基于下垂控制技术的隔离直流微电网中并联逆变器稳定性与谐波抑制新方法研究

针对直流微电网中并联逆变器在非平衡负载条件下的电压电流(V-I)稳定性与谐波抑制问题，本研究提出了一种集成下垂控制器、LCL滤波器和PI控制器的创新方案。通过MATLAB/SimPowerSystems仿真验证，系统总谐波失真(THD)降至1-8%，实现了快速动态响应和精确的有功功率(KW)/无功功率(VAR)分配，为高比例可再生能源并网提供了关键技术支撑。

　　

随着可再生能源在电力系统中的占比持续提升，直流微电网因其在分布式能源整合方面的优势受到广泛关注。然而，当多个电压源逆变器(VSI)并联运行时，由非平衡负载和非线性负载引发的电压电流(V-I)振荡和谐波问题严重制约系统稳定性。传统下垂控制依赖P-f(有功功率-频率)和Q-V(无功功率-电压)特性，在动态响应速度和功率分配精度方面存在固有局限，特别是在低下垂系数场景下易出现失稳现象。

针对这一技术瓶颈，研究人员在《Results in Engineering》发表的研究中，创新性地将电压-电流(V-I)下垂控制与LCL滤波器相结合。通过建立两并联VSI系统的线性化模型，发现当采用较小下垂系数m_i和n_i时，系统虽能实现快速功率调节，但会引发显著振荡；而通过优化LCL滤波器参数（电感6.23mH/0.69mH，电容10.88μF）和PI控制器参数（K_p=5/0.5，K_i=100/0.05），可在保持动态性能的同时将THD控制在1-8%范围内。

关键技术方法包括：1) 构建含LCL滤波器的两并联VSI仿真模型；2) 设计基于dq坐标变换的级联控制结构（外环电压控制+内环电流控制）；3) 开发自适应下垂算法实现m_p/n_q系数动态调节；4) 采用频域分析法评估系统稳定性边界。

主要研究结果：

1. 下垂控制器设计
   通过方程E*=E₀-n_iL_q和ω=ω*-m_iL_d实现d-q轴电流解耦控制，实验显示当m_p1=2.66×10^-5 rad/s/W时，可实现±2%的功率分配误差。

2. 谐波抑制分析
   对比不同LCL参数组合发现，当滤波器谐振频率设为开关频率(15kHz)的1/10时，5次谐波幅值降低63%，验证了LCL滤波器对高频谐波的抑制作用。

3. 动态响应测试
   在突加80%不平衡负载时，采用V-I下垂控制的系统恢复时间仅28ms，较传统P-f/Q-V控制缩短60%，且电压跌落控制在±5%范围内。

4. 稳定性验证
   特征值分析表明，当下垂系数m_i＞0.01R_k(线路电阻)时，系统所有极点均位于左半平面，满足小信号稳定性条件。

这项研究的重要意义在于：首先，提出的V-I下垂控制框架解决了微电网中DERs（分布式能源）惯性不足导致的快速功率震荡问题；其次，通过LCL滤波器与自适应PI参数的协同优化，在保持系统稳定性的同时显著降低了谐波含量；最后，建立的线性化模型为多逆变器并联系统的稳定性分析提供了通用方法论。该成果为未来高比例可再生能源电网的即插即用式接入提供了关键技术支撑，特别是在岛屿微电网和偏远地区供电场景中具有重要应用价值。