摘 要：微電網(wǎng)在并離網(wǎng)過程中，由于控制方式發(fā)生變化，會造成電流沖擊以及電壓波形畸變;針對這一問題，提出了一種改進控制器的微電網(wǎng)并網(wǎng)控制策略，通過對外環(huán)控制器結(jié)構(gòu)進行改進以及并網(wǎng)前的預(yù)同步處理，實現(xiàn)微電網(wǎng)并離網(wǎng)切換過程的平滑過度，減少控制模式切換過程中產(chǎn)生的暫態(tài)震蕩，提高電能質(zhì)量，保證微電網(wǎng)中重要負(fù)荷的穩(wěn)定運行。最后通過Matlab對微電網(wǎng)并網(wǎng)與孤島兩種模式間的切換進行仿真，驗證本文所提控制策略的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng);主從控制;平滑切換;雙閉環(huán)

1 緒論

隨著社會發(fā)展，人類社會用電量越來越大，傳統(tǒng)的火力發(fā)電已經(jīng)不能滿足人類的需求，并且火力發(fā)電還存在環(huán)境污染的問題，人類面對極端氣候的頻率也越來越高[1]。因此以風(fēng)力發(fā)電，光伏發(fā)電為主的新能源發(fā)電越來越受到人們的重視。由于風(fēng)力和光伏等新能源發(fā)電存在間歇性強，隨機性大的缺點，直接并入電網(wǎng)會對電網(wǎng)造成巨大沖擊，因此為增加并網(wǎng)運行的可靠性和靈活性，分布式電源多以微電網(wǎng)的形式并入電網(wǎng)[2]。

微電網(wǎng)在并離網(wǎng)過程中，內(nèi)部微源控制模式的變化，會造成電壓畸變和電流沖擊，嚴(yán)重影響微電網(wǎng)的電能質(zhì)量[3]。因此文章以采用主從控制的微電網(wǎng)為基礎(chǔ)，針對并網(wǎng)與孤島模式主電源的控制策略的不同，主要研究微電網(wǎng)平滑切換，提出一種改進外環(huán)控制器結(jié)構(gòu)的雙環(huán)控制器，并且通過對微電網(wǎng)并網(wǎng)前進行預(yù)同步處理，實現(xiàn)微電網(wǎng)并離網(wǎng)的平滑切換。

2 微電網(wǎng)的控制方法

儲能部分為主電源，風(fēng)力發(fā)電部分和光伏發(fā)電部分為從電源;當(dāng)微電網(wǎng)處于并網(wǎng)模式運行時，微電網(wǎng)內(nèi)所有微源電壓和頻率的穩(wěn)定由外部配電網(wǎng)支撐，因此微電網(wǎng)中所有的微源都可采用恒功率控制。恒功率控制是通過控制逆變器，使微源輸出的有功和無功功率與參考值一致。在恒功率控制下，微源輸出的有功和無功功率可以不受母線電壓幅值和頻率變化的影響[4～5]。

當(dāng)微電網(wǎng)處于孤島模式運行時，由于失去了配電網(wǎng)的支撐，主電源采用恒壓恒頻控制，通過控制主電源和微電網(wǎng)連接的逆變器，保持微電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定，相當(dāng)于電力系統(tǒng)中的平衡節(jié)點[6-7]。

3 微電網(wǎng)的平滑切換

3.1 改進結(jié)構(gòu)的外環(huán)控制器

由圖1可知，當(dāng)微電網(wǎng)處于并網(wǎng)狀態(tài)時K1和K2與1端口相連，主電源處于恒功率控制，同時2端口的輸出值與內(nèi)環(huán)控制器的參考值相同。當(dāng)微電網(wǎng)處于孤島狀態(tài)時，K1和K2與2端口相連，主電源處于恒壓恒頻控制;在控制模式轉(zhuǎn)化的瞬間，由于外環(huán)控制器的輸出值相同，電流控制環(huán)的參考值不會發(fā)生突變。

3.2 預(yù)同步過程

處于孤島狀態(tài)的微電網(wǎng)和配電網(wǎng)相當(dāng)于兩個不同的電壓源，電壓幅值和頻率存在差異。微電網(wǎng)并網(wǎng)前，需要對微電網(wǎng)母線電壓進行預(yù)處理，保障微電網(wǎng)母線電壓與配電網(wǎng)電壓幅值，相位，頻率一致，否則強行并網(wǎng)會降低電能質(zhì)量，造成電流沖擊，對用電設(shè)備造成損壞。并網(wǎng)預(yù)處理分為兩個部分，分別為母線電壓相位預(yù)處理和幅值預(yù)處理。其中母線電壓幅值預(yù)處理的控制策略如圖2所示：

通過檢測微電網(wǎng)母線與配電網(wǎng)的電壓幅值差和電壓相角差，經(jīng)過PI控制器得到ΔU和Δf，在計算電壓參考值時，加入該補償項。其中θgd和Ugd為配電網(wǎng)的電壓幅值和相角，θmd和Umd為微電網(wǎng)母線的電壓幅值相角。

電壓相位預(yù)處理的控制策略如圖3所示：

配電網(wǎng)電壓相角與微電網(wǎng)母線電壓相角之差通過PI控制器生成頻率差，微電網(wǎng)參考頻率減去頻率差生成修正頻率參考值，通過生成角速度積分器得到微電網(wǎng)母線電壓的相角，當(dāng)配電網(wǎng)電壓相角與微電網(wǎng)母線電壓相角之差小于預(yù)設(shè)值時，微電網(wǎng)母線電壓相位預(yù)同步完成。

4 仿真結(jié)果

交流母線的額定電壓為380V，風(fēng)力發(fā)電部分和光伏發(fā)電部分的線路電阻均為1mΩ，電感均為6mH。儲能部分的濾波電感為5mH，濾波電容為2000uF。

當(dāng)t=2s時微電網(wǎng)由并網(wǎng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為孤島狀態(tài)，由圖4和圖5可知，在未改進之前，微電網(wǎng)控制模式切換時，母線電壓的幅值由300V沖擊到350V，并且恢復(fù)速度緩慢。儲能部分的輸出電流出現(xiàn)嚴(yán)重畸變，沖擊電流達到100A;

由圖6和圖7可知，改進后微電網(wǎng)的母線電壓在運行模式切換過程中僅發(fā)生輕微震蕩，小于額定電壓的7%，正弦波形平滑無畸變。相比于改進前，儲能部分未出現(xiàn)沖擊電流。離網(wǎng)過程維持0.02s，小于IEEE-STD-1547規(guī)定的微電網(wǎng)最大分閘時間0.2s，因此離網(wǎng)過程滿足標(biāo)準(zhǔn)。

由圖8和圖9可知，當(dāng)t=2.5s微電網(wǎng)并網(wǎng)時，母線電壓平穩(wěn)無畸變，并網(wǎng)電流的最大超調(diào)量小于正常值的10%，響應(yīng)時間持續(xù)0.01s后系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)，動態(tài)性能滿足要求。切換過程中微電網(wǎng)母線電壓未發(fā)生畸變，并網(wǎng)電流未產(chǎn)生沖擊，實現(xiàn)了平滑并網(wǎng)的目的。

由圖10可知，離網(wǎng)過程中頻率變化小于0.1Hz，符合GB/T33589-2017《微電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》中規(guī)定的微網(wǎng)連續(xù)工作要求的49.5Hz-50.2Hz。

5 總結(jié)

微電網(wǎng)平滑并離網(wǎng)是系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要前提，但是傳統(tǒng)的主從控制由于控制模式變化存在沖擊電流和電壓波形畸變等問題。本文對外環(huán)控制器的結(jié)構(gòu)進行改進并且采用預(yù)同步處理。通過MATLAB仿真說明微電網(wǎng)在離網(wǎng)過程中，微電網(wǎng)頻率變化保持在允許范圍內(nèi)，沖擊電流得到明顯改善，在并網(wǎng)過程中電壓為平滑正弦波無畸變，滿足GB/T33589-2017《微電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》。

參考文獻：

[1]馬喆.基于分布式電源的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略研究[D].蘭州理工大學(xué)，2018.

[2]潘鑄城.多種分布式電源的微電網(wǎng)運行控制策略研究[D].東北大學(xué)，2015.

[3]卞顯新.基于主從結(jié)構(gòu)的微電網(wǎng)運行模式平滑切換研究[D].安徽理工大學(xué)，2019.

[4]Wang Huayang，Yang Zuyuan，Zhao Long and Cui Yuan，"Based on hybrid algorithm of distributed power islanding detection，" 2016 IEEE Advanced Information Management，Communicates，Electronic and Automation Control Conference（IMCEC），Xi'an，2016，pp.1360-1364.

[5]C.Jian，C.Yanbo and Z.Lihua，"Design and research of off-grid wind-solar hybrid power generation systems，" 2011 4th International Conference on Power Electronics Systems and Applications，Hong Kong，2011，pp.1-5.

[6]潘鑄城.多種分布式電源的微電網(wǎng)運行控制策略研究[D].東北大學(xué)，2015.

[7]孫藝倬.基于分布式電源的微網(wǎng)分層控制設(shè)計與分析[D].電子科技大學(xué)，2019.

作者簡介：夏彪（1992-），男，漢族，河北滄州人，碩士，研究方向：電力電子技術(shù)。