 和 Z2，其中Z1=R1+jX1=RZ1∠θ1，
Z2=R2+jX2=RZ2∠θ2；E1 和 E2 分别为两台设备空载电压幅值，以其为参考，则 j1、j2 分别为两台设备输出电压的相角。

另外，对于下垂控制的并网逆变器，其主要需要考虑的控制参数有：下垂系数kp、kq，电压控制环 PI 环节中的 kvp、kvi 以及电流控制环 PI 环节中的kip、kii。

其中，下垂系数 kp 的影响表现为：将 kp 作为变量，对 kp 取多组不同的值得到对应的根轨迹。

随着 kp 增大，$\frac{1}{kp}$ 减小，系统根轨迹由右半平面穿越虚轴到达左半平面，系统稳定性逐渐增强。

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微网逆变器的下垂控制策略研究而微网逆变器是微网系统中的关键组件，它起着转换能源、控制能流和保护机械设备的重要作用。

在微网逆变器中，下垂控制策略是非常关键的一部分，它通过监测微网内的电网电压和频率，控制逆变器的输出功率，以实现微网与电网的无缝切换和协同运行。

下垂控制策略是一种基于能量采集和传输的控制策略，其核心原理是通过降低微网逆变器的输出电压或频率，引导微网中的分布式电源向电网输出有限的电流或功率。

具体而言，下垂控制用于维持微网与电网之间的电压和频率的协调，同时保证微网中的能量管理和供应质量。

下垂控制策略在微网逆变器中的实现主要包括两个步骤：目标功率计算和输出电压/频率控制。

首先，通过监测微网内的电网电压和频率，计算出微网当前需要向电网输出的目标功率。

然后，根据目标功率和当前的逆变器输出功率，实现对逆变器输出电压或频率的控制。

当微网内的电压或频率与电网不一致时，下垂控制策略通过调整逆变器的输出电压或频率，使其与电网保持一致，从而实现微网与电网的协同运行。

在下垂控制策略的研究中，主要关注以下几个方面：一是电压和频率的协调控制。

由于微网逆变器要与电网保持稳定的电压和频率，因此在控制过程中需要考虑电压和频率的变化情况，合理选择控制策略以实现协调控制。

二是逆变器的响应速度和稳定性。

对于下垂控制策略来说，逆变器响应速度的快慢和稳定性的高低直接影响到微网与电网之间是否能够实现无缝切换和电能的传输。

因此，需要采用合适的控制算法和调节参数来提高逆变器的响应速度和稳定性。

三是光伏和风力发电的逆变器控制。

由于光伏和风力发电对网络的影响较大，其逆变器的控制也需要加以研究和优化。

例如，可以采用MPPT技术来提高光伏逆变器的能量转换效率，同时采用矢量控制技术来提高风力发电逆变器的稳定性。

综上所述，是微网领域中的重要研究方向。

通过优化下垂控制策略，可以实现微网与电网的无缝协同运行，提高微网的稳定性和可靠性，促进微网的发展和应用。

光伏微网并网逆变器下垂控制策略改进研究韩庆;施伟锋【摘要】传统下垂控制策略广泛应用于光伏微网并网逆变器控制,但是没有考虑在低压微网系统中由于线路阻抗比较大引起的功率耦合问题,以及多个微电源供电时系统功率分配不均衡问题.针对这些问题,本文在传统下垂控制基础上,应用坐标变换对有功功率与无功功率进行耦合控制,又通过在电压电流环之中加入虚拟动态阻抗环,提出一种基于电压-电流-阻抗三环控制的光伏微网并网逆变器控制策略.该策略随电压电流的波动而改变虚拟阻抗值,合理分配系统的有功和无功功率,在系统稳定时自动切除虚拟动态阻抗,减小系统的功率环流和线路的损耗,同时限制系统的电压降落,提高电网的电能质量.最后,仿真实验验证该改进控制策略的有效性和可行性.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2018(038)005【总页数】6页(P47-52)【关键词】光伏微网;下垂控制;虚拟动态电阻;功率分配;并网逆变器【作者】韩庆;施伟锋【作者单位】上海海事大学物流工程学院,上海 201306;上海海事大学物流工程学院,上海 201306【正文语种】中文【中图分类】TM727随着全球能源危机的日益加重，环境污染问题日渐突出，作为应对措施之一，新能源发电技术在现代电力系统中得到广泛应用，由不同分布式电源组成的微网系统的研究被国内外专家学者广泛的关注[1]。

微网是由分布式电源、负载、储能装置、能量转换装置、监控和保护等装置组成的小型发配电系统。

目前，如何提高微网并网运行功率平稳性和并网的快速性成为微网研究的热点问题之一[2]。

下垂控制是实现多个微电源并网供电的主要控制策略，由于只需要检测逆变器的运行情况，无需逆变器之间的通讯联系[3]，所以下垂控制策略被广泛应用于并网逆变器的对等控制中。

微网线路较短与线路电压等级较低的特点决定了其感抗与电阻为同一数量级，无法与长距离输电线路一样作等效处理，传统的下垂控制在微网系统中直接应用有功功率与无功功率控制，这必然会引起有功功率与无功功率之间的耦合问题，从而导致微网系统运行的不平稳以及不同微电源之间有功功率与无功功率分配不平衡的问题[4]。

下垂控制理解
（1）下垂控制（Droop控制）可应用于逆变器并联系统中，属于分散控制的一种。

相较于集中控制过于依赖并联系统中的某一模块、主从控制限制电源间的距离，下垂控制只需要电源本身的信息、无需互连信号线，通过采集各逆变器的输出，根据给定的控制策略，就可以使得多台逆变器并联运行。

具有很好的冗余性，结构简单，成本低，系统可靠。

（2）下垂控制模拟了传统电力系统中同步发电机的下垂特性。

工作原理为：逆变电源检测各自输出功率的大小，对有功功率和无功功率进行解耦控制。

根据下垂特性得到输出频率和电压幅值参考值，从而合理分配系统的有功、无功。

简单来说，下垂控制的一个常见运用，就是“有功调频、无功调压。

”对逆变电源并网系统来说，利用下垂特性：①逆变器有功功率输出减少，输出频率增大；逆变器有功功率输出增加，输出频率减小。

②逆变器容性无功功率输出减少，电压升高；逆变器容性无功功率输出增大，电压降低。

（3）控制步骤：①逆变器测量模块采样逆变器滤波后的输出电压、电流。

②坐标变换。

③功率计算，得到逆变器输出的有功功率P和无功功率Q。

④P、Q和给定的Pref、Qref经过下垂控制环节，可以得到频率w和电压幅值U，将合成的三相电压坐标变换到dq轴得到Udref、Uqref。

⑤电压、电流双闭环控制。

⑥SPWM产生逆变器控制所需的驱动信号。