陳欽澤，王 文，岳雨霏，江洪偉，唐 欣，范必雙，曾祥君

基于功率補(bǔ)償量及下垂系數(shù)衰減的直流微電網(wǎng)并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)無縫切換控制策略

陳欽澤，王 文，岳雨霏，江洪偉，唐 欣，范必雙，曾祥君

(長(zhǎng)沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410114)

無縫切換控制策略是保證直流微電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。針對(duì)傳統(tǒng)并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)切換控制方法存在母線電壓恢復(fù)慢、電能質(zhì)量較差的問題，提出一種基于功率補(bǔ)償量及下垂系數(shù)衰減的直流微電網(wǎng)并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)無縫切換控制策略。孤島檢測(cè)期間，并網(wǎng)變流器工作在電壓控制模式，儲(chǔ)能變流器(Energy Storage Converter, ESC)工作在下垂控制模式。通過建模分析，證明采用下垂控制時(shí)孤島檢測(cè)期間直流母線電壓是可控的，由此得到下垂系數(shù)選擇方法。孤島檢測(cè)完成后，以固定函數(shù)衰減ESC功率補(bǔ)償量和下垂系數(shù)，實(shí)現(xiàn)ESC下垂控制和定電壓控制的無縫切換，防止因ESC控制模式的突變而引起直流母線電壓波動(dòng)和ESC電流沖擊。討論了衰減函數(shù)的選擇方法。仿真結(jié)果表明，所提無縫切換控制策略能夠有效解決孤島檢測(cè)期間直流母線電壓不可控的問題，抑制孤島檢測(cè)完成后因ESC模式切換時(shí)所產(chǎn)生的電流沖擊。

直流微電網(wǎng)；無縫切換；儲(chǔ)能變流器；母線電壓；沖擊電流

0 引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，直流負(fù)載、分布式可再生能源和電池儲(chǔ)能的日益普及以及電力電子技術(shù)的逐漸成熟，直流微電網(wǎng)逐漸成為研究熱點(diǎn)[1]。直流微電網(wǎng)是一種將光伏、風(fēng)電等分布式電源、儲(chǔ)能裝置、電力電子設(shè)備、本地負(fù)荷以及監(jiān)控保護(hù)裝置融合而成的小型智能發(fā)配電系統(tǒng)，既可以與外部大電網(wǎng)并列運(yùn)行，也可以孤島運(yùn)行，單獨(dú)為本地負(fù)荷供電，同時(shí)沒有無功功率、AC/DC切換器損耗、頻率和電壓相位的問題，具有更高的供電安全性和可靠性[2-4]。

然而，微電網(wǎng)在并網(wǎng)時(shí)應(yīng)滿足一定的條件和時(shí)機(jī)，否則將會(huì)產(chǎn)生較大的電流沖擊，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致配電網(wǎng)崩潰[5-7]。為了減小自然或者其他因素對(duì)電網(wǎng)供電可靠性的影響，減小系統(tǒng)備用機(jī)組建設(shè)投資成本，發(fā)揮分布式發(fā)電在傳統(tǒng)電網(wǎng)中的優(yōu)勢(shì)，有專家和學(xué)者提出直流微電網(wǎng)在滿足自身負(fù)荷供電的情況下，同時(shí)承擔(dān)電網(wǎng)一部分的功率調(diào)峰[8]。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷處于低谷時(shí)，直流微電網(wǎng)作為負(fù)荷吸收系統(tǒng)剩余的功率；電網(wǎng)負(fù)荷處于高峰時(shí)，微電網(wǎng)作為電源發(fā)出系統(tǒng)缺額的功率[9]。為了更深入地研究微電網(wǎng)，全世界已經(jīng)建立了多個(gè)小型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或大型示范項(xiàng)目，使微電網(wǎng)系統(tǒng)能夠像傳統(tǒng)能源一樣接入電網(wǎng)[10]。迄今為止，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)微電網(wǎng)的研究已經(jīng)獲得了一定的研究成果[11-15]。微電網(wǎng)可以工作在并網(wǎng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，也可以在電網(wǎng)停電時(shí)工作在離網(wǎng)狀態(tài)，滿足自身負(fù)荷的需求。為了充分發(fā)揮分布式的優(yōu)勢(shì)，微電網(wǎng)需要具備在并網(wǎng)和離網(wǎng)狀態(tài)之間無縫切換的能力[16]。

針對(duì)微電網(wǎng)并網(wǎng)和離網(wǎng)兩種工作狀態(tài)的無縫切換，已有一些專家學(xué)者針對(duì)不同的工況提出了不同的切換方法。文獻(xiàn)[17]中并網(wǎng)變流器(Bidirectional Interlinking Converter, BIC)采用帶擾動(dòng)觀測(cè)器的下垂控制策略，根據(jù)并網(wǎng)模式和離網(wǎng)模式下垂控制的不同輸電計(jì)算方法，通過檢測(cè)電網(wǎng)公共耦合點(diǎn)處的電流和頻率來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)投切，但未考慮控制系統(tǒng)外部干擾量對(duì)檢測(cè)信號(hào)的影響，可能導(dǎo)致功率計(jì)算模式無法及時(shí)切換，使系統(tǒng)功率紊亂。文獻(xiàn)[18]提出了針對(duì)BIC的3種無縫切換控制策略，可以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)的無縫切換，但未考慮ESC的控制策略在并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)時(shí)給系統(tǒng)帶來的影響。文獻(xiàn)[19]提出的控制方式為：并網(wǎng)狀態(tài)下BIC工作在電壓控制模式，ESC工作在下垂控制模式，離網(wǎng)狀態(tài)下ESC工作在下垂控制模式。該控制方式在并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)切換，但未考慮孤島檢測(cè)期間母線電壓波動(dòng)給系統(tǒng)帶來的影響和下垂控制導(dǎo)致電能質(zhì)量較差的問題。文獻(xiàn)[20]提出一種基于自主平滑控制策略的ESC控制方法，ESC的工作模式可分為恒流模式、恒壓模式、低直流母線調(diào)壓模式和高直流母線調(diào)壓模式。該方法在并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)時(shí)可以維持母線電壓幅值和頻率的穩(wěn)定，但在并離網(wǎng)切換時(shí)需要對(duì)ESC進(jìn)行工作模式的切換，且運(yùn)行時(shí)對(duì)通信依賴程度較高，進(jìn)行并網(wǎng)切換離網(wǎng)時(shí)易產(chǎn)生電流沖擊。文獻(xiàn)[21]中ESC控制模式根據(jù)SRF-PLL檢測(cè)的交流電壓進(jìn)行切換，交流電壓正常時(shí)，ESC工作于除控制微電網(wǎng)母線電壓之外的其他模式；交流電壓異常時(shí)，ESC工作于控制母線電壓模式，這種控制策略切換過程具有良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，然而電壓檢測(cè)至控制模式切換具有一定的延遲性，可靠性不高。文獻(xiàn)[22]提出的控制方式為：并網(wǎng)狀態(tài)下ESC工作于后臺(tái)功率調(diào)度運(yùn)行模式，離網(wǎng)狀態(tài)下ESC根據(jù)母線電壓分別工作于低電壓控制環(huán)、功率控制環(huán)、高電壓控制環(huán)模式，這種控制方式可以使得直流母線電壓控制方式切換過程中的電壓平滑穩(wěn)定，但未考慮孤島檢測(cè)期間電壓不可控，將會(huì)產(chǎn)生較大的電壓波動(dòng)。文獻(xiàn)[23]提出了一種多松弛終端控制方法，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)ESC和BIC均工作在下垂控制模式，離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)ESC工作在下垂控制模式，該方法在并離網(wǎng)切換時(shí)ESC控制模式無需切換，有效地抑制了電壓電流沖擊，但該控制方法在并網(wǎng)、離網(wǎng)和并離網(wǎng)切換時(shí)電能質(zhì)量都較差。文獻(xiàn)[24]提出了基于功率下垂控制的直流微電網(wǎng)無縫切換策略，包括內(nèi)部電壓電流回路、下垂回路和功率回路，該方法可實(shí)現(xiàn)ESC兩種工作模式間的無縫切換，保證電壓電流較小，但未考慮孤島檢測(cè)期間母線電壓波動(dòng)和ESC電流沖擊等問題。文獻(xiàn)[25]提出了一種基于V2-P下垂控制的ESC控制方法，并網(wǎng)狀態(tài)時(shí)ESC工作于恒定功率控制模式，離網(wǎng)狀態(tài)時(shí)ESC工作于電壓控制模式，該方法可以讓直流微電網(wǎng)并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)時(shí)實(shí)現(xiàn)平滑過渡，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但未考慮控制系統(tǒng)外部信號(hào)所含擾動(dòng)量對(duì)ESC控制系統(tǒng)的影響。

本文分析了以多松弛終端為代表的傳統(tǒng)無縫切換控制方法存在的問題，指出傳統(tǒng)方法存在母線電壓質(zhì)量差、切換過程電流過沖等問題。提出了一種基于功率補(bǔ)償量及下垂系數(shù)衰減的并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)無縫切換控制方法。孤島檢測(cè)期間，BIC工作在電壓控制模式，ESC工作在下垂控制模式，通過建模分析，證明ESC采用下垂控制時(shí)孤島檢測(cè)期間直流母線電壓是可控的，由此得到下垂系數(shù)選擇方法；孤島檢測(cè)完成后，以固定函數(shù)衰減ESC功率補(bǔ)償量和下垂系數(shù)，實(shí)現(xiàn)ESC下垂控制和定電壓控制的無縫切換，防止因ESC控制模式的突變而引起直流母線電壓波動(dòng)和ESC電流沖擊，討論了衰減函數(shù)的選擇方法。最后通過仿真結(jié)果和對(duì)比分析，驗(yàn)證了所提方法的有效性。

1 傳統(tǒng)并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)無縫切換控制方法問題分析

直流微電網(wǎng)主要由分布式發(fā)電單元、分布式儲(chǔ)能單元、并網(wǎng)變流器和負(fù)載組成。其運(yùn)行模式分為并網(wǎng)模式和孤島模式。典型直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中開關(guān)S閉合時(shí)，系統(tǒng)處于并網(wǎng)模式；否則，處于孤島模式。

圖1 直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

本文以多松弛終端無縫切換控制策略[18]為例進(jìn)行分析。在并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)期間，該策略要求ESC和BIC始終保持下垂控制模式?？紤]線路電阻后，各松弛終端輸出功率與母線電壓之間的關(guān)系為

當(dāng)直流微電網(wǎng)只有一個(gè)ESC時(shí)，由式(1)可以得到多松弛終端方法并網(wǎng)及并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)下垂曲線特性圖，如圖2所示。

并網(wǎng)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)源荷狀態(tài)并不是恒定不變的，分布式發(fā)電單元輸出功率或負(fù)載功率發(fā)生變化時(shí)，微電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)逐步調(diào)整至新的狀態(tài)。如圖2(a)所示，若負(fù)載功率增大，BIC和ESC原工作于、兩點(diǎn)，且直流母線電壓穩(wěn)定在標(biāo)稱電壓，為補(bǔ)償功率缺額BIC和ESC工作點(diǎn)分別轉(zhuǎn)移至、兩點(diǎn)，此時(shí)系統(tǒng)功率達(dá)到平衡，但母線電壓偏離標(biāo)稱電壓。

并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)時(shí)，BIC的輸出功率會(huì)發(fā)生突變，將對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。如圖2(b)所示，并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)前ESC和BIC分別工作于、兩點(diǎn)，假設(shè)此時(shí)母線電壓為標(biāo)稱電壓。當(dāng)電網(wǎng)停電而導(dǎo)致BIC退出運(yùn)行時(shí)，BIC輸出功率及輸出電壓皆降至0，系統(tǒng)的功率不平衡由ESC迅速補(bǔ)充，ESC工作點(diǎn)轉(zhuǎn)移至點(diǎn)，母線電壓偏移標(biāo)稱電壓。

由上述分析可知，直流母線電壓波動(dòng)是采用多松弛終端控制的直流微電網(wǎng)的主要缺點(diǎn)。并網(wǎng)源荷變化期間和并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)期間采用多松弛終端控制會(huì)使直流母線電壓BUS偏離標(biāo)稱值，使系統(tǒng)電能質(zhì)量下降，會(huì)影響電壓敏感型負(fù)載的正常運(yùn)行，甚至降低負(fù)載使用壽命。

2 ?考慮功率補(bǔ)償量及下垂系數(shù)衰減的無縫切換控制策略

圖3 考慮功率補(bǔ)償量及下垂系數(shù)衰減的無縫切換控制策略

3 ?孤島檢測(cè)期間下垂控制原理及參數(shù)設(shè)計(jì)

本文提出的無縫切換控制方法中ESC在并網(wǎng)狀態(tài)和孤島檢測(cè)期間的工作模式均為下垂控制，其端電壓和電流之間的關(guān)系為

在并網(wǎng)狀態(tài)下，系統(tǒng)等效電路如圖4(a)所示，其中BIC為BIC直流側(cè)輸出電壓，BUS為直流微電網(wǎng)等效電容，BIC為BIC直流側(cè)輸出電流，ESC為ESC輸出電流，PV為光伏變流器輸出電流，LOAD為直流微電網(wǎng)等效負(fù)載，BIC、ESC、PV分別為BIC線路電阻、ESC線路電阻、光伏DC/DC變流器線路電阻。BIC采用定電壓控制方式，可等效為電壓源；ESC工作在下垂控制模式，可將其等效為電壓受自身電流控制的受控電壓源；光伏變流器工作在MPPT模式，等效為電流源；負(fù)荷等效為不變電阻。

圖4 ESC采用下垂控制時(shí)系統(tǒng)等效電路圖

其中，

假定在并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)前直流微電網(wǎng)各項(xiàng)參數(shù)如表1所示，得到孤島檢測(cè)期間直流母線電壓與孤島檢測(cè)時(shí)間的關(guān)系曲線，如圖5所示。

圖5 母線電壓波動(dòng)與孤島檢測(cè)時(shí)間的關(guān)系

由圖5可以看出，當(dāng)ESC采用下垂控制時(shí)，孤島檢測(cè)期間直流母線電壓的波動(dòng)量明顯小于傳統(tǒng)控制方法。當(dāng)孤島檢測(cè)時(shí)間為20 ms時(shí)，直流母線電壓跌落至728.3 V；當(dāng)孤島檢測(cè)時(shí)間為100 ms時(shí)，直流母線電壓跌落至720.9 V；當(dāng)孤島檢測(cè)時(shí)間大于200 ms時(shí)，直流母線電壓依然保持720.9 V，均在母線電壓標(biāo)稱值5%的波動(dòng)范圍內(nèi)。由此可見，當(dāng)ESC采用下垂控制時(shí)，對(duì)孤島檢測(cè)速度的要求較低，同時(shí)也可以維持直流母線電壓在孤島檢測(cè)期間是可控的，保證直流微電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

表1 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

由上述可以分析出：當(dāng)ESC采用下垂控制且孤島檢測(cè)時(shí)間較短時(shí)，直流母線電壓跌落量主要受系統(tǒng)等效電容影響，其次是下垂系數(shù)。波動(dòng)量與系統(tǒng)等效電容成反比關(guān)系，與下垂系數(shù)成正比關(guān)系；當(dāng)孤島檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，ESC的輸出已經(jīng)進(jìn)入到穩(wěn)定狀態(tài)，直流母線電壓波動(dòng)量?jī)H受下垂系數(shù)的影響，且成正比關(guān)系。

4 ?衰減功率補(bǔ)償量與下垂系數(shù)方法

為了分析在不同功率補(bǔ)償量及下垂系數(shù)衰減函數(shù)下ESC運(yùn)行模式切換引起的電流沖擊，同時(shí)選取合適的衰減函數(shù)及控制參數(shù)，以下將針對(duì)指數(shù)函數(shù)和一次函數(shù)兩種衰減函數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。

當(dāng)功率補(bǔ)償量及下垂系數(shù)以指數(shù)函數(shù)衰減時(shí)，調(diào)節(jié)參數(shù)的表達(dá)式為

當(dāng)功率補(bǔ)償量及下垂系數(shù)以一次函數(shù)衰減時(shí)，調(diào)節(jié)參數(shù)的表達(dá)式為

設(shè)定并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)前，，切換后ESC穩(wěn)態(tài)電流為13.6 A，不同時(shí)間常數(shù)下分別以兩種衰減函數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)仿真，得到并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)時(shí)沖擊電流值和直流母線電壓波動(dòng)量ΔU的描點(diǎn)圖，如圖7所示。

根據(jù)上述兩種變化曲線的仿真結(jié)果可知，采用指數(shù)函數(shù)和一次函數(shù)衰減時(shí)電壓跌落大小幾乎一致，在時(shí)間常數(shù)較小時(shí)一次變化函數(shù)電流沖擊稍小。在時(shí)間常數(shù)相同情況下，調(diào)節(jié)參數(shù)以一次函數(shù)衰減時(shí)，ESC從下垂控制切換為定電壓控制的速度更快。本文選取調(diào)節(jié)參數(shù)一次函數(shù)衰減，令時(shí)間常數(shù)= 0.25 s，既保證了并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)時(shí)電流沖擊較小，又保證了切換速度較快。

5 ?仿真驗(yàn)證

本文所提出的基于功率補(bǔ)償量和下垂系數(shù)衰減的并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)無縫切換控制策略仿真結(jié)果，如圖8所示。在2.5 s前系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入到穩(wěn)態(tài)。2.5 s時(shí)電網(wǎng)發(fā)生故障導(dǎo)致BIC退出運(yùn)行，2.52 s時(shí)檢測(cè)到孤島，由中央控制器向ESC發(fā)送指令，在0.25 s內(nèi)衰減功率補(bǔ)償量及下垂系數(shù)的調(diào)節(jié)參數(shù)逐漸衰減至0，ESC的控制模式無縫切換為電壓控制模式。并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)切換期間直流母線電壓最低跌落至743 V，4 s時(shí)母線電壓恢復(fù)至750 V，切換過程中ESC電流超調(diào)量為0.5 A，微網(wǎng)系統(tǒng)無沖擊進(jìn)入離網(wǎng)狀態(tài)。

圖8 功率補(bǔ)償量及下垂系數(shù)衰減的并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)仿真波形圖

基于多松弛終端的無縫切換控制策略仿真波形，如圖9所示，切換過程中母線電壓最低跌落至740.6 V，由于ESC始終采用下垂控制模式，其母線電壓恢復(fù)依賴調(diào)節(jié)速度較慢的電壓二次補(bǔ)償，5 s時(shí)恢復(fù)至標(biāo)稱電壓，切換過程中ESC電流超調(diào)量為1 A。

圖9 多松弛終端方法并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)仿真波形圖

本文所提出的基于功率補(bǔ)償量和下垂系數(shù)衰減的并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)無縫切換控制策略仿真結(jié)果，如圖10所示。在2.5 s前系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。2.5 s時(shí)電網(wǎng)發(fā)生故障導(dǎo)致BIC退出運(yùn)行，2.52 s系統(tǒng)檢測(cè)到孤島，母線電壓降落至最低值708 V，偏離標(biāo)稱電壓5.6%，滿足直流微電網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)規(guī)范要求，系統(tǒng)能夠平穩(wěn)運(yùn)行，在4 s后母線電壓穩(wěn)定于750 V，切換過程中ESC電流超調(diào)量為2.6 A。

圖10 功率補(bǔ)償量及下垂系數(shù)衰減的并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)仿真波形圖

基于多松弛終端的無縫切換控制方法仿真波形，如圖11所示。2.53 s母線電壓最低跌落至695 V， 5 s時(shí)母線電壓恢復(fù)至750 V。切換過程中ESC電流超調(diào)量為3.3 A。

圖11 多松弛終端方法并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)仿真波形圖

針對(duì)兩種源荷狀態(tài)下兩種無縫切換控制方法的仿真結(jié)果，ESC下垂控制模式可以抑制孤島檢測(cè)期間母線電壓的波動(dòng)，母線電壓超調(diào)量與并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)前BIC大小成正比，并且通過上文分析，并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)時(shí)母線電壓的超調(diào)量還與孤島檢測(cè)時(shí)間成反比，與下垂系數(shù)成正比。基于多松弛終端的無縫切換控制方法雖然更容易實(shí)現(xiàn)控制，但切換過程中ESC上的電流沖擊較大，由于并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)前后ESC都處于下垂控制，母線電壓恢復(fù)需依賴調(diào)節(jié)速度較慢的母線電壓的二次調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)期間電壓質(zhì)量較差。本文提出無縫切換方法在檢測(cè)到孤島后，下垂系數(shù)和功率補(bǔ)償在一定時(shí)間內(nèi)逐漸減小，電壓跌落和電流沖擊都小于多松弛終端控制方法。由于功率補(bǔ)償和下垂系數(shù)減小至0后，ESC控制方式無縫切換為定電壓控制，對(duì)電壓二次調(diào)節(jié)依賴較小，母線電壓可較快地恢復(fù)至標(biāo)稱電壓。

6 ?總結(jié)

針對(duì)傳統(tǒng)并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)無縫切換控制方法母線電壓恢復(fù)較慢、電能質(zhì)量較差的問題，本文提出了一種考慮功率補(bǔ)償量及下垂系數(shù)衰減的直流微電網(wǎng)并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)無縫切換控制方法。?并網(wǎng)時(shí)，對(duì)ESC進(jìn)行功率補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)功率均衡分配，在孤島檢測(cè)期間可認(rèn)為功率補(bǔ)償基本不變，從而有效地穩(wěn)定孤島檢測(cè)期間的母線電壓；并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)時(shí)，將下垂系數(shù)和功率補(bǔ)償量按照固定函數(shù)進(jìn)行衰減，ESC工作模式無縫切換為定電壓控制模式，實(shí)現(xiàn)快速、有效地穩(wěn)定母線電壓的效果，并能夠抑制控制模式切換時(shí)產(chǎn)生的電流沖擊。仿真結(jié)果表明，所提出的控制策略能夠抑制孤島檢測(cè)期間的母線電壓波動(dòng)，并可以準(zhǔn)確分配系統(tǒng)功率。

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Seamless switching control strategy of a DC microgrid from grid to off grid based on power compensation and droop coefficient attenuation

CHEN Qinze, WANG Wen, YUE Yufei, JIANG Hongwei, TANG Xin, FAN Bishuang, ZENG Xiangjun

(School of Electrical and Information Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China)

A seamless switching control strategy is key to ensuring the stable and reliable operation of a DC microgrid. Such a control strategy for a DC microgrid from grid to off grid based on power compensation and droop coefficient attenuation is presented. This solves the problem of slow bus voltage recovery and poor power quality in traditional switching control methods. During island detection, the grid-connected converter works in the voltage control mode, and the energy storage converter (ESC) works in the droop control mode. Through modeling and analysis, it is proved that the DC bus voltage is controllable during island detection when droop control is used, and thus the selection method of the droop factor is obtained. After the islanding detection is completed, the ESC power compensation and droop coefficients are reduced by the fixed function to achieve a seamless switch of ESC droop control and voltage control. This prevents DC bus voltage fluctuations and ESC current impacts which may occur because of abrupt changes in ESC control mode. The selection method of the attenuation function is discussed. The simulation results show that the proposed seamless handover control strategy can effectively solve the problem of DC bus voltage being uncontrollable during islanding detection, and can suppress the current impact caused by ESC mode switching when islanding detection is completed.

DC microgrid; seamless switching; energy storage converter; bus voltage; impulse current

10.19783/j.cnki.pspc.211351

This work is supported by the General Program of National Natural Science Foundation of China (No. 52077010).

2021-10-07；

2022-01-24

陳欽澤(1999—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)橹绷魑㈦娋W(wǎng)系統(tǒng)控制技術(shù)；E-mail: 1187168175@qq.com

王 文(1987—)，男，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)柔性接地技術(shù)、新能源并網(wǎng)逆變器電能質(zhì)量；E-mail: wew@csust.edu.cn

岳雨霏(1991—)，女，通信作者，博士，主要研究方向?yàn)殡娏﹄娮踊娏ο到y(tǒng)電能質(zhì)量治理、大功率模塊化高壓電源裝備研制。E-mail: yueyufei2019@csust.edu.cn

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目資助(52077010)；長(zhǎng)沙市杰出創(chuàng)新青年培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目資助(kq2106043)

(編輯 許 威)