微电网系列之微电网的运行控制
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微电网的运行控制
微电网稳定运行的核心在于变流器控制，VSC（尤其是两电平CCM-VSC） 是主流选择，通过SPWM/SVPWM调制实现功率控制；三电平拓扑因能改善输出质量、降低损耗而受关注；离网运行时则采用VCM-VSC以维持电压稳定。
运行控制是微电网稳定运行的关键，变流器控制技术也是微电网运行控制的基础，微电网中的各个能量单元多采用变流器实现与配电网的能量交换，作为微电网的核心技术之一，微电网变流器的性能表现直接影响系统的运行和性能。
微电网变流器的分类方法有许多：
Table 1 电压源型（VSC） vs 电流源型（CSC）
| 类型 | 直流侧滤波器件 | 优势 | 应用场景 |
| VSC电压源型变流器Voltage Source Converter | 大容量电容滤波 | 同等功率下，体积小、功率密度高、结构简单 | 光伏/储能并网（主流） |
| CSC电流源型变流器Current Source Converter | 大电感滤波 | 短路耐受能力强 | 特定工业场景（较少应用） |
📚VSC主拓扑
基于功率等级、电压等级、工作效率、消除共模电流等不同需求，VSC的主电路拓扑具有两电平、二极管中性点钳位三电平、T形三电平等不同形式。
📚VSC控制模式
基于控制算法和控制目标的不同，VSC又可分：
- 对输出电流进行控制的电流控制模式VSC（Current Control Mode VSC，CCM-VSC）
- 对输出电压进行控制的电压控制模式VSC（Voltage Control Mode VSC，VCMVSC）
Table 2 CCM-VSC vs VCM-VSC
| 类型 | 控制目标 | 适用场景 | 关键技术 |
| 电流控制模式（CCM-VSC） | 精确跟踪输出电流，实现并网功率调节 | 并网运行： 如光伏/风电并网 |
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| 电压控制模式（VCM-VSC） | 直接控制输出电压幅值/频率 | 离网运行：独立供电（如储能/光伏直供负载） 作为主电压源（如储能变流器构建微网电压） |
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📚无缝切换技术
- 同步条件：电压幅值误差<2%、相位角Δθ≈0。
- 案例：虚拟同步发电机（VSG）控制策略，切换过程冲击电流降低70%
📚主流应用与关键技术点 (CCM-VSC)
两电平CCM-VSC 是连接可再生能源/储能并网的最常用形式，譬如：光伏电池、风力发电机、储能系统和电网或负载的交流系统。
- 控制目标：该类控制方法可通过控制其并网侧的交流电压实现并网功率控制，通过调整输出电流来实现不同的并网特性。
💎关键调制技术
为实现变流器并网性能的精确和高效，基于输出电压的脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）方式的选择成为主要技术趋势。目前，两电平CCM-VSC中最常用的PWM调制方式分为两种：
- 正弦脉宽调制PWM（Sine-wave Pulse Width Modulation，SPWM）。
- 空间矢量调制PWM（Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM）。
Table 3 调制方式对比
| 类型 | 原理 | 优势 | 局限性 |
| SPWM | 正弦波与三角波比较 | 算法简单，易实现 | 电压利用率低（≤86.6%） |
| SVPWM | 空间矢量合成 | 电压利用率高（提升15%），谐波更低 | 计算复杂 |
💎潜在技术: 三电平拓扑结构的CCM-VSC
- 优势：输出电压的电压上升速率（dv/dt）和谐波，并有效减小开关损耗及电磁干扰
- 研究热点：如何通过 SPWM/SVPWM 等调制方式进一步降低输出谐波和开关损耗；如何将分布式能源与三电平拓扑更好结合以提高发电效率和并网功率等级（尤其小功率光伏）
📚前沿技术与发展趋势
1. 构网型变流器（GF-PCS）
⚡主动构建电网电压/频率，支持100%不平衡负载；
⚡应用场景：黑启动、新能源基地平抑波动。
2.智能算法融合
⚡基于机器学习优化锁相环（PLL），提升抗干扰能力；
⚡模型预测控制（MPC）实现毫秒级动态响应。
3.多电平与模块化拓扑
⚡五电平及以上拓扑进一步降低损耗，提升效率。
📚总结
微电网变流器技术正沿 “高效化—智能化—构网化”路径发展：
💎高效化：三电平拓扑+SVPWM调制成为主流，解决损耗与谐波问题；
💎智能化：AI算法提升控制精度（如自适应锁相环）；
💎构网化：VCM-VSC从被动调压转向主动构建电网（VSG/GF-PCS）。
参考文章
承上
微电网系列之微电网关键技术和规划
启下
CSDN
