王紫鈺張瑋亞張可可袁 丁

（1.徐州供電公司，江蘇 徐州 221000；2.南京供電公司，南京 210000）

靈活發(fā)電分布式電源的通用建模及控制技術(shù)研究概述

王紫鈺1張瑋亞2張可可1袁 丁1

（1.徐州供電公司，江蘇 徐州 221000；2.南京供電公司，南京 210000）

靈活發(fā)電分布式電源是一種新型可定制電源，其基于多功能并網(wǎng)逆變器，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電和其他智能功能。通用模型包括一次能源系統(tǒng)，輸入變換器系統(tǒng)，輸出變換器系統(tǒng)及輸出濾波系統(tǒng)。功能級(jí)是輸出變換器系統(tǒng)的核心，靈活發(fā)電分布式電源正是對(duì)功能級(jí)進(jìn)行高級(jí)控制升級(jí)而出現(xiàn)的。本文在對(duì)靈活發(fā)電分布式電源的通用模型進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，從靈活調(diào)度功能、智能輔助功能兩個(gè)方面詳述了靈活發(fā)電分布式電源的控制系統(tǒng)，最后對(duì)靈活發(fā)電分布式電源技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

靈活發(fā)電分布式電源；通用建模；逆變器控制

配電系統(tǒng)接入的分布式電源（DG）按照結(jié)構(gòu)不同，一般有逆變型 DG和同步型 DG。其中逆變型DG基于電力電子接口，運(yùn)行方式靈活，可擴(kuò)展性強(qiáng)，是DG的主要應(yīng)用類(lèi)型。

配電系統(tǒng)中DG以“集中—分散”的形式大規(guī)模接入，從經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)可實(shí)現(xiàn)性考慮，利用逆變型 DG高度可控的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)成基于靈活發(fā)電 DG（flexible distributed generation，F(xiàn)DG）的分布式電壓控制格局，是實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)智能化控制的有效途徑。所謂FDG，是指基于多功能并網(wǎng)逆變器同時(shí)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電和其他智能功能的新型可定制電源[1]。

近年來(lái)，F(xiàn)DG的相關(guān)研究在技術(shù)和實(shí)用性上取得了長(zhǎng)足的發(fā)展[2-6]。文獻(xiàn)[4]提出一種基于FDG實(shí)現(xiàn)多能分布式發(fā)電系統(tǒng)靈活運(yùn)行降低系統(tǒng)不確定性的優(yōu)化方案。文獻(xiàn)[6]提出了一種針對(duì)三相全橋多功能逆變器的多目標(biāo)優(yōu)化補(bǔ)償策略，該策略基于突變理論，采用綜合評(píng)估的方法，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了改善電能質(zhì)量和滿(mǎn)足負(fù)載功率需求，并應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中。文獻(xiàn)[7]提出了一種具有統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)功能的多功能逆變器，可以補(bǔ)償電壓跌落、抑制電壓暫升、補(bǔ)償諧波和無(wú)功功率，同時(shí)適用于并網(wǎng)和孤島運(yùn)行模式。文獻(xiàn)[8]提出了一種基于光伏的、結(jié)合統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)功能、并網(wǎng)發(fā)電功能和電力中斷補(bǔ)償?shù)腇DG。在利用FDG實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量綜合治理時(shí)，可能會(huì)因?yàn)槿萘繂?wèn)題導(dǎo)致無(wú)法完全補(bǔ)償，因此文獻(xiàn)[9]基于熵 Shapely賦權(quán)的電能質(zhì)量綜合評(píng)估模型，提出了一種以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)最優(yōu)的優(yōu)化補(bǔ)償方案，在某些容量不足無(wú)法完全治理電能質(zhì)量問(wèn)題的情況下，實(shí)現(xiàn)有限容量的效益最大化利用。

本文將在對(duì)FDG通用結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，從靈活調(diào)度、智能輔助控制兩個(gè)方面詳述FDG的控制系統(tǒng)，并對(duì)FDG的發(fā)展方向進(jìn)行展望。

1 FDG的通用結(jié)構(gòu)

如圖1所示，F(xiàn)DG的通用結(jié)構(gòu)與逆變型DG類(lèi)似，包括一次能源系統(tǒng)（光伏、風(fēng)機(jī)和燃料電池等）、輸入變換器系統(tǒng)（DC-DC變換器及其控制器）、輸出變換器系統(tǒng)（DC-AC變換器及其控制器）和輸出濾波系統(tǒng)（L、LC、LCL等）。輸出變換器系統(tǒng)的主要功能除了實(shí)現(xiàn)功率輸出，還附加有更復(fù)雜的輔助功能。

圖1 FDG的通用結(jié)構(gòu)

2 輸出變換器系統(tǒng)

FDG的輸出變換器系統(tǒng)主要是指DC-AC并網(wǎng)逆變器，也是FDG實(shí)現(xiàn)的載體[9]，本節(jié)以常見(jiàn)的兩電平三相并網(wǎng)逆變器為例[10]，對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.1 控制級(jí)——內(nèi)環(huán)控制

電流內(nèi)環(huán)控制是確保 FDG并網(wǎng)電流精確和有效跟蹤的必要環(huán)節(jié)。實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的并網(wǎng)電流跟蹤需要同步鎖相環(huán)節(jié)與電流控制環(huán)節(jié)相互配合，共同完成，如圖2所示。

1）同步鎖相控制

PLL是實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流精確跟蹤的重要輔助環(huán)節(jié)，通過(guò)檢測(cè)電網(wǎng)基頻信號(hào)的頻率和相位生成電網(wǎng)同步信號(hào)。PLL的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)硬件或軟件解決。硬件PLL通過(guò)過(guò)零比較實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓頻率和相位的跟蹤，響應(yīng)速度受制于硬件芯片的能力，尤其受制于傳感器、比較器和AD采樣精度。因此，在實(shí)踐中一般都是通過(guò)軟件PLL解決。在三相電網(wǎng)系統(tǒng)中，常用的PLL技術(shù)是同步坐標(biāo)系鎖相環(huán)技術(shù)（SRFPLL）[11-13]。在三相電網(wǎng)對(duì)稱(chēng)且無(wú)諧波的情況下，SRF-PLL能準(zhǔn)確地檢測(cè)電網(wǎng)基波信號(hào)的頻率和相角。一個(gè)典型的SRF-PLL如圖3所示。

圖2 內(nèi)環(huán)控制

圖3 一個(gè)典型的SRF-PLL原理圖

然而，常規(guī)的SRF-PLL在應(yīng)對(duì)電網(wǎng)電壓不平衡、或者畸變的環(huán)境時(shí)存在較大的問(wèn)題。為了抑制負(fù)序、諧波電流分量對(duì)輸出頻率和相位的影響，一般要求PI環(huán)節(jié)帶寬較低，但是帶寬越低，系統(tǒng)的響應(yīng)速度也越慢，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試不斷調(diào)整控制參數(shù)，達(dá)到性能指標(biāo)的均衡。近年出現(xiàn)了一些先進(jìn)的鎖相技術(shù)，如基于變采樣步長(zhǎng)[14]、基于自適應(yīng)陷波器[15]、基于前置過(guò)濾器[16]等。

2）電流控制

為了獲得更好的并網(wǎng)電流跟蹤性能及更快的響應(yīng)速度和跟蹤精度，電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)十分重要，并網(wǎng)逆變器的內(nèi)環(huán)電流控制，可以在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（dq）和靜止坐標(biāo)系（αβ或 abc）中實(shí)現(xiàn)。在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，基于電網(wǎng)電壓矢量定向的電流內(nèi)環(huán)控制在實(shí)施過(guò)程中需要對(duì)控制量進(jìn)行多次坐標(biāo)系變換，增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，占據(jù)了數(shù)字控制芯片有限的系統(tǒng)資源，當(dāng)需要對(duì)除基頻之外的諧波頻率進(jìn)行控制時(shí)，坐標(biāo)變換和濾波環(huán)節(jié)的個(gè)數(shù)成倍增加，更由于過(guò)于復(fù)雜難以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)序電氣量的控制。同時(shí)，濾波環(huán)節(jié)的引入使得系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力大幅下降，無(wú)法滿(mǎn)足并網(wǎng)逆變器電流快速控制的現(xiàn)實(shí)需求。

因此，對(duì)于并網(wǎng)逆變器電流內(nèi)環(huán)控制器的設(shè)計(jì)越來(lái)越多的采用基于靜止坐標(biāo)系的方案，尤以?xún)上囔o止坐標(biāo)系（αβ）下的電流內(nèi)環(huán)控制方案應(yīng)用最廣[17]。在αβ坐標(biāo)系下，各個(gè)控制量為交流量，如仍采用PI控制器將帶來(lái)較大的系統(tǒng)誤差，因此在αβ坐標(biāo)系下通常采用比例諧振（PR）[18]、重復(fù)[19]、預(yù)測(cè)[20]、自適應(yīng)[21-22]、無(wú)源[23]控制器等。

圖4所示顯示了一種對(duì)基頻和諧波頻次電流進(jìn)行有效跟蹤的電流內(nèi)環(huán)控制方案。

圖4 αβ坐標(biāo)系下的電流內(nèi)環(huán)控制框圖

2.2 功能級(jí)——外環(huán)控制

功能級(jí)是FDG控制系統(tǒng)的核心，決定了FDG參與電網(wǎng)調(diào)度和主動(dòng)控制的能力。本部分將從靈活調(diào)度功能、智能輔助功能（包括電網(wǎng)阻抗檢測(cè)、網(wǎng)絡(luò)阻抗重塑和雙模運(yùn)行等）兩個(gè)方面詳述對(duì)FDG功能級(jí)的控制。

1）靈活調(diào)度功能

靈活調(diào)度功能是指 FDG在確保功率輸出的基礎(chǔ)上，能夠主動(dòng)參與電網(wǎng)調(diào)度活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自治運(yùn)行和接收調(diào)度指令運(yùn)行兩種模式的靈活轉(zhuǎn)變。FDG的恒功率（PQ）控制是成熟且在目前電網(wǎng)中非常主流的控制方式。PQ 控制根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)FDG有功功率和無(wú)功功率的指定控制，使得可調(diào)度FDG按照調(diào)度功率指令輸出有功和無(wú)功功率，或者控制分布式可再生能源發(fā)電基于MPPT技術(shù)輸出最大捕獲功率。當(dāng)FDG采用PQ控制時(shí)，不管電網(wǎng)電壓矢量如何變化，換流器輸出的有功和無(wú)功功率均不變，以給定的功率指令運(yùn)行。

目前國(guó)家電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)是，單個(gè)臺(tái)區(qū)接入容量不大于6MW的DG，可以直接接入10kV及其以下的配電網(wǎng)[24]。按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，未來(lái)的智能配電系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)為數(shù)眾多、分散接入的 DG，對(duì)這些分散接入的DG進(jìn)行集中通信調(diào)度困難重重。為了解決這類(lèi)問(wèn)題，文獻(xiàn)[25]提出了多代理控制的概念，多代理系統(tǒng)（MAS）是一種對(duì)工作條件的變化和周?chē)^(guò)程的需求能夠智能和靈活地響應(yīng)的系統(tǒng)，一般由多個(gè)代理（agent）協(xié)同組成。MAS具有自治性自發(fā)性智能性及可通信性等特點(diǎn)，然而，MAS的實(shí)現(xiàn)需要對(duì)現(xiàn)有配電系統(tǒng)進(jìn)行全面的升級(jí)改造，在DG快速增加的現(xiàn)實(shí)背景下存在一定的局限性。同時(shí)，MAS對(duì)網(wǎng)絡(luò)有較高依賴(lài)性，網(wǎng)絡(luò)控制的延時(shí)、丟包等問(wèn)題都會(huì)使其可靠性降低。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中可調(diào)度的自治運(yùn)行同步發(fā)電機(jī)給大規(guī)模分散DG并網(wǎng)提供了一種有效的解決思路。同步發(fā)電機(jī)不需要遠(yuǎn)端或者其他并網(wǎng)單元的信息即可根據(jù)電網(wǎng)的狀態(tài)做出調(diào)整，可以獨(dú)立地、自治地參與電網(wǎng)的調(diào)節(jié)。基于此，出現(xiàn)了利用FDG模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的控制策略。能使 FDG在功能上模擬發(fā)電機(jī)外特性的控制策略主要有兩種：①下垂控制；②虛擬同步發(fā)電機(jī)控制。下垂控制模擬了發(fā)電機(jī)的下垂外特性，是一種簡(jiǎn)化的模擬方案。而虛擬同步發(fā)電機(jī)控制在FDG的外環(huán)控制中人為地引入了發(fā)電機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程，將FDG的暫態(tài)過(guò)程變慢。典型的虛擬同步發(fā)電機(jī)控制技術(shù)主要有荷蘭能源研究中心和埃因霍溫理工大學(xué)等合作的虛擬同步發(fā)電機(jī)（VSG）技術(shù)[26]、德國(guó)克勞斯塔爾工業(yè)大學(xué)的虛擬同步電機(jī)（VISMA）技術(shù)[27]和英國(guó)謝菲爾德大學(xué)鐘慶昌教授的 Synchronverter技術(shù)[28]。

（1）PQ控制

恒功率（PQ）控制以逆變器輸出的有功功率和無(wú)功功率為控制目標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，F(xiàn)DG的有功參考值Pref由系統(tǒng)需求和直流側(cè)電壓穩(wěn)定共同決定。若直流側(cè)串聯(lián)輸入變換器系統(tǒng)，其可被視為完全可控的直流源，則Pref只需要考慮系統(tǒng)需求；若直流側(cè)不能作理想化處理，如當(dāng)直流側(cè)直接接入光伏、風(fēng)機(jī)而缺少輸入變換器系統(tǒng)時(shí)，則Pref還需考慮直流側(cè)電壓穩(wěn)定或者M(jìn)PPT[29-30]。為了確保FDG最大限度的有功輸出，其無(wú)功參考值Qref一般被設(shè)為0，即工作在單位功率因數(shù)狀態(tài)，而當(dāng)FDG擬實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)度功能時(shí)，Qref會(huì)根據(jù)調(diào)度指令變化。

圖5所示為一典型PQ外環(huán)控制框圖。PQ控制的輸出為電流內(nèi)環(huán)控制的電流參考值。

圖5 PQ外環(huán)控制框圖

（2）下垂控制

同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓和頻率與其輸出無(wú)功和有功之間存在下垂特性。與傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)不同，基于電力電子接口的 FDG不具備固有的下垂靜態(tài)特性，但是得益于電力電子接口的高度靈活性，可以通過(guò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) FDG對(duì)于下垂特性的模擬。通過(guò)下垂控制可以實(shí)現(xiàn)多FDG并列運(yùn)行、自治分配功率、支撐系統(tǒng)電壓等。在感性系統(tǒng)阻抗的條件下，當(dāng)系統(tǒng)有功負(fù)荷突然增大時(shí)，有功功率不足，導(dǎo)致頻率下降；系統(tǒng)無(wú)功負(fù)荷突然增大時(shí)，無(wú)功功率不足，導(dǎo)致電壓幅值下降，反之亦然。因此存在兩種基本的下垂控制方法：通過(guò)調(diào)節(jié)電壓頻率和幅值控制FDG輸出功率（f-P&V-Q下垂控制），以及通過(guò)調(diào)節(jié) FDG輸出的功率控制電壓頻率和幅值（P-f&Q-V下垂控制）。前者通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)的頻率和FDG接入交流母線(xiàn)處電壓的幅值，利用下垂特性，確定分布式電源有功功率和無(wú)功功率的輸出參考值；后者通過(guò)測(cè)量FDG輸出的有功功率和無(wú)功功率，利用下垂特性確定頻率和電壓幅值的參考值。本文給出的P-f&Q-V下垂控制框圖如圖6所示。

圖6 下垂外環(huán)控制框圖

（3）虛擬同步發(fā)電機(jī)控制

虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方案的核心在于如何模擬同步發(fā)電機(jī)機(jī)械慣量，因此根據(jù)慣量控制的實(shí)現(xiàn)方式，將虛擬同步發(fā)電機(jī)分為兩類(lèi)，即電流源型虛擬同步發(fā)電機(jī)和電壓源型虛擬同步發(fā)電機(jī)。

① 電流源型虛擬同步發(fā)電機(jī)。采用基于直接電流控制的并網(wǎng)策略，根據(jù)同步發(fā)電機(jī)的特性改變輸出功率或者輸出電流，對(duì)外表現(xiàn)為受控電流源。其轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程主要體現(xiàn)在如何根據(jù)網(wǎng)側(cè)頻率的波動(dòng)，改變輸出有功功率[26-27]。

② 電壓源型虛擬同步發(fā)電機(jī)。根據(jù)同步發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型改變逆變器的輸出電壓和頻率，可將其外特性視為受控電壓源。其轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程主要體現(xiàn)在功率波動(dòng)時(shí)定子側(cè)頻率的變化[28]。

以上這些虛擬同步發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)方案的共同之處是，利用數(shù)學(xué)模型近似表達(dá)同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程。因此建模的精確度會(huì)隨所采用的發(fā)電機(jī)模型的不同而不同，但是，這些方案的核心都是引入機(jī)械慣性。在下垂控制中附加低通濾波環(huán)節(jié)，也可以構(gòu)造出慣性特性，文獻(xiàn)[31]分析了這種構(gòu)造機(jī)械慣性的方式和虛擬同步發(fā)電機(jī)構(gòu)造機(jī)械慣性的方式在物理意義上是一致的。

2）智能輔助功能

（1）阻抗重塑

無(wú)論是下垂控制還是虛擬同步發(fā)電機(jī)等下垂控制的推廣改進(jìn)型控制，其功率輸出體系建立的關(guān)鍵基礎(chǔ)均是輸出阻抗，可以說(shuō)輸出阻抗直接決定了FDG輸出功率的精度和多臺(tái) FDG之間功率輸出的分配。因此FDG的另外一個(gè)智能輔助功能就是輸出阻抗的重塑。輸出阻抗重塑的方法主要有以下兩種。

① 對(duì)FDG電流內(nèi)環(huán)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)DG輸出阻抗的改變。如文獻(xiàn)[32]提出的一種通過(guò)參數(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)輸出阻抗為感性的策略。

② 增加虛擬阻抗環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)FDG輸出阻抗的改變。通過(guò)附加虛擬阻抗實(shí)現(xiàn)靈活的輸出阻抗調(diào)整，不僅可以實(shí)現(xiàn)輸出阻抗重塑為感性，而且能將輸出阻抗重塑為容性[33-34]。

輸出阻抗重塑除了能夠改善功率輸出效果，還可以實(shí)現(xiàn)FDG電能質(zhì)量的主動(dòng)和被動(dòng)治理。主動(dòng)治理是一種諧波補(bǔ)償方案，即通過(guò)FDG輸出阻抗的重塑實(shí)現(xiàn)減少網(wǎng)側(cè)電流諧波的功能；被動(dòng)治理是一種諧波阻尼功能，即通過(guò)FDG輸出阻抗的重塑增加系統(tǒng)阻尼實(shí)現(xiàn)諧振抑制。

被動(dòng)治理體現(xiàn)在通過(guò)調(diào)整輸出阻抗，向系統(tǒng)提供必要的阻尼，以抑制可能出現(xiàn)的串/并聯(lián)諧振現(xiàn)象。一般地，F(xiàn)DG輸出阻抗呈現(xiàn)感性，系統(tǒng)的線(xiàn)路也呈現(xiàn)感性，而濾波電容等呈現(xiàn)容性，當(dāng)系統(tǒng)電阻分量的阻尼不足時(shí)，很容易在這些電感、電容之間形成串并聯(lián)諧振。通過(guò)改變FDG的外特性，使得FDG輸出阻抗呈現(xiàn)電阻特性，向原本電感和電容因素復(fù)雜的配電系統(tǒng)提供更多的阻尼，實(shí)現(xiàn)諧波阻尼[35-36]。

主動(dòng)治理體現(xiàn)在通過(guò)調(diào)整輸出阻抗，減小系統(tǒng)中諧波電流。通過(guò)重塑各個(gè)諧波頻次的輸出阻抗，實(shí)現(xiàn)指定次諧波頻率下FDG較低的輸出阻抗，使得更多的網(wǎng)側(cè)諧波電流流向FDG，達(dá)到降低網(wǎng)側(cè)電流諧波含量的目的[37-39]。

（2）無(wú)縫切換能力

FDG的智能化還體現(xiàn)在其具備孤島并網(wǎng)無(wú)縫切換運(yùn)行的能力上。這種能力提高了FDG的高效性和靈活性，即在電網(wǎng)正常模式下，并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)運(yùn)行；當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)，并網(wǎng)逆變器應(yīng)該能孤島運(yùn)行，向本地關(guān)鍵負(fù)荷提供高質(zhì)量的電能供給。FDG的無(wú)縫切換能力主要有以下6種實(shí)現(xiàn)方案：

① 混合電壓電流控制方案。配置電壓頻率控制和功率控制雙控制器，在系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)切換時(shí)控制器也跟隨切換，為了確保更加平滑的切換效果，可以配置高性能靜態(tài)開(kāi)關(guān)加速切換過(guò)程[40-41]。

② 下垂控制方案。系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)切換前后均采用下垂控制器，為了確保更加平滑的切換效果，可以配置虛擬阻抗減小切換過(guò)程中電流突變的影響[42]。

③ 虛擬功率控制方案。雖然FDG下垂控制可應(yīng)用在孤島和并網(wǎng)兩種運(yùn)行方式下，但是在兩種運(yùn)行方式下其控制參數(shù)是不能不改變的。孤島下的控制參數(shù)不能很好的使用在并網(wǎng)運(yùn)行方式下?；谔摂M功率的下垂控制方案可以克服以上缺陷，在孤島和并網(wǎng)狀態(tài)下無(wú)需調(diào)整控制參數(shù)[43]。

④ 虛擬同步發(fā)電機(jī)控制方案。虛擬同步發(fā)電機(jī)控制策略使得FDG外特性等效于傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)，這種控制方案同樣也是一種下垂控制方案的推廣控制策略[44-45]。

⑤ 間接電流控制方案。引入FDG輸出電容電壓內(nèi)環(huán)、網(wǎng)側(cè)電流外環(huán)的間接電流控制器，這種控制策略主要針對(duì)帶有本地負(fù)荷的 FDG。文獻(xiàn)[46]提出通過(guò)控制電容電壓調(diào)節(jié)網(wǎng)側(cè)電流的間接電流控制方案，在切換過(guò)程中由于內(nèi)環(huán)電容電壓環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)可以確保無(wú)縫切換。但文獻(xiàn)[46]所提出的間接電流控制不能直接控制FDG并網(wǎng)點(diǎn)電壓，當(dāng)FDG的本地負(fù)載是非線(xiàn)性負(fù)載時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)電壓會(huì)產(chǎn)生較為明顯的畸變，同時(shí)這種控制方案的網(wǎng)側(cè)電流參考值的物理意義也不明確。為了解決這個(gè)問(wèn)題，文獻(xiàn)[47]在網(wǎng)側(cè)電流外環(huán)的輸出部分增加一個(gè)限幅環(huán)節(jié)，當(dāng)FDG轉(zhuǎn)為孤島運(yùn)行時(shí)，由于網(wǎng)側(cè)電流為零，此時(shí)外環(huán)控制的輸出將在限幅環(huán)節(jié)的極限處，電流外環(huán)失去作用，此時(shí)FDG工作在單內(nèi)環(huán)電壓控制狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了控制器無(wú)需切換的平滑控制過(guò)渡。

⑥ 電壓電流統(tǒng)一控制方案。電壓電流統(tǒng)一控制采用外環(huán)電壓、內(nèi)環(huán)電流雙環(huán)控制為核心，為了實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)時(shí)的恒功率控制，對(duì)外環(huán)電壓控制的參考值輸入環(huán)節(jié)做了改進(jìn)，在參考值輸入環(huán)節(jié)加入PI控制，當(dāng)FDG轉(zhuǎn)入并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)通過(guò)恰當(dāng)?shù)腜I幅值限制使得輸入?yún)?shù)達(dá)到飽和，使得并網(wǎng)時(shí)外環(huán)不起作用，而FDG通過(guò)單內(nèi)環(huán)電流控制實(shí)現(xiàn)恒功率輸出[48]。

綜上，從功能級(jí)的角度來(lái)看，可將FDG的系統(tǒng)框圖表述為如圖7所示。相對(duì)于難以實(shí)現(xiàn)較大突破的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)步，F(xiàn)DG在功能上的創(chuàng)新更加突出和靈活多樣。

圖7 FDG輸出變換器控制系統(tǒng)框圖

3 結(jié)論

配電系統(tǒng)正經(jīng)歷由系統(tǒng)外單一電源供電向系統(tǒng)內(nèi)多電源分布式供電的轉(zhuǎn)變。DG的大規(guī)模接入，將會(huì)形成配電系統(tǒng)獨(dú)特的“集中—分散”供電運(yùn)行方式。然而，配電系統(tǒng)對(duì)DG多采用被動(dòng)式的管理策略，不僅使配電系統(tǒng)面臨嚴(yán)重的潮流不確定、電壓快速波動(dòng)等運(yùn)行難題，還制約著DG滲透率的進(jìn)一步提高。因而，對(duì)DG進(jìn)行FDG化升級(jí)是解決這些問(wèn)題的有效途徑。未來(lái)的研究不僅要著眼于FDG單體功能的拓展，更要充分利用 FDG大量“集中-分散”接入配電系統(tǒng)的特點(diǎn)，研究集成動(dòng)態(tài)電壓控制功能的多FDG協(xié)調(diào)電壓控制策略，這對(duì)提升系統(tǒng)電壓控制速度，進(jìn)一步提高DG滲透率有重要的意義。具體的可著眼于以下3個(gè)方面：

1）研究基于FDG本地控制的分區(qū)電壓控制方案，解決局部電壓波動(dòng)和不平衡問(wèn)題。

2）在配電網(wǎng)全局層面研究結(jié)合FDG快速調(diào)節(jié)能力和配電網(wǎng)原有電壓控制設(shè)備的多時(shí)間尺度電壓控制策略，解決配電網(wǎng)不同時(shí)間尺度下的電壓控制難題。

3）目前FDG的控制還缺乏與配電系統(tǒng)保護(hù)的配合，如何將FDG納入到配電系統(tǒng)安全防御體系，也將是未來(lái)研究的突破點(diǎn)。

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Review on Universal Modeling and Control Techniques of Flexible Distributed Generator

Wang Ziyu1Zhang Weiya2Zhang Keke1Yuan Ding1
(1.Xuzhou Electrical Power Company,Jiangsu,Xuzhou 221000; 2.Nanjing Electrical Power Company,Nanjing 210000)

The flexible distributed generator (FDG) is a new customizable power source which can realize producing electricity and providing other intelligent functions simultaneously.The FDG is composed of an energy-supply system,an input converter system,an output converter system and a filtering system.The functional level control is the core of the output converter system,while the FDG is appearing with the advanced control upgrades of the functional level.Based on analysis of the universal modeling of the FDG,this paper minutely summarizes the control system of the FDG from two aspects including the flexible dispatching and the intelligent assisting.At last,the development tendency of control techniques of the FDG are appraised.

flexible distributed generator；universal modeling；inverter control

王紫鈺（1987-），女，碩士，江蘇徐州人，主要從事調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)、分布式電源和儲(chǔ)能技術(shù)的研究工作。