构网型逆变器技术综述

赵炳洋，赵波，张芳，陈杰

(1.北京信息科技大学 自动化学院，北京 100192；2.中国电力科学研究院有限公司，北京 100192)

0 引言

2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和是我国能源电力系统发展的战略目标。为了实现“双碳”目标，我国正在大规模发展新能源，加快新型电网建设[1]。目前新型电力系统呈现的高比例可再生能源、高比例电力电子设备特征，导致电网缺乏惯性支撑使得新型电力系统的电压与频率稳定性面临挑战[2]。构网型控制技术可以为大电网提供全过程的电压源支撑，可解决电力系统电压与频率的稳定性问题，实现对电网的主动感知、主动响应和主动支撑，提高本地新能源消纳能力和局域电网供电质量。

逆变器控制技术多种多样，构网控制技术也处于发展阶段，为了对构网控制技术作系统化的梳理，本文首先对比分析了跟网型与构网型控制技术的区别，给出典型构网控制技术的结构与特点，然后针对构网控制技术的稳定性与优化方向进行分析，最后对构网控制技术的发展进行了展望。

1 并网逆变器控制技术对比

根据逆变器与其所并入电网之间的关系可以将逆变器的控制技术分为跟网型(grid-following)与构网型(grid-forming)两种[3]，两种逆变器的控制技术对应的控制结构如图1所示。

图1 两种逆变器控制结构示意

图1中，Udc为直流侧电压，Lf与Cf为逆变器交流测滤波电感与滤波电容，Lg为电网等效电感，Ug为电网电压。两种系统的拓扑结构相同，均通过电力电子器件将直流电能转换为交流电能。两者的不同主要体现在控制策略。

从控制策略实现目标的角度来看：跟网型控制策略的主要目标是向电网馈入功率，支撑电网是次要目标。而构网型控制策略则可以实现对电网的支撑，且面对“双高”电力系统，构网控制策略的作用逐渐凸显。

从控制变量的角度来看：跟网型逆变器的控制变量为电流I，是一种引入锁相环以电网电压相角δ为参考的电流闭环控制，并网时等效为受控电流源，因此也被称为电流控制型逆变器(current-controlled inverter)[4]。当电网呈现弱电网强度时，由于锁相环的引入，使得跟网型逆变器系统稳定性较差，存在谐波振荡问题也会恶化系统稳定性。构网型逆变器的控制变量为电压的相角θ与幅值U，不需要锁相环的介入，便可以生成控制策略的参考相角，因此稳定性要优于跟网型逆变器[5]。

2 典型构网型控制技术

目前典型的构网型控制技术有下垂控制(droop-control)、虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，VSG)、虚拟振荡器控制(virtual oscillator control，VOC)。主流的逆变器控制策略分类如图2所示，本节将对不同构网控制策略的控制结构进行分析，并对比各构网控制策略的特点。

图2 逆变器控制技术分类

2.1 下垂控制

传统下垂控制控制方程如式(1)所示。控制方程模拟了电力系统中功率传输性，也即有功功率与频率之间存在线性关系，无功功率与电压之间存在线性关系。

(1)

式中：Pref为逆变器输出有功功率参考值；P为逆变器实际输出有功功率；ωref为逆变器输出角频率参考值；ω为下垂控制逆变器实际输出角频率；θ为下垂控制逆变器输出的相角，可由实际输出角频率积分获得；Kp为有功下垂系数；Qref为逆变器输出无功功率参考值；Q为逆变器实际输出无功功率；Uref为逆变器输出电压幅值参考值；U为下垂控制逆变器输出电压幅值；Kq为无功下垂系数。

通过采集逆变器输出的电压电流，计算得到逆变器输出的有功P与无功Q，将P与Q作为下垂控制环节的输入量，通过下垂特性得到θ与U，利用θ与U合成为后续电压电流双闭环控制中电压外环的参考电压。下垂控制对应的控制框图如图3所示。

图3 下垂控制策略框图

文献[6-7]给出了微电网情况下采用上述传统下垂控制策略的逆变器各控制环的详细控制方程与控制框图，并基于所给出的控制方程详细推导了传统下垂控制策略的小信号模型，由小信号模型对系统的参数选择与稳定性进行了详细的分析，通过仿真获得了系统的功率分配情况。但上述文献并未对采用传统下垂控制策略的逆变器在面对负载波动与电网频率发生扰动时功率的暂、稳态特性进行分析。发生扰动时，采用传统下垂控制策略的逆变器就会存在缺陷。当系统发生扰动时，采用传统下垂控制的逆变器就会面临自身频率变化过快、波动较大等问题，这些问题会恶化电能质量，危害系统的频率稳定性。

因此有学者通过在传统下垂控制的功率环中追加一阶惯性环节等方法为下垂控制带来惯性，此种控制策略可称为惯性下垂控制策略。

文献[8]在传统下垂控制的有功环节的前向通路上，增加了一阶惯性环节，当系统发生扰动时，该控制策略使得逆变器在进行自身频率调节时，存在过渡时间而不是突变。但该文献并未详细分析一阶惯性环节中参数的影响，如果参数调节不当可能会增大系统面对扰动时的调节时间，减缓系统的响应速度。

文献[9]在传统下垂控制的无功环中引入了微分负反馈，使得系统面对无功扰动时，电压不会突变，存在过渡时间。该控制策略给系统的无功环带来惯性，改善了系统的电压、无功调节特性。然而该文献进行仿真分析时，工况单一，只分析了单机并网的情况，因此存在无法适用于多机并联工况的隐患。

2.2 虚拟同步发电机

近年来，电力系统的频率安全事故频频发生，这与电力系统的低惯性密切相关[10]。传统火力发电采用同步发电机完成机械能到交流电能的能量转换，同步发电机的惯性，为电力系统提供调频服务。而虚拟同步发电机模拟了同步发电机的定、转子功能，实现了直流电能向交流电能的转换，同时也为电力系统提供了惯量支撑，为一次调频争取时间，改善了系统在面对扰动时的频率稳定性。

虚拟同步发电机技术发展至今有着多种实现方案，如比利时鲁汶大学的VSYNC(virtual synchronous control)，德国克劳斯塔尔工业大学的VISMA(virtual synchronous machine)，加拿大多伦多大学的虚拟惯性频率控制，钟庆昌教授的同步逆变器(Synchronverter)方案等[11]。按被控变量的不同，如图2所示，可将不同虚拟同步发电机实现方案分为电流控制型、电压控制型。相较于电流控制型VSG，电压控制型具备适用于弱电网工作环境、可实现微电网孤岛运行、具有电网支撑能力等优点，更加适合目前新能源发电。因此目前主流的VSG为电压控制型VSG。

VSG有功环路控制方程如式(2)所示。

(2)

式中：Pm为虚拟转子发出的机械功率；Pref为参考有功功率；Pe为电磁功率；Kω为下垂系数；ω为虚拟同步机输出的角频率；ωref为参考角频率；θ为虚拟同步机输出的相角。

VSG无功环路控制可采用与下垂控制相似的形式。有功控制环路输出相角θ，无功控制环路输出电压幅值U。θ与U合成为后续电压电流双闭环控制中电压外环的参考电压，如图4所示。

图4 VSG控制策略框图

结合下垂控制与VSG的控制方程与控制框图可知，这两种控制技术存在相似性。VSG控制可以认为是增加了惯性和阻尼项的广义下垂控制，下垂控制可以认为是不考虑惯性和阻尼的广义VSG控制。

文献[12]基于采用同步逆变器方案的并网逆变器模型，利用小信号分析法给出了VSG的功率环闭环控制框图，采用零极点分布图论证了VSG有功环与无功环之间的耦合效应可以忽略。由忽略耦合后的控制框图，设计了VSG的阻尼与惯性参数，对其参数选择有着指导意义。

阻尼与惯性也使虚拟同步发电机与下垂控制呈现不同的输出特性。文献[13]详细分析了不同工况、控制参数下VSG与下垂控制的动态特性。虽然VSG引入的阻尼与惯性可以阻止扰动时系统频率的快速下跌，但这也使得系统面临新的问题，系统面对扰动时动态特性发生振荡，会影响系统的稳定性。VSG与下垂控制之间输出特性差异的本质是因为二者输出功率与扰动信号之间的传递函数不同。VSG输出功率面对频率扰动时呈现二阶传递函数的性质，而下垂控制则为一阶传递函数[13]。

2.3 虚拟振荡器控制

目前应用较多的构网型逆变器策略为下垂控制、VSG控制。除上述控制策略外，还存在VOC策略，也被称为虚拟振荡器控制。在下垂控制和VSG控制策略中电压电流双闭环的参考电压是由外环功率控制器依照功率采样的结果计算得到，而VOC策略的参考电压则是由虚拟振荡器给出。振荡器是实际存在的谐振电路，虚拟振荡器则是通过微分方程建立振荡器模型并离散化后利用编程得到的虚拟电路。采用VOC策略的并联逆变器不需要逆变器之间的通信即可实现同步，具有自同步性[14]。而并联系统输出的电压幅值与相角不同步会造成环流，VOC控制可减小并联系统内部的环流[15-16]。

虚拟振荡器包含一个LC振荡回路、一个受控电流源与受控电阻相结合的模块SRM(source-resistance model)，以及一个电流控制型电流源。虚拟振荡器控制策略的控制框图如图5所示[16]。

图5 VOC控制策略框图

虚拟振荡器存在不同种实现方法。范德波尔振荡器(Van der Pol oscillator)主要应用于孤岛情况，该控制策略不需要进行功率计算，因此其动态响应速度要优于下垂控制与虚拟同步发动机。文献[17]给出了范德波尔振荡器的设计流程和控制参数的设计方法。虽然采用范德波尔振荡器的同步性与动态性能要优于下垂控制，但因为采用控制策略的并网逆变器输出电压存在较大的三次谐波分量，该种控制策略只适用于孤岛情况[18]。

为了适用于并网工况，部分学者将该控制策略与其他并网控制策略进行融合，从而实现孤岛与并网不同工况的运行。文献[19]将范德波尔振荡器与PQ控制策略进行融合，达到了微电网的并离网运行，使得微电网拥有更好的并离网性能。范德波尔振荡器还存在着其他问题，如无法对输出功率进行控制、无法单独并网。由此便改进出新的VOC策略——可调度型虚拟振荡器控制(dispatchable VOC，dVOC)。文献[20]在多机并联并网工况中采用dVOC策略实现多逆变器的输出功率调度也即对输出功率进行控制。除上述策略之外，还有如文献[21]采用的unified virtual oscillator control(UVOC)，此种控制策略是对dVOC的改进，可使逆变器具有快速故障穿越能力，增强了并网逆变器的适应能力。

由前文所述，将各构网控制技术的特点总结如表1所示。各构网控制技术特点的不同，导致各自的工况适应性也不同。下垂控制虽然可以工作在并网与离网工况，但面对功率或频率波动时，下垂控制由于缺少阻尼与惯性支撑，导致其调节过程较快，容易引发频率安全事故。而VSG面对扰动时的动态调节过程存在阻尼与惯性支撑，减少了频率安全隐患，因此相较于下垂控制，更适合工作在并网与离网工况。VOC技术的优点体现在具有自同步性，并联运行均流效果好、响应速度快，相较于上述两种构网控制技术，VOC技术更适合工作在多机并联工况。但VOC并网谐波较大，因此不适合工作在并网工况。

表1 构网控制技术特点总结

3 构网控制技术稳定性分析

相较于传统火力发电使用的同步发电机，新能源发电采用的构网控制技术的惯性、阻尼较小，更容易使发电系统受到干扰而产生稳定性问题。因此国内外学者展开了对构网控制技术的稳定性的研究，研究方法与建模方法如图6所示。构网控制技术稳定性问题的研究可以分为小信号稳定性分析和面对大扰动的暂态稳定性分析[22]。

图6 构网控制技术稳定性研究

3.1 小信号稳定性分析

3.1.1 状态空间法

目前对于构网控制技术的小信号稳定性分析主要采用两种方法。状态空间法是一种时域分析方法。构网型逆变器的控制策略常常包含多控制环路，环路中存在着各种非线性环节，因此需要利用小信号分析方法对控制系统线性化。再利用状态空间法得到构网型逆变器的状态矩阵，求出状态矩阵的特征根，由特征根的分布情况对系统进行稳定性分析。因此该方法也被称为特征根分析法。特征根位于右半平面时，系统无法稳定。特征根位于虚轴时，系统输出呈现等幅振荡。特征根位于左半平面时，系统是稳定的。

文献[23-25]建模时考虑了下垂控制的功率下垂环节、功率计算环节与线路阻抗，采用状态空间分析法判断了采用下垂控制的构网型逆变器的稳定性，指出控制参数与线路参数对系统稳定性的影响。但由于建模时并未考虑内环控制器，因此稳定性分析结果可能与实际情况存在偏差。文献[26]在建模时考虑了控制环路的电压、电流内环的全阶小信号模型，并利用状态空间法对采用下垂控制策略的构网逆变器进行了稳定性分析，为全阶模型的建立提供参考。文献[27]针对采用VSG控制策略的并网逆变器，分析了全阶模型与降阶模型的区别。全阶模型与降阶模型的效果基本相同，但在弱电网情况下采用降价模型可能会导致错误的判稳结果。

状态空间法理论成熟，可应用于单机、多机工况下的稳定性分析。但在获取系统状态空间模型时，随着构网型逆变器系统越来越复杂，所得的状态空间模型维度也会增加，计算过程会变得十分复杂，且高维模型缺乏明确的物理解释。因此，目前有学者采用阻抗分析法对构网型逆变器的控制策略稳定性进行研究。

3.1.2 阻抗分析法

阻抗分析法是一种频域分析方法。该方法最早应用于两个级联的直流系统的稳定性分析。对于交流系统，采用诺顿或戴维南等效方法，将构网型逆变器等效为交流电源与构网逆变器等效输出阻抗相连的拓扑结构，将电网等效为交流电源等效和电网等效输出阻抗相连的拓扑结构[28]，由此将并网构网型逆变器等效为了如图7所示的级联系统。构网型逆变器系统的稳定性可对等效后级联系统应用奈奎斯特稳定性判据进行分析。

图7 构网逆变器级联系统等效框图

图7中，Zinv(s)为构网逆变器等效输出阻抗，控制策略不同的逆变器等效输出阻抗不同。Zg(s)为电网等效阻抗。对节点a与回路①分别列写节点电流与回路电压方程，整理后可得并网电流表达式，如式(3)所示。

(3)

文献[30]分别建立dq0坐标系下的电流控制型、电压控制型的等效输出阻抗模型，基于所建立的等效输出阻抗模型应用了阻抗分析法，对比分析了电流控制型与电压控制型逆变器的稳定性。电压型控制逆变器的弱电网稳定性要优于电流型控制逆变器。

文献[31]建立了dq0坐标系下的虚拟同步机的等效输出阻抗模型，采用阻抗分析法对VSG的稳定性进分析，研究了不同电网强度对VSG的稳定性影响。但该文并未考虑坐标系之间的耦合。

dq0坐标系之间存在的耦合会导致系统存在4个维度的等效输出阻抗Zdd，Zdq，Zqd，Zqq，这为等效输出阻抗的计算与实际测量带来了不便，因此使得所建立的等效输出阻抗模型无法进行准确性验证。相较于dq0坐标系的阻抗模型，序阻抗模型具有明确的物理意义，且可以进行实际的测量来衡量阻抗模型的正确性，故有学者展开了基于序阻抗模型的构网逆变器稳定性分析。

基于序阻抗的阻抗建模也被称为谐波线性化阻抗建模。该方法通过在系统中某个电位注入电压谐波扰动，获取系统的响应电流，将二者相比得到系统的等效输出阻抗。该方法建立的阻抗模型物理意义明确，方便使用阻抗测量设备进行测量验证或进行仿真扫频法验证。

文献[32-33]采用此方法对采用VSG控制策略的逆变器进行了稳定性分析，并采用扫频法验证了所建立的序阻抗模型的正确性。该方法建立的阻抗模型准确度高，且计算量较少，适合实际应用。文献[34]采用此方法对比分析了VSG与传统跟网型控制策略的稳定性。在弱电网情况下，传统跟网型控制策略的等效输出阻抗为容性，容易与等效输出阻抗为感性的弱电网发生振荡。而VSG的等效输出阻抗呈现感性，不易与弱电网发生谐振，因此更适应弱电网情况。

上述的阻抗分析法可以应用于单机、多机工况下的稳定性分析，且多机稳定性分析还可以对某系统中某一部分的稳定性进行单独分析，具有应用灵活的特点。

3.2 暂态稳定性分析

3.1节中提到的构网控制策略的稳定性分析是建立在系统稳态工作点上的小信号扰动稳定性分析。而本节对于构网逆变器的暂态稳定性分析，则对应系统面对大扰动如大负荷扰动或故障等情况。系统大扰动稳定性分析的有效性要大于小信号稳定性分析。针对于构网型逆变器的暂态稳定性分析的文献较少，但仍存在着一些主流的分析方法，如李雅普诺夫函数法、时域仿真法等。

3.2.1 李雅普诺夫函数法/能量函数法

能量函数法首先要构造系统的李雅普诺夫函数(能量函数)，该函数是一个包含系统参数的二元函数V(x1,x2)，如式4所示，式中参数的详细意义可参考文献[35]。该方法本质是采用李雅普诺夫定理进行判稳，因此也被称为李雅普诺夫函数法。由二元函数可得到系统的稳定域，当函数值小于边界值时，系统是稳定的。该方法不仅可以判断系统的稳定性，还可以研究系统参数对稳定域的约束，有利于设计系统参数。

(4)

文献[35]在考虑直流侧、构网逆变器以及交流侧的前提下构建了李雅普诺夫函数。由构造的函数得到了系统的稳定域，清晰地分析了系统大扰动情况下的稳定性，但并未对系统参数的影响性进行分析。文献[36]详细给出了采用VSG控制的构网型逆变器的李雅普诺夫函数、边界值表达式、判稳步骤，以及参数对系统的稳定域影响，对推广此方法的应用有着一定的指导意义。文献[37]构造了构网型逆变器与跟网型逆变器的能量函数，对比分析了两者的大信号稳定性，并结合硬件在环仿真实验详细分析了构网型逆变器在不同程度电网故障时的失稳机理。

3.2.2 时域仿真法

时域仿真法是一种基于仿真工具的研究方法。目前主流的电力系统仿真工具有PSCAD、Matlab/Simulink、PSASP以及DIgSILENT等。利用仿真工具可以得到由构网逆变器构成的电力系统在面对大扰动时的输出响应，从而达到分析构网逆变器暂态稳定性的目的。

文献[38]提出了一种面对大扰动时的新能源场站机电暂态模型。采用相关的电力系统仿真软件对风电场、光伏电站等新能源场站面对大扰动时的输出特性进行分析，验证了机电暂态模型的正确性。文献[39]采用仿真软件DIgSILENT对4台火力发电机与2台含虚拟惯性的风机构成的电力系统进行仿真。含虚拟惯性电力系统在面对大扰动时具有更好的稳定性。

时域仿真法得到的稳定性分析结果准确性、有效性高，还可以用来验证大扰动稳定性分析所得的结论。但该种方法对所建立的时域仿真模型的准确性也有要求，若模型建立不准确则可能会得到错误的稳定性分析结论。且随着系统的复杂性增强，时域仿真耗时也会增长。

4 构网控制技术优化

对构网控制技术的优化也是目前构网控制技术的主要研究方向之一。相关研究人员对构网控制技术的优化主要体现在以下两方面：①构网控制技术输出特性的动态调节过程优化；②构网控制技术的工况适应性优化。

4.1 动态调节过程优化

构网控制技术输出特性的动态调节过程仍需要进行优化。如传统的下垂控制无法为系统提供惯性与阻尼，导致其面对扰动时频率下降过快，而虚拟同步发电机动态过程也存在超调、振荡等问题[40]。为解决此类问题，已有学者展开对构网控制技术动态输出特性优化的研究。

文献[40]给出了传统下垂控制与虚拟同步机的小信号模型，基于建立的模型给出了两种控制方式对应的传递函数，由传递函数指出了下垂控制动态输出过程中缺乏阻尼与惯性，面对扰动时频率下降过快的问题，还指出了VSG动态过程存在的超调、振荡的问题。从传递函数的角度出发，对前向通道与反馈通道的控制器进行重新设计，使得系统等效为一种可以提供阻尼与惯性的广义下垂控制，有效解决了下垂控制与VSG动态过程的缺陷。由文献[40]可知通过建立控制策略的小信号传递函数，由传递函数角度出发对控制策略的传递函数进行重新设计是一种根本、有效的优化方法。文献[41-43]便是在控制环路增添了前馈与反馈环节，改善了VSG动态调节过程中的振荡、超调现象。

有的学者还采取自适应控制参数的方法来解决VSG的超调、振荡问题。文献[44]指出转动惯量可以减小VSG的超调，但会使得频率恢复过慢。由此提出了一种改进的自适应控制策略，当系统超调现象发生时增大系统的惯性，当系统处于频率恢复过程则减小系统转动惯量，达到了减小超调和加快频率恢复的作用。

但自适应控制参数的优化方法也比较复杂。且在动态调节过程前，是否能有效准确地触发自适应控制策略也是需要考虑的问题。因此对构网控制策略的传递函数重新设计、从根本上解决构网控制技术动态过程存在的问题是一种更为简洁、有效的方法。

4.2 工况适应性优化

在实际应用时，构网控制技术要适应不同工况，如并网工况和多机并联工况，这对构网控制技术的工况适应性也提出了更高的要求。

4.2.1 预同步与低电压穿越

目前对于构网控制技术并网工况优化主要考虑预同步问题和低电压穿越问题。

采用构网控制技术的逆变器在离网时可以独立运行。为了使逆变器安全并网，要在并网时考虑预同步问题，使得逆变器输出电压的幅值、相位与电网相同，来避免并网产生过大的冲击电流。文献[45]采用锁相环来同步逆变器与电网输出电压的相位，并搭建了实物平台验证了采用锁相环进行预同步的有效性。但文章并未对锁相环给系统带来的稳定性问题进行分析，而锁相环的引入会恶化系统的稳定性，且当电网强度较弱时，锁相环可能无法正确获取电网输出电压的信息从而导致预同步失败。构网控制技术可自动生成参考相位，因此有学者从此角度出发，设计了不采用锁相环进行预同步的控制策略。文献[46-48]在原有VSG的相位生成环节中添加了相位补偿环节，通过补偿VSG与电网之间的相位差来实现VSG输出电压与电网电压的误差跟踪，从而实现预同步。此种预同步方法无须额外引入锁相环获得逆变器输出电压的信息，减小了系统的复杂性，无需考虑锁相环的精度，提高了预同步成功率。

实际电网运行中还会面临电网电压跌落的问题，因此成功并网后要对相应的低电压穿越控制策略进行设计，确保并网后的逆变器具备低电压穿越的能力。文献[49]设计了一种低电压穿越控制的平滑切换方案。系统正常工作时采用平衡电流控制策略来抑制输出电流的负序分量，当发生电压跌落时该方案采用传统的低电压穿越控制策略限制输出电流幅值，低电压穿越完成后平滑切换到平衡电流控制策略。该方案可使构网逆变器面对Ⅰ型与Ⅱ型故障时具有良好的低电压穿越特性。文献[50]则对VSG的功率控制环进行改进，当电压跌落时，调节有功与无功指令可使系统满足低电压穿越要求。电压跌落的深度会影响功率指令的大小。在实际应用中，电压跌落过程较快，若手动调节功率指令，会面临无法根据电压跌落深度的大小立即判断功率指令大小的问题，因此该方法的可行性需要进一步验证。针对此问题，文献[51]把不同电压跌落深度情况进行分类，对不同的电压跌落深度采取不同的控制方法，使构网逆变器具备良好的低电压穿越能力。

4.2.2 多机并联环流抑制

多机并联可以增加系统的容量、冗余性、灵活性，而环流问题是构网控制技术应用于多机并联工况必须要解决的问题，环流过大会增加系统损耗，危害系统的稳定性。

文献[52]将环流定义为两台逆变器输出电流的差值，并给出环流表达式，指出环流与并联逆变器输出的电压与控制参数有关。由于并联逆变器的容量与电路参数不可能完全一致，因此会不可避免地产生环流。在文献[52]的基础上，文献[53]给出了环流表达式，如式5所示，并进一步指出环流的大小、流向与逆变器之间输出电压的幅值、相角差有关。

(5)

式中：U为逆变器输出电压幅值；δ为逆变器输出电压的相位；Z为逆变器等效输出阻抗。由式(5)可知，可以通过改变逆变器等效输出阻抗Z来抑制环流。文献[54-55]采用虚拟阻抗技术改变了构网逆变器的等效阻抗，优化了构网逆变器多机并联时的功率分配，减小了并联系统的环流，并给出了虚拟阻抗的表达式，且在无功环路增加了电压补偿环节来解决虚拟阻抗带来的压降问题。但固定参数的虚拟阻抗在实际应用时需要考虑线路阻抗的大小，而线路阻抗往往不方便测量，具有不确定性。为解决此问题有学者提出了一种自适应虚拟阻抗的控制方法。文献[56]在原本固定参数的虚拟阻抗基础上增加由逆变器输出功率决定的虚拟阻抗补偿项，该控制策略可以根据逆变器输出功率的大小自适应的调节虚拟阻抗的大小，从而抑制系统环流，优化了逆变器之间的功率分配情况。

值得注意的是，VOC控制方式具有自同步性，并联工况的均流能力与相应速度明显优于下垂控制和VSG，因此VOC以及派生出的相关控制策略如dVOC、UVOC是一类很有前途的构网控制技术，但目前此类技术研究较少，相关文献可以参考2.3节。

5 结论与展望

本文对并网逆变器控制技术进行分类，分析了构网控制策略的结构与特点，总结了已有的研究内容，有助于后续相关研究人员梳理研究思路。本文针对构网控制技术研究的相关结论如下。

1)构网控制技术有利于推进我国加快完成双碳目标、加强电力系统稳定性、提高电能质量。构网逆变器更加适用于弱电网工况，可以为电网提供电压、频率支撑，更适用于我国呈现“双高”趋势的电力系统。

2)确保含构网逆变器的电力系统稳定运行，稳定性分析工作必不可少。目前的稳定性分析主要针对小信号稳定性分析。状态空间法是一种时域分析方法，理论成熟，可应用于单机、多机不同工况，但实际工况越来越复杂，所建立的状态空间矩阵的维数会增大不利于模型的求解与特征根的计算。阻抗分析法作为一种频域方法，不仅可以分析系统的稳定性，还可以分析系统内部之间的交互影响。dq0坐标系下的阻抗模型存在耦合且物理意义不清晰，不方便进行实际测量。而序阻抗模型物理意义明确，可采用实际设备或扫频法测量。

3)小信号稳定性分析需要建立在系统存在稳定工作点的情况，当系统面对大扰动，无法建立稳态工作点时，需要进行暂态稳定性分析。针对此类问题，往往采用能量函数法或时域仿真法进行分析。相较于小信号稳定性分析，构网逆变器的大扰动稳定性分析研究内容较少，其难点在于如何建立明确有效的能量函数。

4)构网控制技术的动态特性仍有缺点，如传统下垂控制动态调节过程缺乏阻尼与惯性支撑，因此频率稳定性较差，VSG控制的动态调节过程存在超调与振荡，VOC控制策略并网谐波较大，因此针对构网控制技术动态特性的优化是目前主要的研究内容。如何使构网控制技术满足更多的工况，如多机并联、并离网无缝切换、低电压穿越等，也是目前主要的研究内容。

面对新型电力系统的“双高”特征，未来针对构网型控制技术的研究必不可少。对构网控制技术的发展进行如下展望。

1)相较于传统电力系统，新型电力系统失稳机理更加复杂。在考虑失稳机理时不仅要考虑功角、频率与电压，还要考虑耦合振荡与谐振问题。要确保电力系统安全稳定的运行，未来需要对含有构网型逆变器的新型电力系统的失稳机理进行更深入的研究。

2)随着电力系统的容量进一步扩大，不可避免地会引入多台变流器并联工况以及不同控制策略组合的工况。构网控制技术与其他控制技术组合，能否有效运行、能否弥补互相的缺点从而为新型电力系统带来更好的性能，是未来研究的重要方向。

3)新型控制算法如模型预测控制(model predictive control,MPC)、自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)、模糊控制(fuzzy control)等，能否应用到构网控制技术中，为构网控制技术带来更快的响应速度与更高的控制精度，也是未来需要深入研究的方向。