变流器控制策略

PQ控制：典型的跟网型

PQ控制（恒功率控制）属于典型的跟网型控制，PQ控制的核心目标是按指令精确输出有功功率（P）和无功功率（Q）。

优势：响应速度快，功率跟踪精度高，适合需要快速功率调节的场景（如电网调峰、调频辅助服务。

局限：完全依赖电网支撑，无法独立维持系统频率和电压，因此仅适用于并网模式，孤岛运行时会因缺乏电压/频率基准而失效。

VF控制：基础的构网型

VF控制（恒压恒频控制）属于基础的构网型控制，VF控制目标是输出一个幅值(V)和频率(f)都恒定不变的交流电压，为负载提供稳定的电源。

优势：能独立支撑孤岛系统稳定运行，电压和频率控制精度高，适合作为微网中的“主电源”（如离网光伏储能系统、应急电源）。

局限：多台VF控制的变流器直接并联时，会因电压和频率基准的微小差异导致功率分配不均，甚至引发环流，因此不适合无通信协调的多机并联场景。

下垂控制：进阶的构网型

下垂控制是为了使逆变器模拟同步发电机组一次调频的运行特性。与同步发电机并联运行或并网运行类似，下垂控制可用于多台逆变器的并联运行或并网运行，实现逆变器之间合理的功率分配，或逆变器与电网之间的功率分配。

结合相量图和功率表达式可以看出，在假设连接点电压恒定的条件下，逆变器输出的有功功率主要由输出电压和连接点电压的相位差决定，并且呈正相关；输出的无功功率主要由输出电压的幅值决定，并且呈正相关。同时，相位差由逆变器输出频率决定：

下垂控制的目标是：模拟传统同步发电机的外特性（即下垂特性），实现多个构网型逆变器在无需高速通信的情况下，自主、按比例地分担系统总负载。因为在微网或多储能单元并联运行的场景中，如何让多台变流器在无通信的情况下自动分配有功和无功功率，是下垂控制要解决的核心问题。其设计灵感来源于同步发电机的“自然下垂特性”——当发电机输出有功功率增加时，转速（频率）会略有下降；输出无功功率增加时，端电压会略有降低。

控制原理：下垂控制在VF控制的基础上，引入“频率-有功下垂”（f-P下垂）和“电压-无功下垂”（V-Q下垂）特性。例如，当某台变流器输出的有功功率超过其额定值时，控制系统会按比例降低其频率设定值，促使其他变流器承担更多功率，最终实现多机功率的自动均衡。

以频率稳定和有功功率的分配为例，说明下垂控制的优势——当逆变器并联运行时，输出有功功率多的逆变器根据下垂特性曲线降低输出频率，随着输出频率的降低，输出的有功功率也会减小；而输出有功功率少的逆变器根据下垂特性曲线升高输出频率，随着输出频率的升高，输出的有功功率也会增加，最终各并联的逆变器输出频率稳定在一个新的平衡点，从而实现频率稳定和负载功率的分配。逆变器输出电压幅值和无功功率的关系也可作类似的分析，这里不再重复。因此，下垂控制就是人为地设置设置输出电压频率关于有功功率、输出电压幅值关于无功功率的下垂特性，从而实现功率控制。

优势：无需通信链路即可实现多机并联功率分配，可靠性高，适合分布式微网（如工业园区微网、村落微网）。

局限：存在固有的稳态误差，即系统频率和电压会随负载变化而偏离标称值。功率分配的精度会受到线路阻抗不匹配的影响。动态响应相对较慢，且本身只有阻尼，不提供惯性支撑。

VSG控制：高级的构网型

VSG控制的目标：是在算法层面深度模拟传统同步发电机的转子运动方程和电磁暂态特性，使逆变器对外呈现出可调节的惯量和阻尼特性，从而主动支撑电网稳定。由于风电、光伏等新能源的高比例接入，电网中同步发电机的占比下降，导致系统惯性和阻尼特性减弱，容易引发频率波动和电压震荡。虚拟同步发电机（VSG）控制通过模拟同步发电机的惯性、阻尼、功角特性等“机电暂态特性”，让储能变流器具备同步机的“惯性支撑能力”。

控制原理：VSG控制在下垂控制的基础上，引入惯性环节（模拟同步机转子惯性）和阻尼环节（抑制频率波动），同时通过“虚拟功角”调节实现有功功率的动态响应。例如，当电网频率突然下降时，VSG会像同步机一样释放储能能量（利用惯性），抑制频率跌落幅度。

优势：增强系统惯性和阻尼，提升电网抗扰动能力，适合高比例新能源接入的电网（如新能源电站配套储能、新型电力系统）。

局限：控制逻辑复杂，对硬件算力要求高；惯性和阻尼参数的设计需与系统匹配，否则可能引入新的稳定性问题。

未来的电网，必然是一个跟网和构网设备深度融合、协同工作的混合系统。

参考：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/1933827594333184899

https://zhuanlan.zhihu.com/p/501569730