白園飛，程啟明，吳 凱，王鶴霖，趙晉斌

（上海電力學(xué)院 電力與自動(dòng)化工程學(xué)院，上海 200090）

0 引言

微電網(wǎng)既可與主網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，又可與主網(wǎng)斷開(kāi)獨(dú)立運(yùn)行。通常微電網(wǎng)與主網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，以互為補(bǔ)充，但當(dāng)主網(wǎng)故障而導(dǎo)致微電網(wǎng)脫網(wǎng)，或在偏遠(yuǎn)的特殊場(chǎng)合無(wú)主網(wǎng)存在時(shí)，微電網(wǎng)只能獨(dú)立運(yùn)行［1-2］。微電網(wǎng)系統(tǒng)可分為直流和交流2種，其中直流微電網(wǎng)只需1個(gè)逆變器，成本和損耗較小，經(jīng)濟(jì)性較高，但僅適用于容量較小、可再生能源比較緊密的負(fù)荷地區(qū)。因此，目前大多采用交流微電網(wǎng)。

交流微電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，需要由其內(nèi)部微電源為微電網(wǎng)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓u和頻率f，其將自動(dòng)吸收微電網(wǎng)內(nèi)發(fā)電和負(fù)荷的不平衡功率，以維持電壓和頻率的穩(wěn)定。如果為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓和頻率的微電源只有1個(gè)，通常采用U/f控制，當(dāng)多個(gè)微電源共同為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓和頻率時(shí)，則各壓頻控制單元采用具有下垂特性的電壓與頻率控制，即下垂控制（Droop 控制）［3-4］。

微電網(wǎng)一般都采用微型燃?xì)廨啓C(jī)和（或）儲(chǔ)能系統(tǒng)等作為主電源維持系統(tǒng)的電壓和頻率。但當(dāng)微型燃?xì)廨啓C(jī)因故障無(wú)法運(yùn)行或獨(dú)立微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷低谷期時(shí)，可以停用微型燃?xì)廨啓C(jī)，此時(shí)由儲(chǔ)能系統(tǒng)充當(dāng)主電源，維持系統(tǒng)的電壓和頻率。微電網(wǎng)內(nèi)主電源從微型燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)能系統(tǒng)，或從儲(chǔ)能系統(tǒng)轉(zhuǎn)為微型燃?xì)廨啓C(jī)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)短時(shí)停電。針對(duì)主變流器并網(wǎng)模式和孤島模式的無(wú)縫切換，文獻(xiàn)［5-6］提出逆變器在并網(wǎng)時(shí)采用電流控制模式，在獨(dú)立運(yùn)行時(shí)采用電壓控制模式，從而在切換時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換；文獻(xiàn)［7-8］提出逆變器在并網(wǎng)時(shí)采用PQ控制模式，離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)采用U/f模式，從而在切換時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換。然而這些文獻(xiàn)中所提出的方法均為在大電網(wǎng)時(shí)微電網(wǎng)內(nèi)主電源在雙模式之間的無(wú)縫切換，它們與本文將研究的獨(dú)立微電網(wǎng)系統(tǒng)中雙主電源的無(wú)縫切換不同。這些文獻(xiàn)中為大電網(wǎng)情況下，當(dāng)微電網(wǎng)與主網(wǎng)并列運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的電壓和頻率由大電網(wǎng)提供；而本文中由于為獨(dú)立交流微電網(wǎng)的情況，沒(méi)有主網(wǎng)為其提供穩(wěn)定的電壓和頻率，需要選用合適的微電源，采用合適的控制方法來(lái)為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓和頻率。由于微型燃?xì)廨啓C(jī)慣性大，本文采用微型燃?xì)廨啓C(jī)作為主電源，對(duì)其逆變器采用Droop控制，以維持整個(gè)微電網(wǎng)內(nèi)部電壓和頻率的穩(wěn)定。本文的無(wú)縫切換涉及的是微型燃?xì)廨啓C(jī)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的無(wú)縫切換，儲(chǔ)能系統(tǒng)采用的2種控制方式是當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)作輔助電源時(shí)采用PQ控制，而當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)作主電源時(shí)采用Droop控制。Droop控制模式不同于U/f控制模式，采用U/f控制模式時(shí)，微電源應(yīng)具有較大的容量，需配置大容量的儲(chǔ)能裝置；另外，一旦采用U/f控制的微電源因故障失去，在孤網(wǎng)運(yùn)行情況下微電網(wǎng)會(huì)失穩(wěn)，這種控制可靠性不高。Droop控制模式是利用本地測(cè)量的電網(wǎng)狀態(tài)變量作為控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)冗余，系統(tǒng)的可靠運(yùn)行不依賴(lài)于通信。當(dāng)某微電源因故障退出運(yùn)行時(shí)，其余的電源仍能夠不受影響地繼續(xù)運(yùn)行，系統(tǒng)可靠性高，實(shí)現(xiàn)“即插即用”。在正常運(yùn)行范圍內(nèi)，由于負(fù)荷或者可再生能源波動(dòng)，將會(huì)引起系統(tǒng)頻率、電壓波動(dòng)，采用基于Droop控制的微電源可以有效抑制上述波動(dòng)，提高用戶(hù)電能質(zhì)量［9-12］。因此，當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)作為主電源時(shí)，本文采用Droop控制。

為了實(shí)現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)際的微電網(wǎng)系統(tǒng)中微型燃?xì)鈾C(jī)不再是單臺(tái)大容量機(jī)組，而是選擇多臺(tái)相對(duì)小容量的機(jī)組［13-14］。本文選用2臺(tái)微型燃?xì)廨啓C(jī)，當(dāng)微型燃?xì)廨啓C(jī)作為主電源時(shí)，對(duì)其逆變器采用Droop控制，以維持微電網(wǎng)內(nèi)部的電壓和頻率穩(wěn)定，然而微型燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢，有十秒到幾十秒的延時(shí)，因此，它們必須與儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行配合，以保證微電網(wǎng)在各種運(yùn)行狀態(tài)下可靠供電，此時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)充當(dāng)輔助電源；當(dāng)微型燃?xì)廨啓C(jī)因故障無(wú)法運(yùn)行或獨(dú)立微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷低谷期時(shí)，可停用微型燃?xì)廨啓C(jī)，此時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)充當(dāng)主電源，以維持獨(dú)立微電網(wǎng)內(nèi)電壓和頻率的穩(wěn)定。因此，儲(chǔ)能系統(tǒng)采用 PQ控制和 Droop控制2種控制方法［15-20］。

由上面分析可知，獨(dú)立微電網(wǎng)中微型燃?xì)廨啓C(jī)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制非常重要。本文針對(duì)含有儲(chǔ)能系統(tǒng)和微型燃?xì)廨啓C(jī)的交流微電網(wǎng)孤立系統(tǒng)，提出了儲(chǔ)能系統(tǒng)和微型燃?xì)廨啓C(jī)的協(xié)調(diào)控制策略，使微型燃?xì)廨啓C(jī)為主電源時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)輔助進(jìn)行功率控制，以及獨(dú)立交流微電網(wǎng)系統(tǒng)中微型燃?xì)廨啓C(jī)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的無(wú)縫切換、儲(chǔ)能系統(tǒng)2種控制方式的無(wú)縫切換，并用PSCAD/EMTDC仿真軟件對(duì)本文所提方法進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 獨(dú)立交流微電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及各微電源的控制

本文的獨(dú)立交流微電網(wǎng)系統(tǒng)由2臺(tái)微型燃?xì)廨啓C(jī)、儲(chǔ)能單元、光伏發(fā)電單元等微電源，負(fù)荷1—4，傳輸電纜等組成。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。圖中，每個(gè)微電源經(jīng)過(guò)各自的逆變器接入到400 V交流微電網(wǎng)上。

圖1 交流微電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of AC microgrid system

圖中各微電源的控制方法如下。

a.光伏發(fā)電單元。光伏發(fā)電應(yīng)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT），由于其發(fā)出的功率波動(dòng)大，因此，光伏的并網(wǎng)逆變器采用PQ控制。由于光伏發(fā)電已比較成熟，本文不再闡述。

圖2 微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of microturbine system

b.微型燃?xì)廨啓C(jī)。微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。它是由微型燃?xì)廨啓C(jī)、永磁發(fā)電機(jī)、整流器、逆變器、濾波器和負(fù)荷等組成，其中微型燃?xì)廨啓C(jī)包含壓縮器、能量回收器、燃燒室以及帶1個(gè)負(fù)荷的動(dòng)力透平機(jī)。從離心式壓氣機(jī)出來(lái)的高壓空氣先在回?zé)崞鲀?nèi)由渦輪排氣預(yù)熱，然后進(jìn)入燃燒室與燃料混合、燃燒，高溫燃?xì)馑腿胂蛐氖綔u輪做功，直接帶動(dòng)高速發(fā)電機(jī)（轉(zhuǎn)速在50000～120000 r/min之間）發(fā)電，高頻交流電流經(jīng)過(guò)整流器和逆變器，即AC/DC/AC變換轉(zhuǎn)化為工頻交流電輸送到交流電網(wǎng)。本文中微型燃?xì)廨啓C(jī)采用Droop控制后，再經(jīng)過(guò)電容電壓外環(huán)控制和電感電流內(nèi)環(huán)控制，從而達(dá)到精確地維持系統(tǒng)的電壓和頻率的目的。

c.儲(chǔ)能系統(tǒng)。蓄電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅能起到能量緩沖的作用，還能提供短時(shí)供電、緩沖微電網(wǎng)中負(fù)荷波動(dòng)、改善微電網(wǎng)電能質(zhì)量。目前微電網(wǎng)系統(tǒng)中大多采用免維護(hù)的鉛酸蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of energy storage system

圖3中，DC/DC部分為直流斬波器，它采用Buck-Boost升降壓電路。蓄電池通過(guò)Buck-Boost電路進(jìn)行充放電，實(shí)現(xiàn)蓄電池與電網(wǎng)之間功率的雙向流動(dòng)；DC/AC部分為并網(wǎng)逆變器，本文中儲(chǔ)能逆變器通過(guò)恒功率控制（即PQ控制）和Droop控制2種控制模式進(jìn)行無(wú)縫切換。

a.當(dāng)微型燃?xì)廨啓C(jī)工作時(shí)，儲(chǔ)能逆變器采用PQ控制，由微型燃?xì)廨啓C(jī)提供電壓u和頻率f支持，儲(chǔ)能系統(tǒng)輔助微型燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行獨(dú)立微電網(wǎng)控制，通過(guò)其自動(dòng)進(jìn)行充放電操作，對(duì)光伏、風(fēng)電等輸出功率波動(dòng)的對(duì)象進(jìn)行平滑，并抑制電壓閃變和波動(dòng)等。

PQ控制的結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示，圖中采用雙環(huán)控制。當(dāng)逆變器輸出的功率P、Q與參考功率Pref、Qref不相等時(shí)，它們的誤差信號(hào)不為0，采用比例積分（PI）調(diào)節(jié)器進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，直至誤差信號(hào)為0，控制器達(dá)到穩(wěn)態(tài)，即逆變器輸出的功率調(diào)整至參考功率。

圖4 PQ控制的結(jié)構(gòu)框圖Fig.4 Structural diagram of PQ control

b.當(dāng)微型燃?xì)廨啓C(jī)退出運(yùn)行時(shí)，儲(chǔ)能逆變器采用Droop控制，以維持獨(dú)立微電網(wǎng)內(nèi)的電壓和頻率穩(wěn)定。Droop控制的結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。首先，根據(jù)下垂特性方程，設(shè)計(jì)下垂控制器，得到參考電壓uodref、uoqref，再設(shè)計(jì)濾波電容電壓環(huán)和電感電流環(huán)的雙環(huán)控制器，從而得到逆變器門(mén)極控制信號(hào)。電壓控制器的主要目的是穩(wěn)定逆變器輸出端口電壓，為了使負(fù)載電壓穩(wěn)態(tài)誤差為0，采用PI控制；而電流控制器的主要目的是提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，因此采用比例（P）控制。

圖5 Droop控制的結(jié)構(gòu)框圖Fig.5 Structural diagram of Droop control

2 微型燃?xì)廨啓C(jī)與儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制

2.1 微型燃?xì)廨啓C(jī)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制

圖6為微型燃?xì)廨啓C(jī)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制結(jié)構(gòu)。圖中，交流獨(dú)立微電網(wǎng)中的微電源為2臺(tái)微型燃?xì)廨啓C(jī)、儲(chǔ)能單元和光伏發(fā)電，微型燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)同步并網(wǎng)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)與交流微電網(wǎng)系統(tǒng)的同期并列；解列開(kāi)關(guān)用于實(shí)現(xiàn)微型燃?xì)廨啓C(jī)與儲(chǔ)能系統(tǒng)之間的無(wú)縫切換。上層協(xié)調(diào)控制單元分別與微型燃?xì)廨啓C(jī)的逆變器主控單元、儲(chǔ)能的并網(wǎng)逆變器主控單元通信，向微型燃?xì)廨啓C(jī)下達(dá)并網(wǎng)運(yùn)行指令和功率分配指令，并實(shí)現(xiàn)微型燃?xì)廨啓C(jī)與儲(chǔ)能系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)控制。

圖6 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖Fig.6 Structural diagram of coordinated control system

微型燃?xì)廨啓C(jī)作為主電源時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的逆變器采用圖4的PQ控制；而當(dāng)微型燃?xì)廨啓C(jī)退出運(yùn)行時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)由輔助電源變?yōu)橹麟娫磿r(shí)，其逆變器由PQ控制變?yōu)閳D5的Droop控制。

2.2 無(wú)縫切換的條件

在儲(chǔ)能系統(tǒng)接收到獨(dú)立控制指令或微型燃?xì)廨啓C(jī)接收到并網(wǎng)指令時(shí)，它們的輸出電壓的幅值與相位可能與獨(dú)立微電網(wǎng)內(nèi)的電壓有一定偏差。如果對(duì)它們的輸出電壓，尤其是相位不加以控制，則它們并入微電網(wǎng)后會(huì)對(duì)微電網(wǎng)產(chǎn)生很大的電流沖擊。

圖7為切換過(guò)程等效相量圖。流向電網(wǎng)的電流ig可表示為：

其中，ug為微電網(wǎng)內(nèi)的電壓，uo為需要并網(wǎng)的逆變器輸出電壓，φ1）；Zg為獨(dú)立微電網(wǎng)側(cè)的等效阻抗；ig為流向微電網(wǎng)的電流。

圖7 切換過(guò)程的等效相量圖Fig.7 Equivalent phasor diagram of switching process

當(dāng)Ug與Uo的電壓相位相等、大小相差單位電壓的 1/1000 時(shí)，有：

當(dāng)Ug與Uo的電壓大小相等、相位相差整周期2π的 1/1000 時(shí)，有：

由此可見(jiàn)，電壓的相位差引起的沖擊遠(yuǎn)大于電壓的幅值差引起的沖擊。要達(dá)到無(wú)縫切換，電壓的幅值與相位要嚴(yán)格控制為與微電網(wǎng)的電壓相同，特別是相位要一致。本文的解決方法是：用鎖相環(huán)來(lái)使輸出電壓不斷跟蹤微電網(wǎng)電壓的頻率和相位，并且對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)，由于在2種模式中濾波電容的電壓外環(huán)和濾波電感的電流內(nèi)環(huán)保持不變，因而能確保微電網(wǎng)系統(tǒng)在2種模式切換過(guò)程中的平滑和快速。

2.3 微型燃?xì)廨啓C(jī)和儲(chǔ)能的切換順序

a.當(dāng)微型燃?xì)廨啓C(jī)因檢修或停運(yùn)退出系統(tǒng)時(shí)，在微型燃?xì)廨啓C(jī)的解列開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的時(shí)間和儲(chǔ)能系統(tǒng)2種模式的切換時(shí)間上會(huì)存在時(shí)間差，微型燃?xì)廨啓C(jī)的解列開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)時(shí)間長(zhǎng)，因此在儲(chǔ)能系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為主電源后，儲(chǔ)能系統(tǒng)仍然會(huì)和微型燃?xì)廨啓C(jī)相連。為了避免在切換過(guò)程中的電壓偏差，當(dāng)儲(chǔ)能逆變器的控制模式為Droop控制方式時(shí)，其參考電壓由微型燃?xì)廨啓C(jī)的電壓幅值和相位決定。微型燃?xì)廨啓C(jī)在退出運(yùn)行前，其輸入到獨(dú)立微電網(wǎng)內(nèi)的有功功率越大，微型燃?xì)廨啓C(jī)與交流微電網(wǎng)的母線(xiàn)斷開(kāi)后對(duì)微電網(wǎng)的影響越大，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的沖擊也就越大，因此儲(chǔ)能系統(tǒng)的逆變器運(yùn)行模式切換時(shí)，首先應(yīng)減小切換前流過(guò)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)的電流，將其減小至某一設(shè)定值。

b.當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)作主電源時(shí)，它需穩(wěn)定微電網(wǎng)內(nèi)的電壓幅值與頻率。此時(shí)，若微型燃?xì)廨啓C(jī)重新啟動(dòng)，微型燃?xì)廨啓C(jī)控制單元檢測(cè)微電網(wǎng)的電壓、頻率和相角，據(jù)此調(diào)整其自身的輸出電壓、頻率和相角，當(dāng)滿(mǎn)足并網(wǎng)條件時(shí)，并網(wǎng)開(kāi)關(guān)合并。

c.當(dāng)上層協(xié)調(diào)控制單元檢測(cè)到微型燃?xì)廨啓C(jī)的并網(wǎng)開(kāi)關(guān)合上后，上層協(xié)調(diào)控制單元向儲(chǔ)能逆變器發(fā)出模式切換命令，切換后微電網(wǎng)內(nèi)的電壓和頻率由微型燃?xì)廨啓C(jī)決定。在切換過(guò)程中，應(yīng)使儲(chǔ)能逆變器的輸出功率在2種模式切換前后保持不變，待2種模式的切換完成后，再逐漸減少儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出功率，將負(fù)荷從儲(chǔ)能系統(tǒng)平滑地轉(zhuǎn)移給微型燃?xì)廨啓C(jī)。

3 系統(tǒng)仿真分析

本文利用PSCAD/EMTDC仿真軟件搭建了圖1所示獨(dú)立微電網(wǎng)仿真模型。仿真中有關(guān)參數(shù)取值為：光伏的額定功率為100 kW，2臺(tái)微型燃?xì)廨啓C(jī)的單機(jī)額定功率為100 kW，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的額定容量為 100 kV·A，總負(fù)荷為100 kW。

3.1 微型燃?xì)廨啓C(jī)作主電源且負(fù)荷變動(dòng)時(shí)的仿真

微型燃?xì)廨啓C(jī)作主電源時(shí)，0 s時(shí)微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷為60 kW，3 s時(shí)系統(tǒng)負(fù)荷變?yōu)?00 kW。圖8為該情況下相關(guān)變量的仿真曲線(xiàn)。其中，圖8（a）為額定頻率fN=50 Hz時(shí)微電網(wǎng)頻率f的曲線(xiàn)，在0.3 s時(shí)由于有功功率的上升且系統(tǒng)維持電壓采用有差調(diào)節(jié)的Droop控制，使得頻率略微下降，但在允許的范圍內(nèi)變化；圖8（b）為3 s前后微電網(wǎng)系統(tǒng)的三相電壓曲線(xiàn) ua、ub、uc，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，它們基本無(wú)波動(dòng)，電壓完全符合系統(tǒng)要求；圖8（c）為微型燃?xì)廨啓C(jī)的有功功率PMT輸出曲線(xiàn)，在3 s時(shí)其輸出功率由40 kW變?yōu)?0 kW；圖8（d）為儲(chǔ)能系統(tǒng)的有功功率PBT輸出曲線(xiàn)，其輸出功率的設(shè)定值為15 kW。由圖可見(jiàn)，微型燃?xì)廨啓C(jī)能快速調(diào)整其輸出的有功功率，以滿(mǎn)足負(fù)荷的需求，負(fù)荷變動(dòng)對(duì)獨(dú)立交流微電網(wǎng)內(nèi)的頻率和電壓影響都很小，微電網(wǎng)系統(tǒng)能維持其電壓和頻率，因此，本系統(tǒng)的穩(wěn)定性好。

圖8 微型燃?xì)廨啓C(jī)作主電源且負(fù)荷變動(dòng)時(shí)的仿真曲線(xiàn)Fig.8 Simulative curves when microturbine is main source and load changes

3.2 儲(chǔ)能系統(tǒng)在2種模式切換時(shí)的仿真

儲(chǔ)能系統(tǒng)在2種模式切換時(shí)微電網(wǎng)系統(tǒng)的負(fù)荷為90 kW，在整個(gè)仿真過(guò)程中，光伏承擔(dān)13 kW功率。在1 s時(shí)微型燃?xì)廨啓C(jī)退出運(yùn)行，儲(chǔ)能系統(tǒng)由輔助電源變?yōu)橹麟娫?，?chǔ)能系統(tǒng)由PQ控制變?yōu)镈roop控制；在3 s時(shí)當(dāng)微型燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)后并且其電壓頻率和相角滿(mǎn)足并網(wǎng)條件時(shí)，將其并入微電網(wǎng)內(nèi)，儲(chǔ)能系統(tǒng)由主電源變?yōu)檩o助電源，儲(chǔ)能系統(tǒng)由Droop控制變?yōu)镻Q控制。

圖9為這種情況下相關(guān)變量的仿真曲線(xiàn)。其中，圖9（a）為額定頻率fN=50 Hz時(shí)微電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率曲線(xiàn)；圖9（b）為微電網(wǎng)系統(tǒng)的在1 s左右的三相電壓曲線(xiàn)；圖9（c）為微型燃?xì)廨啓C(jī)再并入微電網(wǎng)，儲(chǔ)能系統(tǒng)2種模式切換過(guò)程的三相電壓曲線(xiàn)，由圖9（b）、（c）可見(jiàn)，在切換前后微電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率和電壓波動(dòng)很小，實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫切換；圖9（d）為儲(chǔ)能變流器的交直軸電流分量id、iq，三相電流經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換為交直軸的直流分量可以更直觀地觀察到整個(gè)切換過(guò)程；圖9（e）為微型燃?xì)廨啓C(jī)輸出的有功功率，其在1 s前作為主電源，維持系統(tǒng)的電壓和頻率，輸出功率為62 kW，1 s時(shí)退出運(yùn)行，輸出功率也就變?yōu)?，3 s時(shí)又并入微電網(wǎng)，輸出功率為62 kW；圖9（f）為儲(chǔ)能系統(tǒng)的有功功率輸出曲線(xiàn)，儲(chǔ)能系統(tǒng)在切換前采用PQ控制，其輸出的功率為額定值15 kW，在1 s時(shí)進(jìn)行2種模式切換中，其輸出功率迅速變?yōu)?7 kW，來(lái)承擔(dān)系統(tǒng)的負(fù)荷，即當(dāng)其切換為Droop控制后，能維持系統(tǒng)的電壓和頻率穩(wěn)定，在3 s時(shí)其由主電源變?yōu)檩o助電源，由Droop控制變?yōu)镻Q控制，輸出功率變?yōu)?5 kW。由此可見(jiàn)，當(dāng)微型燃?xì)廨啓C(jī)退出運(yùn)行后及其再并網(wǎng)后，儲(chǔ)能系統(tǒng)能迅速地進(jìn)行2種模式切換，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的影響時(shí)間盡量短，以及對(duì)電壓和頻率的無(wú)縫切換。

總之，由仿真曲線(xiàn)可見(jiàn)，本文中所搭建的獨(dú)立交流微電網(wǎng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，并且可以維持系統(tǒng)電壓和頻率的穩(wěn)定，也能實(shí)現(xiàn)微型燃?xì)廨啓C(jī)與儲(chǔ)能系統(tǒng)之間無(wú)縫切換，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

圖9 儲(chǔ)能系統(tǒng)2種模式切換時(shí)的仿真曲線(xiàn)Fig.9 Simulative curves of switching between two energy storage system modes

4 結(jié)論

本文搭建了獨(dú)立交流微電網(wǎng)模型，提出了微型燃?xì)廨啓C(jī)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方案，并且在PSCAD/EMTDC仿真軟件上實(shí)現(xiàn)了微型燃?xì)廨啓C(jī)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制，以及儲(chǔ)能系統(tǒng)2種控制模式的無(wú)縫切換。仿真結(jié)果表明在負(fù)荷變化和微型燃?xì)廨啓C(jī)故障2種情況下微電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率和電壓均非常穩(wěn)定，因此本文的協(xié)調(diào)控制方案具有一定的參考價(jià)值。