一种基于功率派生的虚拟阻抗方案，结合混合PI-MPC的电网形成控制技术，以提升瞬态和稳态下的功率共享效果

《IEEE Transactions on Sustainable Energy》：A Power-Derived Virtual Impedance Scheme With Hybrid PI-MPC Based Grid Forming Control for Improved Transient and Steady State Power Sharing

分布式发电系统中采用混合PI-MPC与自适应功率导出虚拟阻抗控制策略，有效维持功率比例分配并抑制谐波与电压不平衡，无需通信支持及电网拓扑信息，仿真与实验验证了其在孤岛微电网中的性能优势。

　　

摘要：

随着基于逆变器的发电比例的增加，专注于改进传统发电逆变器的功能并充分发挥其潜力变得非常实际，同时不牺牲电力质量。本文提出了一种新颖的自适应功率导出虚拟阻抗（PDVI）方案，该方案采用混合比例-积分（PI）和模型预测控制（MPC）的电网形成控制方法，实现分布式发电机（DGs）之间的比例功率共享。所提出的方法在瞬态和稳态下都能提高基本功率和非基本功率（谐波和不平衡功率）的共享效果，从而消除了在谐波频率下调整多个比例谐振控制器的需要。PDVI策略应用简单，不依赖于通信，也不需要了解线路长度或网络配置信息。混合PI-MPC控制具有较高的动态响应能力，能够降低总谐波失真（THD），使电力质量保持在标准规定的范围内。在MATLAB/Simulink中对包含两个分布式发电机的系统以及CIGRE低压网络进行了广泛的仿真验证。此外，还将混合PI-MPC控制与最新的基于MPC的电网形成控制方法以及现有的虚拟阻抗方法进行了性能比较。还对PDVI参数的敏感性进行了分析，研究了它们对共耦点电压降、总谐波失真和电压不平衡因素的影响。实验验证表明，即使在存在非线性负载和不平衡负载的情况下，所提出的控制策略也能有效发挥作用。

引言

在电弧炉和驱动设备等工业领域中，以及采用电力电子接口的家庭负载中，非线性负载的存在增加了系统中的谐波含量[1]、[2]。这一问题在微电网等分散式系统中尤为严重。同时，负载的不平衡特性要求电流中包含负序分量。在并网系统中，电网可以很容易地提供所有这些额外的非基本分量（谐波和负序电流）。而对于孤立系统，分布式发电机（DGs）必须自行提供这些额外的电流分量。对于低压配电网络，其阻抗高于高压系统，且低压系统的电阻/电抗（R/X）也比高压系统更高[3]。由于电流波形中的非线性和不平衡因素，这些阻抗特性可能导致总谐波失真（THD）和电压不平衡因子（VUF）增加。因此，在孤立的低压系统中，需要一个可靠的控制器来维持良好的电力质量。