考虑构网型与跟网型逆变器交互的孤岛微电网小信号稳定性分析.pdf

考虑构网型与跟网型逆变器交互的孤岛微电网小

信号稳定性分析

一、本文概述

随着可再生能源的快速发展和分布式发电技术的广泛应用，孤岛

微电网已成为一个重要的研究方向。孤岛微电网通常由多种分布式电

源（如光伏、风电、储能等）和负荷组成，并通过电力电子设备（如

逆变器）进行能量转换和控制。在这些电力电子设备中，构网型逆变

器和跟网型逆变器是两种常见的类型，它们在孤岛微电网中扮演着不

同的角色。构网型逆变器主要负责维持微电网的电压和频率稳定，而

跟网型逆变器则主要跟踪大电网的电压和频率。

然而，在孤岛微电网中，构网型逆变器和跟网型逆变器之间的交

互可能会对微电网的小信号稳定性产生影响。小信号稳定性是指系统

在受到小扰动后能否保持稳定运行的能力，对于孤岛微电网来说，小

信号稳定性是非常重要的。因此，本文旨在研究构网型逆变器和跟网

型逆变器交互对孤岛微电网小信号稳定性的影响，为孤岛微电网的优

化设计和稳定运行提供理论支持和实践指导。

本文首先将对构网型逆变器和跟网型逆变器的基本原理和控制

策略进行介绍，然后建立孤岛微电网的小信号模型，分析构网型逆变

器和跟网型逆变器交互对小信号稳定性的影响机理。接着，本文将通

过仿真实验验证理论分析的正确性，并探讨不同参数和控制策略对孤

岛微电网小信号稳定性的影响。本文将提出优化孤岛微电网小信号稳

定性的策略和建议，为孤岛微电网的稳定运行和可再生能源的可持续

发展提供有益参考。

二、构网型与跟网型逆变器的工作原理

构网型逆变器和跟网型逆变器是微电网中的两种关键设备，它们

在孤岛微电网小信号稳定性中扮演着不同的角色。理解这两种逆变器

的工作原理，对于分析孤岛微电网的小信号稳定性至关重要。

构网型逆变器，又称为电压源型逆变器（VSI），其主要功能是

在微电网中创建一个电压源。构网型逆变器通过控制其输出电压的幅

值、频率和相位，来主动支撑微电网的电压。在孤岛模式下，构网型

逆变器需要保持电压和频率的稳定，防止微电网出现电压和频率的波

动。构网型逆变器通常采用下垂控制策略，通过检测输出电压和电流，

调整逆变器的输出电压和频率，以维持微电网的稳定。

跟网型逆变器，又称为电流源型逆变器（CSI），其主要功能是

在微电网中作为一个电流源。跟网型逆变器的主要任务是跟踪并响应

构网型逆变器或外部电网的电压，通过控制其输出电流来保持与电压

源的同步。在孤岛模式下，跟网型逆变器需要快速响应构网型逆变器

的电压变化，通过调整其输出电流来维持微电网的功率平衡。跟网型

逆变器通常采用恒功率控制或恒电流控制策略，以确保其在微电网中

的稳定运行。

在孤岛微电网中，构网型逆变器和跟网型逆变器之间的交互作用

对于维持小信号稳定性至关重要。构网型逆变器负责维持微电网的电

压和频率稳定，而跟网型逆变器则负责响应构网型逆变器的变化，保

持微电网的功率平衡。因此，分析这两种逆变器的交互作用，对于理

解孤岛微电网的小信号稳定性具有重要意义。

三、孤岛微电网小信号稳定性数学模型

在孤岛运行的微电网中，构网型逆变器（Grid-formingInverter,

GFI）和跟网型逆变器（Grid-feedingInverter,GFL）的交互对系

统的小信号稳定性有显著影响。为了深入分析这种交互作用，我们需

要建立一个包含GFI和GFL的孤岛微电网小信号稳定性数学模型。

我们考虑一个由多个GFI和GFL组成的孤岛微电网。每个GFI和

GFL都可以通过适当的控制策略（如下垂控制、虚拟阻抗控制等）来

调节其输出功率和电压/电流波形。在建模过程中，我们将每个逆变

器视为一个节点，并通过线路阻抗（包括电阻、电感和对地电容）将

它们连接起来。

为了分析系统的小信号稳定性，我们需要建立一个线性化的小信

号模型。我们需要确定每个节点的电压和电流动态方程。这可以通过

对逆变器的控制方程进行线性化来实现。线性化过程中，我们假设系

统偏离稳态的程度很小，因此可以将非线性方程近似为线性方程。

对于GFI，我们需要考虑其电压源的特性，即它能够独立地控制

其输出电压的幅度和相位。因此，在建立GFI的小信号模型时，我们

需要考虑其电压控制环的动态。对于GFL，由于其需要从微电网中汲

取功率，因此我们需