本文将对高渗透率新能源并网逆变器的现有控制问题进行归纳与分析，分别介绍电流源和电压源两种典型的并网逆变控制模式，以及由此发展得到的双模式控制策略。基于锁相环控制的电流源模式并网虽然能够保证强电网下的系统稳定性和功率控制快速性等，但是此类控制方式在稳定性、系统电压和频率调整等方面有诸多局限，难以适应新能源发电单元高比例接入的场景；基于功率自同步控制的电压源模式控制能够为电压和频率提供支撑，更加适用于高渗透率新能源发电并网的弱电网场合；基于电网阻抗自适应的双模式控制策略则同时结合了电流源模式和电压源模式在稳定性上的优势，更加适用于高渗透率下电网阻抗大幅波动的场合。

如图1所示，电流源模式并网逆变器采用基于锁相环（phase-locked loop，PLL）控制的电网电压定向方案。该模式是当前并网逆变器应用于新能源发电的主要并网模式。强电网下，这种模式不仅能实现新能源利用率的最大化，还可以保证较高的并网电能质量。

本文分别从电网电压前馈、PLL和dq坐标系下的并网控制功率传输单调性三个方面，阐述了弱电网下电流源模式并网逆变器的稳定性问题原因及其解决方案。

电网电压前馈控制可抵消电网电压的背景谐波对并网电流的影响，同时由于其具备抑制并网逆变器启动时的冲击电流，减小并网电流稳态误差等优点而得到广泛运用。弱电网下，电流源模式并网逆变器的电压前馈环节将降低系统稳定裕度，导致并网电流出现谐波谐振等问题，恶化电能质量。实际上，采用传统电压前馈控制会引入一条与电网阻抗相关的正反馈通道，从而引起逆变器输出并网电流出现谐波谐振，甚至逐渐趋向于不稳定。为此，有一些文献从该角度出发，提出在该正反馈通道上设置不同的传递函数环节来削弱正反馈的影响，提升并网逆变器稳定性。

弱电网下，作为并网逆变器与大电网保持同步的传统同步单元，PLL会对并网逆变器的稳定性产生负面影响。较高的PLL带宽将导致弱电网中并网逆变器发生谐波谐振甚至不稳定。PLL的带宽设置越高，逆变器在低频段输出阻抗的负阻区越将越大。因此，为了解决PLL在弱电网下引起的不稳定性，降低PLL的带宽是一种有效的方法。然而，这类方法将一定程度上降低PLL的动态性能，当系统发生低电压穿越等情况时，往往不能满足并网逆变器的快速性要求。

基于dq轴电流的电流源模式控制在极弱电网下可能导致非单调性问题，如图2所示。当电网阻抗很大时，并网逆变器输出功率不再具有单调性，这说明电流源模式并网逆变器不能在极弱电网下稳定运行。因此，为了保证并网逆变器在极弱电网下的稳定运行，需要采用不同于电流源模式的并网模式。

不同于电流源模式，有文献提出一种不使用PLL的电压源并网模式。该模式采用的是组网型同步控制单元，例如通过基于下垂控制或者虚拟同步发电机的功率外环进行相位自同步，实现输出功率调节。其直接控制输出电压矢量相位和幅值实现输出功率调节，且常采用基于功率环与电压电流双环结合的方案，如图3所示。

关于电压源模式并网逆变器的稳定性已有相关文献进行了研究，例如从基于序阻抗的小信号建模角度出发，分析电压源模式并网逆变器在高电网阻抗场景下的稳定性，得出相比于传统电流源模式，电压源模式在弱电网下更加稳定的结论。也有文献通过构建电压源模式并网逆变器在电网阻抗变化时的功率外环小信号模型，发现电网阻抗较大时并网逆变器功率外环的极点阻尼较大，系统稳定性较好，而在电网阻抗较小时则阻尼变小，输出功率易发生振荡。此外，电网阻抗过小时，电压源控制的并网逆变器对输出电压矢量小范围的调节将会给输出功率带来大范围的变化，大大增加了输出电压的控制精度和抗扰性能等方面的要求。因此，较高的电网阻抗将有利于提高系统的鲁棒性和稳定性。

对比以上电流源模式和电压源模式的并网逆变器控制稳定性可知，二者的差异性本质上是由于采用了不同的控制结构导致的，使得并网逆变器对电网呈现出不同的外特性，从而在电网阻抗强弱变化时，产生了一定的“互补”特性。因此，有文献提出了基于电网阻抗自适应的双模式控制，如图4所示。双模式控制提出并网逆变器在强电网下采用电流源模式，在极弱电网下则切换到电压源模式，从而综合了两种并网模式的优点，有效提升了单台逆变器的电网阻抗适应性。

当双模式控制应用到多逆变器系统时，有文献提出多逆变器系统由全电流源模式切换到混合模式，使系统同时具有电流源模式和电压源模式的并网逆变器，可进一步提升弱电网下的并网逆变器稳定性。特别地，相关文献还研究了在幅值裕度、相位裕度和系统带宽等多性能指标约束下的参数稳定域，可得到电网阻抗大幅波动情况下全电流源模式、混合模式和全电压模式之间的定量切换边界。

张兴教授科研团队依托合肥工业大学“电力电子与电力传动”国家级重点学科、教育部光伏工程研究中心和可再生能源接入电网技术国家地方联合工程实验室，长期开展新能源发电中的电力电子技术研究，主持国家重点研发计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金等科研项目多项。

自1998年以来，张兴教授科研团队长期专注于同我国新能源发电逆变器龙头企业——阳光电源股份有限公司的产学研合作，实现了光伏并网逆变器、MW级风电变流器、微电网及储能变流器、电动汽车电驱动技术的产业化，取得了良好的社会经济效益。目前，团队共有144人，其中：教授4人，副教授5人，讲师1人，博士生13人，硕士研究生121人。