含多分布式能源的微電網孤島無縫切換策略

本文格式為Word版，下載可任意編輯——含多分布式能源的微電網孤島無縫切換策略針對微電網并網運行切換至計劃孤島運行時負荷側暫態(tài)振蕩，提出一種孤島無縫切換策略，有效降低負荷側電壓與頻率振蕩幅度。含多分布式能源的微電網孤島運行時采用主從控制結構，主逆變器從P-Q控制切換至V-f控制，用于穩(wěn)定負荷側電壓與頻率。從逆變器采用P-Q控制，穩(wěn)定系統(tǒng)內有功功率平衡。孤島切換時，主逆變器采用狀態(tài)跟蹤控制，減弱因逆變器控制策略切換導致的輸出不穩(wěn)定性?；赑SCAD的仿真試驗說明，該控制策略可有效降低孤島切換瞬間負荷側的電壓與頻率振蕩，提高微電網供電穩(wěn)定性。

微電網暫態(tài)振蕩孤島運行無縫切換

微電網是主動配電網的重要組成部分之一，具有并網運行與孤島運行兩種運行模式，可有效提高配電網內負荷的供電可靠性。微電網并網運行時，各可控分布式能源均處于P-Q控制模式，可根據運行計劃輸出或吸收一定功率，保證微電網運行經濟性。孤島運行時，由于各分布式電源輸出特性不同，尋常采用主從控制結構。主逆變器由P-Q控制切換為V-f控制，用于穩(wěn)定負荷側電壓與頻率，并為其他分布式電源提供參考相位。從逆變器保持P-Q控制策略，保證微電網內有功功率的供給。當微電網由并網運行切換至孤島運行時，負荷側尋常會發(fā)生電壓與頻率的暫態(tài)振蕩現(xiàn)象，影響微電網供電質量。因此，降低該暫態(tài)振蕩幅度，實現(xiàn)微電網孤島運行無縫切換可有效提高微電網的供電穩(wěn)定性。

目前，微電網孤島切換方面的研究主要單分布式單元或只含儲能單元的微電網為研究對象。文獻研究了逆變器控制參數與微電網孤島切換效果之間的關系，提出了一種新的逆變器控制方法。但是微電網內柴油發(fā)電機主要用于功率補償，且其功率響應速度較慢，因此不一般不作為主逆變器；文獻將超級電容與蓄電池作為負荷儲能單元，采用預同步控制的方法，減弱了逆變器控制狀態(tài)突變所導致的負荷側暫態(tài)波動。然而，由于蓄電池等儲能單元容量有限，微電網內一般均存在柴油發(fā)電機或微型燃氣輪機等燃料發(fā)電機設備。

本文采用含光伏發(fā)電單元、微型燃氣輪機、蓄電池單元以及本地負荷單元的微電網為研究對象，設計一種基于主從控制結構下的微電網孤島無縫切換策略。針對微電網孤島切換時，由主逆變器控制量突變導致的暫態(tài)波動，采用狀態(tài)跟蹤控制器使得V-f控制模塊在并網運行時跟隨P-Q控制模塊的輸出狀態(tài)。當V-f控制器與P-Q控制輸出狀態(tài)一致時，微電網斷開并網點，切換運行模式。孤島運行時，從逆變器跟隨負荷側功率需求，恒定輸出有功功率?；赑SCAD的暫態(tài)仿真說明，該控制策略有效保證了微電網的供電穩(wěn)定性，提高了本地負荷的電能質量。

1微電網系統(tǒng)結構

如圖1所示為本文微電網系統(tǒng)結構，系統(tǒng)包含光伏發(fā)電單元、微型燃氣輪機、蓄電池以及本地負荷。微電網并網運行時，微型燃氣輪機與蓄電池采用P-Q控制，公共電網對系統(tǒng)內的電壓與頻率提供支撐。當微電網斷開并網點時，微電網采用主從控制結構。微型燃氣輪機作為從逆變器保持P-Q控制，蓄電池切換至V-f控制模式，對本地負荷側的電壓與頻率提供支撐。

當微電網并網運行時，蓄電池的V-f控制器雖然未直接對逆變器產生控制，但仍舊存在輸出信號。在孤島切換的瞬間，V-f控制器與P-Q控制器之間的輸出狀態(tài)不匹配影響了蓄電池單元的輸出穩(wěn)定性，導致負荷側產生較大暫態(tài)振蕩。因此，引入如圖2所示逆變器狀態(tài)跟蹤控制模塊。逆變器狀態(tài)跟蹤控制模塊將P-Q控制器輸出量作為負反饋給V-f控制器，使得V-f控制器在并網運行時跟隨P-Q控制的輸出狀態(tài)。

當微電網處于并網運行模式時，K1與K4處于閉合狀態(tài)，K2與K3開啟，P-Q控制模塊對逆變器輸入控制信號。同時，P-Q控制模塊的輸出信號與V-f控制模塊輸出信號求差值后反饋給V-f模塊，使得V-f模塊的輸出量與P-Q模塊輸出量一致。當微電網切換至孤島運行時，K1與K4開啟，K2與K3閉合，V-f控制模塊對逆變器進行實際控制。

2仿真驗證

為了驗證本文所提出基于主從控制結構下的微電網無縫切換策略，在PSCAD軟件中構建仿真系統(tǒng)。微電網仿真系統(tǒng)通過PCC并網點與0.4kV母線相連，具體各分布式電源參數如表1所示。

該微電網系統(tǒng)中，光伏發(fā)電單元與微型燃氣輪機為主要功率供給單元，可再生能源功率占總功率50%。并網運行時，微型燃氣輪機與蓄電池單元根據系統(tǒng)運行計劃，運行于恒功率模式；孤島運行時，蓄電池用于平衡負荷側電壓與頻率，使其運行于額定值。圖3至圖4分別為微電網在t=1sec進行孤島切換時負荷側電壓與頻率振蕩幅度。

當微電網不采用逆變器狀態(tài)跟蹤控制模塊時，頻率最大波動為5.8Hz，電壓最大波動為0.07kV；在蓄電池控制端參與逆變器狀態(tài)跟蹤模塊后，頻率最大波動為4.5Hz，電壓最大波動為0.06kV。如表2所示，采用逆變器狀態(tài)跟蹤控制模塊可有效降低孤島切換時負荷側的暫態(tài)振蕩，提高了微電網供電穩(wěn)定性。

3總結

本文針對微電網系統(tǒng)孤島切換時暫態(tài)振蕩現(xiàn)象，以含多分布式電源主從控制結構下的微電網為研究對象，提出了一種微電網孤島平滑切換策略。微電網孤島切換時，