2. 并网逆变器控制基础回顾

要理解弱电网下并网逆变器为什么会出现振荡甚至失稳，必须先回到控制结构本身。逆变器并不是一个“理想电流源”，它由多层控制环叠加而成：最内层是电流环，负责让输出电流快速跟踪指令；其外是锁相环（PLL），负责从并网点电压中提取相位基准；再外层是功率/电压控制，决定有功、无功或直流电压的指令。弱电网的接入点阻抗大、电压刚性弱，这些环之间原本被强电网“掩盖”的耦合会被放大，成为稳定性的入口。

一、电流环：逆变器与电网之间的快速内环

在 dq 旋转坐标系下，电流环通常以 PI 调节器为核心，被控对象是滤波电感 L 与并网点电压扰动。以 L 型并网逆变器为例，d 轴和 q 轴电流方程可写为：

L·di_d/dt = u_d - e_d + ωL·i_q
L·di_q/dt = u_q - e_q - ωL·i_d

其中 u 为逆变器桥臂输出电压，e 为并网点电压，ωL·i 项是 dq 轴之间的交叉耦合。控制器一般先做前馈解耦，再叠加 PI 输出：

u_d* = (Kp + Ki/s)·(i_d* - i_d) - ωL·i_q + e_d
u_q* = (Kp + Ki/s)·(i_q* - i_q) + ωL·i_d + e_q

电流环带宽通常设计在开关频率的 1/10 左右。例如开关频率 10 kHz 时，电流环带宽取 1 kHz 左右，PI 参数可按 Kp = L·ωc、Ki = R·ωc 估算（R 为等效电阻，工程上常取很小值）。电流环本身在强电网下相位裕度充足，但当电网阻抗 Zg 增大时，被控对象从 L 变为 L + Lg，实际带宽下降、相位滞后增加，这是弱电网下电流环首先受到影响的体现。

二、锁相环：相位基准的“慢环”却是失稳关键

PLL 通过检测并网点电压 q 轴分量，将其调节到零来锁定相位。典型 SRF-PLL 的线性化模型是一个二阶系统，其闭环传递函数为：

θ(s)/θg(s) = (Kp_pll·s + Ki_pll) / (s² + Kp_pll·s + Ki_pll)

PLL 带宽一般取 20～100 Hz，远低于电流环。问题在于：PLL 输出的相位 θ 同时参与电流指令的坐标变换。当电网电压被逆变器输出电流扰动时，PLL 会“误判”相位，进而改变电流指令方向，形成正反馈。弱电网下并网点电压对电流更敏感，这个正反馈增益被放大，PLL 带宽越高、越容易在次同步频段引入负阻尼。因此弱电网中常需要降低 PLL 带宽，或采用解耦、阻抗重塑等方法。

三、电压前馈：从“理想前馈”到“阻抗耦合”

电压前馈的初衷是抵消并网点电压扰动，使电流环只面对逆变器自身动态。理想情况下前馈项 e_d、e_q 直接加到调制波上，电流环对电网电压呈现高阻抗。但在弱电网中，前馈把并网点电压“引入”了控制回路，而并网点电压又由逆变器电流在 Zg 上产生，于是形成 e = Vg + Zg·i 的代数约束。前馈越完全，逆变器输出阻抗在低频段越接近 -Zg 的镜像，容易在阻抗交截频率附近引发振荡。工程上常采用“部分前馈”或加低通滤波，牺牲一点抗扰性换取稳定裕度。

四、功率控制结构：外环如何把扰动传进来

功率外环通常有两种形式：一是直接功率控制，给定 P*、Q*，经功率计算与 PI 得到电流指令；二是直流电压外环加无功外环，常见于光伏并网。无论哪种，外环带宽都远低于电流环（一般 10～50 Hz）。外环本身不直接决定高频稳定性，但它决定了工作点，并通过电流指令幅值影响电流环与 PLL 的等效增益。当电网强度变化时，同一组外环参数可能在不同功率水平下表现出不同的阻尼特性。

五、四个环节对弱电网稳定性的影响入口

把上述结构放在一起看，弱电网稳定性的入口可以归纳为四条路径。第一，电流环带宽与电网阻抗的匹配：Zg 增大使实际被控对象极点左移，若仍按强电网整定，相位裕度会明显下降。第二，PLL 引入的负阻尼：PLL 带宽越高，在次同步频段（约 10～100 Hz）越容易与电网阻抗形成谐振。第三，电压前馈的耦合：完全前馈在弱电网下等效于把并网点电压“短路”进控制回路，降低输出阻抗的相位裕度。第四，功率外环工作点：外环指令幅值越大，电流环与 PLL 的等效增益越高，稳定裕度越小。

六、一个可复现的整定示例

假设一台 100 kW 并网逆变器，开关频率 10 kHz，滤波电感 L = 0.3 mH，额定电网相电压 230 V，额定电流约 145 A。强电网下电流环取带宽 1 kHz，Kp = L·2π·1000 ≈ 1.88，Ki 取 Kp·(R/L)，R 取 0.05 Ω 时 Ki ≈ 314。PLL 带宽取 50 Hz。当 SCR 降到 2 时，Zg 约为 0.5 pu，此时若保持原参数，仿真中并网点电流在 30～60 Hz 附近出现明显振荡。将 PLL 带宽降到 15 Hz、前馈加 200 Hz 低通后，振荡幅值可下降约 70%。这些数值属于教学示例，实际整定需结合具体阻抗扫描与仿真验证。

理解这四层结构及其耦合入口，是后续分析弱电网阻抗、绘制阻抗比奈奎斯特曲线、设计阻抗重塑与有源阻尼的基础。只有先看清“谁在耦合谁”，才能判断稳定性问题究竟出在电流环、PLL、前馈还是外环。