在交流微网中,微网逆变器作为分布式电源与微网的接口,需具有支撑微网电压幅值和频率、分配负载功率、平稳功率波动等重要功能。作为确保微网稳定运行的重要环节,关于微网逆变器的相关问题研究越发显得重要。本文以“微网逆变器系统建模及无功分配研究”为题,针对不同电力网络结构的微网系统进行了小信号建模与分析,探讨了微网逆变器无功分配策略,就传输阻抗的优化设计以及虚拟电抗的实现展开了研究。主要研究及创新点包括:(1)对微网系统建模时,应体现各微网逆变器之间的交互作用以及电力网络的动态特性。如果将微网逆变器看作理想受控电压源或者忽略电力网络的动态特性,将导致微网系统模型与实际微网系统之间存在误差。本文首先对一种由基本的串联结构和并联结构组成的混合结构微网系统进行小信号建模,其具体步骤为,在对微网系统的三个子模块(即微网逆变器子模块、电力网络子模块和负载子模块)分别建模后,利用坐标变换将三个子模块的模型统一到公共参考坐标系,从而构建出混合结构微网系统小信号模型;接着在混合结构微网系统小信号模型的基础上,推导出目前研究较为普遍的并联结构微网系统小信号模型,其中包括阻感性负载和阻性负载两种情况;利用特征值灵敏度和参与因子分析法对带阻性负载的并联结构微网系统进行了仿真分析,为系统电气元件以及控制器参数的选择提供了可靠的理论依据,从而指导微网系统实验研究;通过时域仿真,验证了并联结构微网系统小信号建模及分析的正确性。(2)在探讨现有典型无功分配策略过程中,重点针对输出阻抗法和虚拟阻抗法,在综合考虑微网逆变器输出阻抗、线路阻抗和虚拟阻抗的基础上,统一就这两种无功分配策略的PQ解耦机理进行了分析与证明,明确了下垂控制器额定电压的设定原则;利用单位传输阻抗和相对功率分配偏差的概念研究了下垂控制在工程实现中需要注意的问题;由于负载效应和Q-E下垂会导致PCC电压幅值降落严重,影响微网供电质量,故针对低压微网,对传统Q-E下垂无功分配策略进行了改进,该改进型无功分配策略先在DG单元输出端引入虚拟电抗,令传输阻抗为感性,以解除有功和无功二者之间的耦合(仅为了解耦而不需要解决传输阻抗失配问题,可大大减小引入的虚拟电抗),从而达到应用下垂控制的前提条件,再将微网额定电压幅值与PCC电压幅值的差值乘以比例系数后引入到传统Q-E下垂控制中,该改进型无功分配策略既能实现准确分配无功功率,又能有效减小因负载效应和Q-E下垂而导致的PCC电压幅值降落。围绕该改进型无功分配策略展开的研究包括:先给出并分析了该改进型无功分配策略的控制结构,量化分析了用接入开关网侧电压幅值替代PCC电压幅值以实现该改进型无功分配策略的前提条件;其次利用相对功率分配偏差的概念,对该改进型无功分配策略中全局设定值误差造成的功率均分偏差进行了分析;接着对该改进型无功分配策略进行了小信号稳定性分析;最后就传统无功分配策略与改进型无功分配策略进行了仿真对比。(3)由于传输阻抗对微网系统的稳定性和暂态性能的影响较大,故针对传输阻抗的优化设计显得尤为重要。本文以一种表达形式简洁的微网小信号模型为基础,在考虑DG单元功率传输能力、PQ解耦、并网模式和孤岛模式下微网的稳定性和小干扰暂态性能,给出了一种传输阻抗优化设计方法,为实际中传输阻抗的选择,特别是虚拟阻抗的选择,提供了有力的依据;针对求导法和坐标变换法在非线性负载条件下会造成微网逆变器输出电压畸变的问题,提出了一种基于二阶通用积分器(Second Order Generalized Integrator, SOGI)的三相虚拟电抗实现方法。围绕基于SOGI的三相虚拟电抗实现方法展开的研究包括:在线性负载和非线性负载条件下,对求导法、坐标变换法及SOGI法实现的虚拟电抗的电压进行了仿真对比;针对求导法、坐标变换法和SOGI法实现的三相虚拟电抗对微网逆变器输出特性的影响进行了对比研究;利用微网系统仿真平台,对通过SOGI法引入虚拟电抗的虚拟阻抗法无功分配策略进行了均流效果仿真,对通过求导法、坐标变换法和SOGI法引入虚拟电抗时微网逆变器输出电压的畸变率进行了仿真对比。(4)为了验证微网系统实验平台设计的正确性,在该平台上做了传统下垂控制实验,其中包括单台微网逆变器的相关实验以及两台微网逆变器组网的相关实验;在实验平台上做了旨在验证基于SOGI的三相虚拟电抗实现方法及改进型无功分配策略的相关实验。