高 陽，曹 宇，許傲然，代小敏，張 博

（沈陽工程學(xué)院 研究生院，沈陽 110136）

微電網(wǎng)柔性并網(wǎng)控制策略

高 陽，曹 宇，許傲然，代小敏，張 博

（沈陽工程學(xué)院 研究生院，沈陽 110136）

為了提高微電網(wǎng)穩(wěn)定性，防止微電網(wǎng)在緊急情況下并/離網(wǎng)失敗，針對一種并網(wǎng)過程中控制功率平衡的附加策略進(jìn)行研究。本文以分布式電源（蓄電池儲能、風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等分布式微電源）并網(wǎng)系統(tǒng)為研究對象，通過對微電網(wǎng)與大電網(wǎng)同期并列原理進(jìn)行分析，提出微電源調(diào)節(jié)與功率平衡共同控制策略，實(shí)現(xiàn)多個微電源間不平衡功率的動態(tài)分配和柔性控制。本文通過仿真對柔性控制策略的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明：該控制策略可以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的并網(wǎng)/離網(wǎng)狀態(tài)之間的快速平滑切換，提高微電網(wǎng)的供電質(zhì)量，有效的減緩了微電網(wǎng)并/離網(wǎng)對大電網(wǎng)以及微電網(wǎng)本身造成的沖擊。

微電網(wǎng)；柔性；頻率調(diào)節(jié)；并/離網(wǎng)

0 引言

微電網(wǎng)是分布式發(fā)電的主要應(yīng)用形式。當(dāng)微電網(wǎng)在某些條件下需要進(jìn)行與配電網(wǎng)之間的并網(wǎng)或脫網(wǎng)操作時。由于操作前后，微電網(wǎng)和配電網(wǎng)之間可能存在較大的功率偏差，會對配電網(wǎng)和微電網(wǎng)產(chǎn)生較大的沖擊，造成電壓和頻率的較大波動，更嚴(yán)重的會造成微網(wǎng)運(yùn)行崩潰［1-2］。

針對微電網(wǎng)柔性并網(wǎng)，國內(nèi)外常用的方法是通過調(diào)整微電網(wǎng)電壓幅值、頻率和相位這三個方面來實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的同步運(yùn)行。文獻(xiàn)［3］建立了虛擬發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而控制微電網(wǎng)的并網(wǎng)，文獻(xiàn)［4-6］提出了微電網(wǎng)技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用和發(fā)展，文獻(xiàn)［7］通過研究微電網(wǎng)的運(yùn)行模式，進(jìn)而提出了主從控制與對等控制相結(jié)合的方法，文獻(xiàn)［8-9］提出了通過頻率調(diào)節(jié)減緩微電網(wǎng)并網(wǎng)產(chǎn)生的頻率波動。

但以上文獻(xiàn)并不能解決微電網(wǎng)緊急情況下的并/離網(wǎng)控制。本文提出了微電網(wǎng)柔性并網(wǎng)控制策略，解決了微電網(wǎng)并網(wǎng)對大電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，避免了緊急情況下無法短時間實(shí)現(xiàn)并/離網(wǎng)控制對電網(wǎng)系統(tǒng)造成的損失，增加了系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，保證用戶供電質(zhì)量，同時增加了清潔能源的使用，促進(jìn)了可再生能源的使用與發(fā)展［10-12］。

1 微電網(wǎng)并網(wǎng)原理

微網(wǎng)系統(tǒng)可通過對大電網(wǎng)與微電網(wǎng)之間電壓向量的偏差間接對微網(wǎng)系統(tǒng)的同步狀態(tài)進(jìn)行判斷。在并網(wǎng)過程中，需要微網(wǎng)系統(tǒng)盡量對并網(wǎng)過程中產(chǎn)生的電流沖擊進(jìn)行抑制，防止微電源因沖擊而損壞，保證微電網(wǎng)以及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過電路原理，我們可以知道在微電網(wǎng)與大電網(wǎng)微完全同步時，即頻率以及電壓幅值均無偏差的情況下，并網(wǎng)產(chǎn)生的波動較小。

微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的三相母線的電壓幅值、相角及頻率進(jìn)行檢測。假設(shè)在并網(wǎng)瞬間，電網(wǎng)頻率保持恒定，計(jì)算上述靜止坐標(biāo)分量的交叉項(xiàng)，得到：

其中UG和UM分別為電網(wǎng)和微電網(wǎng)的電壓幅值，ωG和ωM分別為電網(wǎng)和微電網(wǎng)頻率，φG和φM分別為電網(wǎng)和微電網(wǎng)電壓初始相角。

由上式可知，當(dāng)電網(wǎng)頻率與微電網(wǎng)頻率接近于零的時候，即ωM≈ωG，上式可簡化為：

進(jìn)一步可簡化為：

由上式可見，當(dāng)電網(wǎng)的相角和頻率偏差較小時，控制單元相角偏差可以線性簡化。

綜上所述，為實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)并網(wǎng)過程，需要分別檢測微電網(wǎng)與大電網(wǎng)電壓幅值、頻率和相位值。通過檢測到的近似的相位差，通過比例積分環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換為頻差控制信號，并把該信號和頻率偏差信號進(jìn)行疊加，傳遞給微電網(wǎng)控制系統(tǒng)。

2 微電網(wǎng)柔性并網(wǎng)控制策略

微電網(wǎng)還存在非計(jì)劃并/離網(wǎng)或緊急并/離網(wǎng)的情況，例如，大電網(wǎng)發(fā)生故障，微電網(wǎng)需要緊急脫網(wǎng)；微電網(wǎng)孤立運(yùn)行過程中，內(nèi)部發(fā)生故障，需要大電網(wǎng)支援，進(jìn)行緊急并網(wǎng)。在非計(jì)劃并網(wǎng)過程中，系統(tǒng)經(jīng)受的擾動因素更大，如果只依靠微電網(wǎng)中單一的儲能單元，進(jìn)行恒頻和恒壓的調(diào)節(jié)，會使調(diào)節(jié)周期加長，甚至?xí)霈F(xiàn)長時間無法并網(wǎng)，或者是并網(wǎng)失敗，導(dǎo)致微電網(wǎng)的崩潰。

本文提出的微電網(wǎng)柔性并網(wǎng)策略，即在微電網(wǎng)同期并網(wǎng)控制策略中，疊加入微電網(wǎng)功率平衡控制信號，根據(jù)并網(wǎng)指標(biāo)調(diào)節(jié)需求和微電網(wǎng)內(nèi)部功率平衡需求，得到系統(tǒng)增減功率控制值，并通過中心能量控制系統(tǒng)在各微電源間進(jìn)行主動分配，迅速減少微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的功率交換，從而使同期控制調(diào)節(jié)快速實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)指標(biāo)，成功并網(wǎng)?？刂撇呗匀鐖D1所示。

上述控制的特點(diǎn)是：通過對不平衡功率在多個微電源間的動態(tài)分配和柔性控制，來進(jìn)行微電網(wǎng)并網(wǎng)過程中的頻率和相位校正。這種控制方法避免了由于單一調(diào)節(jié)電源調(diào)節(jié)容量受限而導(dǎo)致的并網(wǎng)失敗，可以適用于緊急狀態(tài)下微電網(wǎng)的并/離網(wǎng)控制。

3 微電網(wǎng)柔性并網(wǎng)仿真研究

為了證明引入柔性并網(wǎng)策略后，微電網(wǎng)并網(wǎng)/離網(wǎng)過程波動較小，不會對大電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊。針對風(fēng)機(jī)，儲能和光伏系統(tǒng)組成的微電網(wǎng)在緊急條件下的并/離網(wǎng)過程進(jìn)行仿真，仿真條件為假設(shè)各微源在0.1s時刻均處于穩(wěn)定發(fā)電狀態(tài)，在0.15s時刻進(jìn)行并網(wǎng)切換，分析柔性并網(wǎng)策略對微電網(wǎng)并/離網(wǎng)時功率沖擊的影響。仿真結(jié)果如下所示：

微電網(wǎng)系統(tǒng)引入柔性并網(wǎng)系統(tǒng)時，微電網(wǎng)系統(tǒng)儲能為0.9MW，風(fēng)機(jī)為1.5MW，光伏為0.6MW，微電網(wǎng)負(fù)荷為2MW，在0.15s時刻并網(wǎng)，此時得到并網(wǎng)切換過程中的微電網(wǎng)的各波形圖所示（見圖2）。

由圖中可以看出，當(dāng)并網(wǎng)瞬間由于增加的功率較大，因此并網(wǎng)過程中基于柔性控制策略的暫態(tài)過程就體現(xiàn)的更加明顯，由微電網(wǎng)功率波形及微電網(wǎng)三相電流波形可以看出，在并網(wǎng)過程中，柔性控制策略對微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的功率流動一直處于調(diào)節(jié)狀態(tài)，這樣就使得并網(wǎng)過程中的沖擊降低，滿足并網(wǎng)過程中的相關(guān)性能指標(biāo)要求。

4 結(jié)語

本文首先通過對微電網(wǎng)的準(zhǔn)同期并網(wǎng)的原理進(jìn)行研究，進(jìn)而提出了微電網(wǎng)的柔性并網(wǎng)控制策略。其次通過對不平衡功率在多個微電源間的動態(tài)分配和柔性控制，提出一種主動功率分配策略，來進(jìn)行微電網(wǎng)并網(wǎng)過程中的頻率和相位校正，這種策略可以防止微電網(wǎng)并網(wǎng)電源的單一性，適用于緊急狀態(tài)下微電網(wǎng)的并/離網(wǎng)控制。最后通過對微電網(wǎng)柔性并網(wǎng)控制模型進(jìn)行仿真，結(jié)果表明：通過采用柔性控制策略可以有效的減緩微電網(wǎng)突然并/離網(wǎng)時產(chǎn)生的功率波動對大電網(wǎng)產(chǎn)生影響和沖擊，可以有效的保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.148