逆變器資源的基本配備

逆變器資源（Inverter-based resource，IBR）主要為電池以及變動性再生能源。通常，這些資源可以一般性地簡化成幾個子元件的組合：

• 電能供應/吸收端：電池、太陽能板、或者風力能發電機組本體。下圖中的(A)。

• 電源端變壓器：太陽能或電池會接上DC/DC變壓器，風力能則會接上AC/DC整流器。下圖中的(B)。

• 兩變壓器中介電容：維持直流端電壓，可以視為物理慣性的提供者（之後列式中亦可看出）。下圖中的(C)。

• 併網端逆變器：將直流電轉成交流電的逆變器，該資源透過它併入電網。下圖中的(D)。

• 逆變器和併網點之間的等效電感，同樣可以視為物理慣性的提供者。下圖中的(E)。

物理定律下逆變器的微分方程

為求單純，我們只討論逆變器本身的控制。此時由電容兩端能量守恆，可推導以下直流端電壓的微分方程：

這裡\(V_{ac}\)和\(I_{ac}\)是交流端經過dq0變換後的方均根電壓和電流向量（詳細可參考電力系統的暫態分析），由於一般電力系統有三個相位故要再乘上3倍。

另一方面，逆變器交流端由歐姆定律亦可得出一交流端電流的微分方程：

這裡\(V_g\)是電網併網點的電壓。

逆變器的基本控制邏輯（內部迴圈）

前一節中，總共有六個時依變數（直流端壓流兩個、交流端壓流分d軸和q軸分量各兩個），以及三個相互獨立的微分方程式（電容兩端的能量守恆、以及交流端d軸分量和q軸分量的歐姆定律）。亦即，系統仍有三個自由度必須透過合理的假設和控制邏輯來決定。

首先，在電容兩端的能量守恆式中，我們可以假設直流端輸入的有效電功率是一外生變數，由電源和電源端變壓器所控制，非逆變器所決定。比如一個太陽能系統，直流端的有效電功率會由太陽能模組的MPPT控制器所控制。這麼一來直流端僅剩電壓為必須納入考慮的時依變數。

在交流端部分，一般逆變器的控制，透過高頻（百萬赫茲量級）的PWM，調整輸出的交流電壓；其控制邏輯通常是根據交流端電流實測與目標的偏差值，調整交流端電壓的一個PI控制器。如此一來，在我們感興趣的時間尺度（電網頻率下一到數個週期左右的暫態變化）裡，交流端的電壓可以視為無時無刻被控制在目標值的控制變數。從前一節交流端歐姆定律中可看出，數學上這和控制交流端電流變化率是等價的。

最後，我們將電網併網點的電壓視為外生變數，暫時不考慮我們的逆變器資源對其的影響。這個假設的有效性後面會深入討論。

因此，加入前述假設以及逆變器控制後，我們的逆變器資源變成能由直流端電壓、交流端電流、以及給定外生變數完整描述的動態系統。這個透過直接控制交流端電壓來間接控制交流端電流的控制邏輯，一般文獻裡稱為逆變器的電流控制器（current controller）或內部迴圈（inner loop）。

傳統電流建構（電壓追隨）控制

基本原理

在傳統電流建構逆變器中，電網併網點的電壓量值、頻率、以及相位角為觀測值，而逆變器交流端欲輸出的有效以及無效電力則為所欲控制的變數。假設視在功率的目標值為\(S_{ref}\)，則可導出（相對於電網電壓）交流端電流目標值\(I_{ref}\)為\(\mathrm{Conj}\left( \frac{S_{ref}}{|V_g|} \right)\)。

上式提供目標電流的量值。那麼，逆變器要怎麼知道目標電流相對於自己目前的旋轉座標系的相位角呢？答案是它亦必須調整自己的旋轉座標系，使其和電網的旋轉座標系保持同步。傳統上這由一個PLL（phase-locked loop）控制器所達成。一般而言，如果交流端電流和電網電壓的相位角差距不大（亦即逆變器資源提供或接收的無效電力有限）時，逆變器的PLL控制器可以視為一個針對電網電壓（相對於逆變器）的q軸分量調整目標電流角速率的PI控制器。

電網支援特性

傳統電壓建構（電流追隨）控制

基本原理

在傳統電壓建構逆變器中，電網併網點的有效電力和無效電力為觀測值，而逆變器交流端欲輸出的電壓量值和角速率則為所欲控制的變數。

電網支援特性