应用逆变器实现有源逆变时，逆变器输出端同交流电网直接连接在一起，逆变器无法改变电网电压，但可以通过电流控制实现功率的传递，通过并网逆变从而完成直流电至交流电间的变换。逆变器输出的电压大小和频率就是电网电压大小和频率，不能任意改变，但逆变器与电网之间有较大的线路阻抗或外加的阻抗，则可以通过逆变器电压控制完成并网。

并网有源逆变实现时的主要考虑是能量的传递，控制能量向网侧传递。因此在最终用户实现上，通常可以分为能量控制环与并网逆变控制环，对比这两个环路，能量控制环为外环，并网逆变控制环为内环。从外环上分析，分为直流电压控制和交流侧功率控制两种，如图6-11所示。出现较早的回馈制动等逆变形式所实现的结构就是以直流电压控制外环的。而目前研究、应用广泛的可再生能源并网逆变则需要功率外环控制，对这一实现，本节将做重点的阐述。

图6-11 直接并网逆变结构

a）直流母线电压控制有源逆变 b）并网控制有源逆变

逆变器通过电感间接接入电网构成了间接并网控制。该电感可以是附加电感，也可以是线路阻抗，这种逆变器称为LCL滤波并网逆变器。其内环控制可以分为传输线电流控制、逆变器滤波电感电流控制和逆变器输出电压控制，这里将逆变器与电网的连接阻抗没有看作是逆变器的组成部分。该方式主要应用于分布式系统能量控制中，逆变器可以将太阳能、风能、燃料电池等能量送入电网中，当分布式能源要求并入电网的功率已知时，可以根据电网情况求出其期望电流或期望电压值，从而采用电流型并网模式或电压型并网模式进行控制。对于分布式供电逆变电源，当采用电压型并网控制方案时，独立运行与并网运行可以工作于相同的控制模式，而电流型逆变器对于并网运行的控制简单易行，如果不考虑传输线阻抗的影响，功率分析很简单。但需指出的是，电流型并网方式难以为常规本地负载进行独立供电，在公共电网故障状况下，如需为本地负载供电，则需转换至电压控制模式，如图6-12所示。

图6-12 有源逆变结构

a）功率环+电压环+电流环并网结构 b）功率环+电流环并网结构

微电网中，逆变器与分布式能源结合在一起，作为分布式能源的接口，此时变换器的控制应该满足分布式电网的要求。其具体在控制上，应具有的环节是：电流/电压内环控制回路、有功功率和无功功率外环控制回路、DG和电网的同步控制、保护功能及故障短路电流抑制功能。不能满足并网规范的逆变器在电力系统中只能被看做是一个负载，而不是微电源。

图6-13a为电流/电压内环控制电路。电压环是用来控制DG的输出电压，并提供电流指令，而电流环提供PWM控制信号。通过电压前馈降低内环反馈增益K_i和K_u，提高电网稳定性。图6-13b是DG₁和DG₂的有功功率-频率的下垂特性，以此来保证有功功率的平衡和均载。下垂特性应由DG₁和DG₂的功率分配及额定功率的大小而定。无功功率也应有类似的下垂特性，以保证无功的分配和均衡。这种下垂特性的实现分别是由频率及电压来控制的，在正常连网运行中，特别是弱电网的情况下，与系统同步是一项关键技术。这种同步控制功能可以附加在有功和无功控制环里，也可由专门的同步电路完成，如图6-13c、d所示。功率环的总体结构如图6-13e所示。

图6-13 微电网中三相逆变器并网结构

a）电压电流内环控制电路 b）下垂控制特性曲线 c）有功功率与同步控制

图6-13 微电网中三相逆变器并网结构（续）

d）无功功率与同步控制 e）功率环总体结构

上面的控制结构中，逆变器除功率环外，采用了电压型输出控制。下面对比电压型输出和电流型输出，并对电压型控制的下垂控制结合线路阻抗特性进行分析。因考虑了传输线，以下的分析方案均具有逆变器LCL并网控制的形式。

方案一为对传输线电感电流进行控制。根据需要给定并网电流的幅值、相位，调节并网功率。图6-14给出了控制系统框图及等效电路。

基于滤波电感电流控制策略是逆变器直接电流控制，如图6-15所示。输送到电网的有功和无功功率是由逆变器滤波电感L₁电流的幅值与相位决定的，通过控制L₁电流的幅值与相位，即可控制逆变器输送给电网的有功功率和无功功率。其输出功率为

式中 Z——L₁之后、电网连接点之前的等效传输阻抗

图6-14 对电感L₂电流进行控制的并网逆变器的框图及等效电路

a）控制系统框图 b）等效单相电路

图6-15 对滤波电感电流进行控制的并网逆变器框图和等效电路

a）控制系统框图 b）等效单相电路

电压型控制对逆变器输出通过LC滤波后的电压进行控制，其控制框图与等效电路如图6-16所示，也可以采用电压电流双闭环的模式，加入电流内环，以提高控制可靠性。

逆变器输送到电网的功率为

式中 Z——滤波电容C之后、电网连接点之前的等效传输阻抗。

因此输送给电网的有功和无功功率为

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图6-16 控制框图与等效电路

a）控制系统框图 b）等效单相电路

通过控制逆变器输出电压的幅值与相位即可控制逆变器输送给电网的有功功率和无功功率。下面具体讨论基于电压型的并网功率调节技术。在分布式发电系统中，各微能源及其与负载之间往往无通信联系，因此其功率外环要承担保证微能源间无调度功率均分的功能，下垂控制是常用的方法。分布式系统中供电单元多实现有功功率——频率的下垂特性，以此来保证有功功率的平衡和均载。下垂特性应由下垂系数及额定功率的大小而定。下面的分析基于单相等效电路。在单相等效电路中，功率表达式可以描述为

解得

情况1：当线路阻抗X>>R₂。

这种情况下，意味着R₂可以被忽略掉。如果功率角δ很小，那么sinδ≈δ，cosδ≈1。就变为

式（6-32）、式（6-33）表明，较小的功率角δ主要取决于有功功率P，电压差（U_s-E）主要取决于无功功率Q。换一个角度说，可以通过单独调节功率角δ调节有功功率P；通过单独调节电压幅值调节无功功率Q。而功率角δ本身又是与频率f有关的，为角频率的积分，因此也可以通过调节频率f来调节功率角δ进而调节有功功率P。以上叙述中，关于调节有功功率P、无功功率Q的论述就是基于经典的频率、电压下垂控制策略。下面给出经典的下垂控制策略：

f-f₀=-k_P（P-P₀）（6-34）

U_s^-Uso=-k_Q（Q-Q₀）（6-35）

式中 f₀和U_so——额定频率和额定逆变器输出电压（一般为电网电压）；

P₀和Q₀——额定的有功功率和无功功率。经典的频率、电压下垂控制特性如图

6-17a所示。

情况2：当线路阻抗R₂>>X。

这种情况下意味着X可以被忽略掉。如果功率角δ很小，那么sinδ≈δ，cosδ≈1。

式（6-32）、式（6-33）就变为

式（6-36）、式（6-37）表明，较小的功率角δ主要取决于无功功率Q；电压差（U_s-E）主要取决于有功功率P。换一个角度说，可以通过单独调节功率角δ调节无功功率Q，也即使可以通过调节频率f调节功率角δ进而调节无功Q；通过单独调节电压幅值调节有功功率P。在这里，经典的下垂控制策略已经不再适用了。

情况3：当线路阻抗R₂与X接近。

这种情况下，R₂与X的取值都要考虑，任何一者都无法被忽略。这就需要找到在P、Q、U_s、δ之间普遍存在的规律。而一旦找到这一规律，将使得情况1和情况2在该规律中成为特例。为实现这一目的，这里引入了一个正交线性旋转变换矩阵T，将有功功率P和无功功率Q修正为P′和Q′，即

有了式（6-38），式（6-30）、式（6-31）可写成

如果功率角δ很小，那么sinδ≈δ，cosδ≈1。式（6-39）、式（6-40）就变为

图6-17 并网控制下垂特性曲线

a）经典的频率和电压下垂控制特性 b）修正后的频率和电压下垂特性

式（6-41）、式（6-42）表明，较小的功率角δ主要取决于P′；电压差（U_s-E）主要取决于Q′。换一个角度说，可以通过单独调节功率角δ调节P′；通过单独调节电压幅值调节Q′。而功率角δ本身又是频率f的信息，因此也可以通过调节频率f调节功率角δ进而调节P′。这里仿照经典的频率电压下垂控制策略的表达形式，给出了修正后的下垂控制策略：

其中，f₀和U_s0分别是额定频率和额定逆变器输出电压（一般为电网电压），P₀和Q₀分别是额定的有功和无功功率，P₀′和Q₀′分别是P₀和Q₀经T变换修正后得到的。

由于在分析中对线路阻抗R与X同时予以考虑的情况，因而情况3更具有普遍意义。