張野，郭力

(1. 南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司，廣東 廣州 510080；2.智能電網(wǎng)教育部重點實驗室(天津大學)，天津300072)

?

基于下垂控制的微網(wǎng)無縫切換控制策略研究

張野1，郭力2

(1. 南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司，廣東 廣州 510080；2.智能電網(wǎng)教育部重點實驗室(天津大學)，天津300072)

摘要：基于下垂控制的微網(wǎng)離網(wǎng)運行時，分布式電源需要根據(jù)本地的有功、無功負荷及下垂特性調(diào)整輸出電壓頻率和幅值參考來實現(xiàn)微網(wǎng)的穩(wěn)定運行和有功、無功負荷的合理分配，但下垂控制會導致微網(wǎng)并網(wǎng)點兩側(cè)電壓相位和幅值不再一致，當微網(wǎng)由離網(wǎng)運行轉(zhuǎn)換到并網(wǎng)運行時，如不采取一定的控制將導致并網(wǎng)瞬間出現(xiàn)較大的功率沖擊，直接影響微網(wǎng)的電能質(zhì)量和穩(wěn)定運行。為此，提出一種基于下垂控制的微網(wǎng)無縫切換控制策略，利用分布式電源底層電壓控制模式不變的特點，實現(xiàn)微網(wǎng)由并網(wǎng)運行到離網(wǎng)運行的平滑切換。通過第二層的電壓頻率恢復控制和改進的相位控制，大大減小微網(wǎng)由離網(wǎng)運行到并網(wǎng)運行切換瞬間的功率沖擊。該策略不僅實現(xiàn)了微網(wǎng)內(nèi)分布式電源的靈活接入，而且使整個微網(wǎng)實現(xiàn)了即插即用的功能。最后通過電磁暫態(tài)模擬程序軟件和電力系統(tǒng)計算機輔助設計(electricmagnitictransientinDCSystemandpowersystemcomputeraideddesign,EMTDC/PSCAD)進行仿真計算，驗證控制策略的有效性。

關鍵詞：可再生能源；分布式發(fā)電；下垂控制；無縫切換；改進相位控制

太陽能、風能等可再生能源具有無污染、可再生、分布廣等優(yōu)點，逐漸成為未來世界能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分?？稍偕茉吹慕尤爰夹g吸引了國內(nèi)外各研究機構(gòu)越來越多的關注。作為可再生能源接入電網(wǎng)的重要形式之一。微網(wǎng)是指發(fā)電功率在數(shù)千瓦至50兆瓦、布置在用戶側(cè)的小型發(fā)電系統(tǒng)。微網(wǎng)一般包括分布式電源，如儲能裝置、能量變換裝置、負荷、監(jiān)控和保護裝置等[1-2]。微網(wǎng)是一個能實現(xiàn)自身控制、管理和保護的自治系統(tǒng)，既可以并網(wǎng)運行，也可以離網(wǎng)運行。當外部電網(wǎng)發(fā)生故障或微網(wǎng)需要主動離網(wǎng)運行時，微網(wǎng)應迅速斷開并網(wǎng)開關與外部電網(wǎng)脫離，轉(zhuǎn)入離網(wǎng)運行模式；當外部電網(wǎng)恢復正常或微網(wǎng)需要主動并網(wǎng)時，微網(wǎng)應重新并入外部電網(wǎng)。微網(wǎng)運行模式的無縫切換是保證微網(wǎng)穩(wěn)定運行和供電可靠性的關鍵[3]。

微網(wǎng)的控制模式?jīng)Q定其無縫切換控制策略。按離網(wǎng)時主電源控制方法不同，微網(wǎng)分主從和對等控制。主從控制是指微網(wǎng)離網(wǎng)運行時，只有單一的電源為整個微網(wǎng)提供恒定的電壓頻率參考；對等控制是指微網(wǎng)離網(wǎng)運行時，有2臺以上的電源為整個微網(wǎng)提供電壓頻率參考，常見的控制方法為下垂控制方法。主從控制的微網(wǎng)在進行無縫切換控制時，需要從離網(wǎng)時的電壓頻率控制切換到并網(wǎng)時的P-Q控制，由于控制模式切換和運行模式切換不同步，并網(wǎng)瞬間容易出現(xiàn)較大的電流沖擊[4-7]。對等控制微網(wǎng)在運行模式切換過程中，其底層電壓控制策略不變，不需要控制模式的切換，只需采取一定的預同步控制就可減小切換過程的電流沖擊。當對等控制的微網(wǎng)任何一臺主電源發(fā)生故障，其他主電源可以繼續(xù)為微網(wǎng)供電，可靠性較高。采用下垂控制時通過改變各個主電源的下垂系數(shù)就可以方便實現(xiàn)有功、無功負荷的合理分配。

張野，等：基于下垂控制的微網(wǎng)無縫切換控制策略研究綜上所述，隨著基于下垂控制的微網(wǎng)易于實現(xiàn)運行模式的無縫切換、供電可靠性高和易于實現(xiàn)有功、無功負荷的分配，越來越吸引了國內(nèi)外學術界的廣泛關注。文獻[8-9]詳細地介紹了多逆變電源無互連線的下垂控制方法，并通過小擾動穩(wěn)定性分析給出主要控制參數(shù)的選取方法；文獻[10]將功率微積分項加入到傳統(tǒng)的下垂控制中，在不影響有功、無功負荷均分準確性的前提下，改善了下垂控制的動態(tài)效果；文獻[11-12]針對低壓微電網(wǎng)線路與傳統(tǒng)高壓輸電線路阻抗比的不同而引起的功率耦合問題，提出了采用坐標旋轉(zhuǎn)的虛擬功率控制策略，該方法通過坐標旋轉(zhuǎn)正交變換矩陣，實現(xiàn)了功率的解耦控制，對傳統(tǒng)方法進行了改進；文獻[13]提出使用電壓-相位下垂控制實現(xiàn)預定比例的負荷功率分配，它比電壓-頻率控制法提供更好的頻率支撐；文獻[14]提出基于下垂控制的微網(wǎng)無縫切換控制方法，給出了微網(wǎng)整體下垂控制的設計原則，通過引入同期控制減小了并網(wǎng)瞬間的功率沖擊，實現(xiàn)微網(wǎng)運行模式的平滑切換；文獻[15]借鑒電力系統(tǒng)的分層控制經(jīng)驗，綜合微網(wǎng)電壓頻率控制、離網(wǎng)運行和并網(wǎng)運行的特點，提出適宜微網(wǎng)的分層控制結(jié)構(gòu)。本文所提出的下垂控制方法是在傳統(tǒng)有功-頻率、無功-電壓幅值下垂控制方法的基礎上增加改進相位控制環(huán)節(jié)，實現(xiàn)微網(wǎng)離網(wǎng)模式到并網(wǎng)模式的快速平滑切換。

本文首先介紹了微網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)成和基于下垂策略的控制結(jié)構(gòu)；第二，詳細介紹了底層下垂控制的基本原理；第三，提出了微網(wǎng)并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)和離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)時的無縫切換控制方法；第四，通過PSCAD仿真模型驗證控制策略的有效性。

1微網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成及其控制結(jié)構(gòu)

典型微網(wǎng)系統(tǒng)與分層控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖1可看到，微網(wǎng)中的風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)經(jīng)過各自的能量變換裝置后將再生能源轉(zhuǎn)換成工頻交流電，再通過饋線連接到統(tǒng)一的微網(wǎng)交流母線處。其中，儲能逆變器采用電壓控制，負責為整個微網(wǎng)提供電壓頻率參考，并通過下垂控制進行有功、無功出力的合理分配；風力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)的變換器采用電流控制，實時跟蹤風機和光伏電池的最大出力，實現(xiàn)可再生能源的高效利用。靜態(tài)開關(statictransferswitch,STS)的閉合與斷開分別對應微網(wǎng)的并網(wǎng)運行模式和離網(wǎng)運行模式。微網(wǎng)中的模式切換控制器通過采樣STS兩側(cè)電壓信號，并對STS和儲能逆變器進行控制以實現(xiàn)微網(wǎng)運行模式的無縫切換。

借鑒大電網(wǎng)傳統(tǒng)的三層調(diào)頻結(jié)構(gòu)，本文將微網(wǎng)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)也分為3個層次：第一層控制為各個儲能逆變器的下垂控制，主要用于響應快速的負荷變化并實現(xiàn)各儲能逆變器間有功、無功出力的合理分配，控制速度最快；第二層控制為模式切換控制、并網(wǎng)時的聯(lián)絡線功率控制和離網(wǎng)時的電壓頻率控制，主要用于響應周期較長的負荷變化并實現(xiàn)微網(wǎng)的運行模式切換，該層控制由微網(wǎng)模式切換控制器實現(xiàn)，控制速度比第一層控制略慢；第三層控制為經(jīng)濟調(diào)度控制，由上位機實現(xiàn)，主要是根據(jù)發(fā)電計劃、無功優(yōu)化和負荷預測結(jié)果，計算各個儲能逆變器的最優(yōu)有功、無功出力，通過通信網(wǎng)絡下發(fā)到底層儲能逆變器控制器中，該層控制周期最長。對于不同的控制目標可以采用不同速率的通信通道，這種分層處理有利于多個控制目標的實現(xiàn)和微網(wǎng)經(jīng)濟效益的提高。

2底層下垂控制方法的基本原理

下垂控制是指微網(wǎng)在多逆變電源并聯(lián)運行時，通過模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機的運行特性，人為地使逆變電源的頻率和電壓幅值，按照一定的比例，根據(jù)輸出的有功功率和無功功率進行調(diào)整，使各個逆變電源按照各自的容量分配有功、無功負荷。本文以簡單供電系統(tǒng)為例來詳細介紹下垂控制的基本原理。線路傳輸功率與電壓矢量如圖2所示。

假設功率由A端流向B端。線路傳輸視在功率(公式里的星號表示復數(shù)取共軛)

(1)

由于線路阻抗

(2)

式中：R為線路電阻；X為線路電抗。有功功率和無功功率

(3)

(4)

經(jīng)過變換近似得

(5)

(6)

由式(5)和(6)可知，當線路電抗遠大于線路電阻時，電壓相位近似與線路流過的有功功率成正比，電壓幅值近似與線路流過的無功功率成正比。由于相位為頻率對時間的積分，因此可以得到傳統(tǒng)下垂控制的基本公式：

(7)

(8)

式中：kP為頻率下垂系數(shù)，kQ為電壓幅值下垂系數(shù)，kP與kQ均為0到1之間的常數(shù)；f0為下垂曲線有功功率頻率初值；P0為與其對應的有功功率參考值；E0為下垂曲線無功功率電壓幅值初值；Q0為與其對應的無功功率參考值。下垂控制均分有無功功率的動態(tài)過程如圖3所示。

圖3中，微網(wǎng)中負荷發(fā)生變化時，若儲能逆變器1出口與微網(wǎng)母線處的相位差δ1>δ2，則儲能逆變器1輸出有功功率P1>P2。由下垂曲線可知，此時儲能逆變器1的參考頻率f1

若儲能逆變器1輸出的無功功率Q1>Q2，由下垂曲線可知，儲能逆變器1出口的電壓幅值E1

3微網(wǎng)無縫切換控制

基于下垂策略的儲能逆變器在微網(wǎng)系統(tǒng)模式切換的過程中可以維持逆變器電壓控制的基本策略不變，易于微網(wǎng)實現(xiàn)并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)的切換。而離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)的切換與傳統(tǒng)同步發(fā)電機投入并聯(lián)的要求相同，通過模式切換控制器進行統(tǒng)一的電壓幅值、頻率和相位調(diào)整，達到同期要求后即可通過控制STS實現(xiàn)并網(wǎng)操作。

3.1并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)時的模式切換控制

基于下垂控制的儲能逆變器并網(wǎng)運行時，由于配電網(wǎng)的頻率恒定為工頻50 Hz，因此只需改變下垂曲線工頻對應的功率初值即可實現(xiàn)逆變器并網(wǎng)時的有功功率控制。但是由于微網(wǎng)饋線存在電壓降落，采用Q-E下垂策略時，如果逆變器輸出電壓參考值不做調(diào)整，則會引起無功功率控制出現(xiàn)較大的偏差。具體控制結(jié)構(gòu)如圖4所示。

從圖4可看到，并網(wǎng)時的儲能逆變器無功控制為三層結(jié)構(gòu)，內(nèi)環(huán)為電壓環(huán)，由逆變器端口電壓幅值反饋和比例-積分(proportion integration, PI)控制組成；中間環(huán)為基于Q-E下垂曲線的計算環(huán)節(jié)；外環(huán)為無功功率環(huán)，由逆變器輸出無功功率和PI控制組成。無功功率外環(huán)通過反饋調(diào)節(jié)實現(xiàn)逆變器輸出無功功率的精確控制，消除了饋線壓降的影響。

當微網(wǎng)中的儲能逆變器采用下垂控制時，由于其內(nèi)環(huán)為電壓控制，直接斷開微網(wǎng)的STS來實現(xiàn)并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)的操作，各逆變器根據(jù)下垂曲線和本地負荷進行微網(wǎng)電壓頻率和幅值的調(diào)整。轉(zhuǎn)到離網(wǎng)運行時，無功外環(huán)不再起作用，把切換前的無功功率環(huán)PI結(jié)果保存下來作為Q-E曲線電壓初值的一部分。

3.2離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)時的模式切換控制

離網(wǎng)狀態(tài)下，微網(wǎng)并網(wǎng)要求與傳統(tǒng)同步發(fā)電機投入并聯(lián)的要求相同，都需要STS兩側(cè)電壓幅值、頻率和相位基本保持一致。本文提出利用微網(wǎng)模式切換控制器對STS兩側(cè)的電壓信號進行測量，計算得到電壓幅值差、頻率差和相位差，并根據(jù)這些差值進行微網(wǎng)電壓頻率恢復控制和改進的相位控制，以實現(xiàn)微網(wǎng)離網(wǎng)運行到并網(wǎng)運行的平滑切換。

電壓頻率恢復控制是指通過微網(wǎng)模式切換控制器，利用STS兩側(cè)的電壓幅值差和頻率差進行PI調(diào)節(jié)，得到電壓幅值改變量Einc和頻率改變量finc1，與原有下垂曲線電壓幅值參考值E0和頻率參考值f0疊加得到新的參考值，平移下垂曲線，最終使整個系統(tǒng)穩(wěn)定在新的運行點上。在不改變儲能逆變器輸出有功、無功功率的基礎上實現(xiàn)了微網(wǎng)與配電網(wǎng)電壓和頻率的一致。

電壓頻率恢復控制結(jié)構(gòu)如圖5所示。

如圖5所示，電壓頻率恢復控制后，當給定有功和無功負荷時，微網(wǎng)離網(wǎng)運行時的頻率和電壓幅值與配電網(wǎng)相同。

電壓頻率恢復控制完成后，開始第二階段的改進相位控制。改進相位控制是指微網(wǎng)模式切換控制器根據(jù)微網(wǎng)與配電網(wǎng)的相位差進行PI調(diào)節(jié)，得到頻率改變量finc2，與第一階段的頻率參考值疊加得到新的參考值。若微網(wǎng)電壓相位滯后于配電網(wǎng)電壓相位，則finc2>0；若微網(wǎng)電壓相位超前于配電網(wǎng)電壓相位，則finc2<0，微網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的相位差都不斷縮小。當相位差滿足并網(wǎng)條件時，改進的相位控制結(jié)束，頻率增量finc2置為0，finc1和Einc保存為前一時刻值疊加到原下垂曲線頻率f0和電壓幅值參考值U0上，此時微網(wǎng)模式切換控制器控制STS閉合完成離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)的切換。由于此時微網(wǎng)的電壓幅值和頻率與配電網(wǎng)一致，也就說微網(wǎng)儲能逆變器輸出的有功、無功功率與負荷消耗的有功、無功功率相等，因此并網(wǎng)瞬間聯(lián)絡線上的功率沖擊較小，逆變器輸出功率基本不變。

(9)

(10)

式中：fgrid、θgrid、Egrid分別為配電網(wǎng)電壓的頻率、相位和幅值，fmicrogrid、θmicrogrid、Emicrogrid分別為微網(wǎng)電壓的頻率、相位和幅值；Einc為電壓恢復控制得到的下垂曲線電壓初值改變量；kEP2、kEI2、kfP、kfI、kθP、kθI分別為電壓控制環(huán)、頻率控制環(huán)和改進相位控制環(huán)PI參數(shù)；finc1為頻率恢復控制得到的下垂曲線電壓頻率改變量；finc2為改進相位控制得到的下垂曲線電壓頻率改變量，只在相位控制時起作用，當STS兩側(cè)電壓相位滿足并網(wǎng)條件時，finc2要置為0。因為并網(wǎng)瞬間的功率沖擊與STS兩側(cè)的頻率差、相位差和電壓幅值差成正比，當STS兩側(cè)相位差和電壓幅值差足夠小時，并網(wǎng)瞬間的功率沖擊主要與相位控制時導致的頻率差成正比，頻率差越大，逆變器輸出功率變化越大，并網(wǎng)聯(lián)絡線功率沖擊越大。

(11)

式中:Perror為離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)瞬間的有功功率變化量;N為儲能逆變器臺數(shù)。微網(wǎng)與配電網(wǎng)的頻率差越大，并網(wǎng)瞬間功率沖擊越大。式(11)中，

(12)

微網(wǎng)經(jīng)過電壓頻率恢復控制后，其頻率值與配電網(wǎng)電壓頻率額定值基本相同，因此并網(wǎng)瞬間的功率沖擊是由相位控制引起的頻率差導致的，采用本文的改進相位控制方法后，這部分頻率偏差可以在并網(wǎng)前置零，減小了并網(wǎng)時的功率沖擊。由式(11)和式(12)可得，并網(wǎng)瞬間的功率沖擊與離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)的條件為

(13)

(14)

式中：ΔEmax、Δfmax、Δθmax為離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)時STS兩側(cè)電壓允許的最大電壓幅值差、頻率差和相位差。如圖6所示，離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)的模式切換控制是通過電壓頻率恢復控制和改進的相位控制來獲得相應的頻率和電壓幅值初值改變量，再通過平移后的下垂曲線獲得最終的電壓頻率和幅值參考值。當微網(wǎng)與配電網(wǎng)的電壓滿足式(14)所示的條件時，finc2置零，模式切換控制器控制STS閉合，完成并網(wǎng)操作。

4PSCAD仿真驗證

在PSCAD仿真軟件中搭建如圖1所示微網(wǎng)系統(tǒng)模型。由于可再生能源出力在模式切換過程中基本不變，因此可以將其與負荷進行等效。仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7所示微網(wǎng)系統(tǒng)包括2臺儲能逆變器、逆變器饋線、微網(wǎng)等效負荷和STS。其中儲能逆變器包括直流母線電容、IGBT逆變橋和LCL型濾波電路，其中阻尼電阻用來抑制LCL型濾波器的高頻諧振。儲能逆變器采用下垂控制，并能接收模式切換控制器發(fā)出的指令，改變下垂曲線的初值。微網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)見表1。

表1微網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)

離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)的模式切換控制。算例開始時逆變器1帶微網(wǎng)負荷啟動；在0.5 s時，逆變器2投入運行，與逆變器1均分有功和無功功負荷；在1.6 s時啟動電壓幅值和頻率恢復控制；在2.2 s時，啟動改進的相位控制；在2.7 s時，并網(wǎng)條件滿足，finc2置為0，模式切換控制器控制STS閉合，完成離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)的切換。

如圖8所示，2臺逆變器穩(wěn)態(tài)和動態(tài)均分有功和無功負荷的效果較好，且離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)瞬間逆變器輸出功率變化很小，改進相位控制效果明顯。0.5 s時逆變器2投入運行后，2臺逆變器開始有功負荷和無功負荷均流；約0.7 s時兩臺逆變器輸出電壓頻率和幅值基本相同，有功和無功負荷實現(xiàn)均流；1 s時啟動電壓頻率恢復控制后，電壓頻率和幅值接近額定值，其值與額定值存在很小的誤差；2.2 s時改進相位控制啟動后，2臺逆變器頻率值不斷減小，并網(wǎng)前改進相位控制引起的頻率變化量清零，并網(wǎng)瞬間逆變器輸出頻率和電壓幅值波動都很??；2.7 s時兩電壓基本重合。由此可見，采用電壓頻率恢復控制和改進相位控制可以大大減小因頻率、電壓幅值和相位不一致而導致的并網(wǎng)瞬間功率沖擊，實現(xiàn)微網(wǎng)離網(wǎng)到并網(wǎng)的平滑過渡。

5結(jié)束語

本文詳細介紹了下垂控制的基本原理及并網(wǎng)和離網(wǎng)時的下垂控制實現(xiàn)方法。在此基礎上，提出基于下垂控制的微網(wǎng)無縫切換控制，通過并網(wǎng)無功功率外環(huán)積分項結(jié)果保存至底層電壓控制，實現(xiàn)微網(wǎng)并網(wǎng)到離網(wǎng)的平滑過渡；再通過離網(wǎng)時的電壓頻率恢復控制和改進的相位控制實現(xiàn)微網(wǎng)離網(wǎng)到并網(wǎng)的無縫切換，避免并網(wǎng)瞬間的功率沖擊，提高了微網(wǎng)的穩(wěn)定性。本文基于分層的思想，將基于下垂控制的微網(wǎng)控制結(jié)構(gòu)分為三個層次，主要介紹了底層的下垂控制和第二層的模式切換控制。底層的下垂控制由逆變器控制器實現(xiàn)，第二層的模式切換控制由微網(wǎng)模式切換控制器實現(xiàn)。PSCAD仿真結(jié)果表明，本文所提方法可以實現(xiàn)微網(wǎng)并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)和離網(wǎng)轉(zhuǎn)并網(wǎng)的無縫切換，控制邏輯清晰，切換過程功率沖擊較小，但上層模式切換控制需要增加微網(wǎng)總體的通信成本，微網(wǎng)的經(jīng)濟效益有所降低。

參考文獻：

[1] 梁才浩，段獻忠.分布式發(fā)電及其對電力系統(tǒng)的影響[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2001，25(12)：53-56.

LIANG Caihao，DUAN Xianzhong.Distributed Generation and Its Impact on Power System[J]. Automation of Electric Power System，2001,25(12) ：53-56.

[2] 王成山，王守相.分布式發(fā)電供能系統(tǒng)若干問題研究[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2008，32(20)：1-4.

WANG Chengshan，WANG Shouxiang.Study on Some Key Problems Related to Distributed Generation Systems[J]. Automation of Electric Power System，2008，32(20)：1-4.

[3] 張純，陳民鈾，王振存.微網(wǎng)運行模式平滑切換的控制策略研究[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制，2011，39(20)：1-5.

ZHANG Chun，CHEN Minyou，WANG Zhencun.Study on Control Scheme for Smooth Transition of Micro-grid Operation Modes[J]. Power System Protection and Control，2011，39(20)：1-5.

[4] 唐西勝，鄧衛(wèi)，齊智平.基于儲能的微網(wǎng)并網(wǎng)/離網(wǎng)無縫切換技術[J]. 電工技術學報，2011，26(1)：279-284.

TANG Xisheng，DENG Wei，QI Zhiping.Research on Grid-connected/Islanded Seamless Transition of Microgrid Based on Energy Storage[J]. Transactions of China Electrotechnical Society，2011，26(1)：279-284.

[5] 王成山，肖朝霞，王守相.微網(wǎng)綜合控制與分析[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2008，32(7)：98-102.

WANG Chengshan，XIAO Zhaoxia，WANG Shouxiang.Synthetical Control and Analysis of Microgrid[J]. Automation of Electric Power System，2008，32(7)：98-102.

[6] 鄭競宏，王燕廷，李興旺，等.微電網(wǎng)平滑切換控制方法及策略[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2011，35(18)：17-23.

ZHENG Jinghong，WANG Yanting，LI Xingwang，et al. Control Methods and Strategies of Microgrid Smooth Swithover[J]. Automation of Electric Power System，2011，35(18)：17-23.

[7] 王曉寰，張純江.分布式發(fā)電系統(tǒng)無縫切換控制策略[J]. 電工技術學報，2012，27(2)：217-222.

WANG Xiaohuan，ZHANG Chunjiang.Study of Control Strategy for Seamless Transfer of Grid-Connected Distributed Generation System[J]. Transactions of China Electrotechnical Society，2012，27(2)：217-222.

[8] GUERRERO J M，LI Junhang，JAVIER U.Control of Distributed Uninterrupted Power Supply System[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics，2008，55(8)：2845-2859.

[9] GUERRERO J M，JOSE M，LUIS DE G，et al. Wireless-Control Strategy for Parallel Operation of Distributed-Generation Inverters[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics，2006，53(5)：1461-1470.

[10] GUERRERO J M，LUIS DE G，JOSE M，et al. A Wireless Controller to Enhance Dynamic Performance of Parallel Inverters in Distributed Generation Systems[J]. IEEE Transactions on Power Electronics，2004，19(5)：1205-1213.

[11] 周賢正，榮飛，呂志鵬，等.低壓微電網(wǎng)采用坐標旋轉(zhuǎn)的虛擬功率V/f下垂控制策略[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2012，36(2)：47-51.

ZHOU Xianzheng，RONG Fei，Lü Zhipeng，et al. A Coordinate Rotational Transformation Based Virtual Power V/fDroop Control Method for Low Voltage Microgrid[J]. Automation of Electric Power System，2012，36(2)：47-51.

[12] 闞志忠，張純江，薛海芬，等.微網(wǎng)中三相逆變器無互連線并聯(lián)新型下垂控制策略[J]. 中國電機工程學報，2011，31(33)：68-74.

KAN Zhizhong，ZHANG Chunjiang，XUE Haifen，et al. A Novel Droop Control of Three-Phase Inverters in Wireless Parallel Operation in Microgrid[J]. Proceedings of the CSEE，2011，31(33)：68-74.

[13] 郜登科，姜建國，張宇華.使用電壓-相位下垂控制的微電網(wǎng)控制策略設計[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2012，36(5)：29-34.

GAO Dengke，JIANG Jianguo，ZHANG Yuhua.Design of Microgrid Control Strategy Using Voltage Amplitude and Phase Angle Droop Control[J]. Automation of Electric Power System，2012，36(5)：29-34.

[14] LI Yunwei， VIATHGAMUWA M，CHIANG P L.Design Analysis and Real-Time Testing of a Controller for Multibus Microgrid System[J]. IEEE Transactions on Power Electronics，2004，19(5)：1195-1204.

[15] GUERRERO J M，VASQUEZ J C，JOSE M，et al. Hierarchical Control of Droop-Controlled AC and DC Microgrid—A General Approach Toward Standardization[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics，2011，58(1)：158-172.

ResearchonSeamlessTransferControlStrategyforMicro-gridBasedonDroopControl

ZHANGYe1,GUOLi2

(1.ElectricPowerResearchInstitute,CSG,Guangzhou,Guangdong510080,China; 2.KeyLaboratoryofSmartGridofMinistryofEducation,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)

Keywords：renewableenergy;distributedgeneration;droopcontrol;seamlesstransfer;improvedphasecontrol

Abstract：Whenthemicro-gridbasedondroopcontrolisinoff-gridrunning,outputvoltagefrequencyandamplitudeisadjustedfordistributedgeneration(DG)accordingtolocalactiveload,reactiveloadanditsdroopcharacteristic,whichmayrealizestableoperationofthemicro-gridandreasonabledistributionofactiveandreactiveloads.Butdroopcontrolmaycausenolongerinconsistenceofvoltagephaseandamplitudesattwosidesofthegrid-connectedpointofmicro-grid.Andwhenthemicro-gridtransferstogrid-connectionrunning,largerpowerimpactmaybecausedinaninstantofgrid-connectionifnocontrolisperformedwhichmaydirectlyaffectpowerenergyqualityandstabileoperationofthemicro-grid.Therefore,thispaperproposesakindofseamlesstransfercontrolstrategybasedondroopcontrolforthemicro-gridwhichmakesuseofcharacteristicofvoltagecontrolmodeinthebottomofDGbeingfixedtorealizesmoothswitchofmicro-gridfromgrid-connectionrunningtooff-gridrunning.Bymeansofrecoverycontrolonsecond-levelvoltagefrequencyandimprovedphasecontrol,powerimpactinaninstantoftransferfromoff-gridrunningtogrid-connectionrunningofthemicro-gridisgreatlyreduced.ElectricmagnetictransientinDCsystemandpowersystemcomputeraideddesign(EMTDC/PSCAD)softwareisusedforsimulatingcalculationanditisverifiedvalidityofthiscontrolstrategy.

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.04.004

收稿日期：2015-11-05修回日期：2015-12-25

基金項目：南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司青年創(chuàng)新基金資助。

中圖分類號：TM727

文獻標志碼：A

文章編號：1007-290X(2016)04-0022-07

作者簡介：

張野(1986)，男，遼寧錦州人。工程師，工學博士，從事分布式發(fā)電及微網(wǎng)技術領域的研究。

郭力(1981)，男，山東濟寧人。副教授，工學博士，碩士生導師，從事分布式發(fā)電及微網(wǎng)技術領域的研究。

(編輯王夏慧)