劉 偉，劉小龍，劉程華，李欣然，盧穎華

考慮儲(chǔ)能倍率特性與動(dòng)態(tài)PQ控制的非計(jì)劃離網(wǎng)切換策略

劉 偉1，劉小龍2，劉程華3，李欣然2，盧穎華2

(1.許昌學(xué)院，河南 許昌 461000；2.湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410082；3.清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系，北京 100084)

針對(duì)非計(jì)劃離網(wǎng)切換過(guò)程中如何有效切除負(fù)荷并協(xié)調(diào)控制主從儲(chǔ)能出力的問(wèn)題進(jìn)行研究。首先，提出了考慮儲(chǔ)能倍率特性約束的分步切負(fù)荷方法。該方法利用儲(chǔ)能過(guò)載特性短時(shí)支撐離網(wǎng)后剩余未切除負(fù)荷，可克服分步切負(fù)荷的缺陷。然后，在切負(fù)荷過(guò)程中的特定階段，基于虛擬下垂/慣性控制原理動(dòng)態(tài)調(diào)整從儲(chǔ)能出力，有效降低主控制單元的調(diào)節(jié)壓力。在此基礎(chǔ)上，形成了考慮儲(chǔ)能倍率特性約束與動(dòng)態(tài)PQ控制的非計(jì)劃離網(wǎng)平滑切換控制策略。最后，在Matlab中搭建模型并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明，所提策略不僅能夠保證切換過(guò)程中電壓始終維持在較高水平，還可顯著降低電壓波動(dòng)幅度，有利于實(shí)現(xiàn)切換過(guò)程的平滑過(guò)渡。

微電網(wǎng)；并網(wǎng)/離網(wǎng)切換；儲(chǔ)能倍率特性；虛擬下垂/慣性控制

0 引言

微電網(wǎng)[1-3]是一個(gè)可與大電網(wǎng)并網(wǎng)或脫離大電網(wǎng)運(yùn)行的小型發(fā)配電系統(tǒng)，當(dāng)其處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，研究的重點(diǎn)在于經(jīng)濟(jì)調(diào)度層面[4-6]。當(dāng)大電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，微網(wǎng)需從并網(wǎng)模式切換為離網(wǎng)模式[7-9]。其研究的重點(diǎn)為控制層面[10-12]。為了保證并/離網(wǎng)過(guò)渡是穩(wěn)定的，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)并/離網(wǎng)平滑切換控制進(jìn)行了多方面的研究[13-25]。文獻(xiàn)[13]研究了基于主從控制的并/離網(wǎng)平滑切換方法，提出一種適用于微網(wǎng)系統(tǒng)的新型鎖相環(huán)，可減小切換時(shí)的暫態(tài)影響。文獻(xiàn)[14]提出一種基于改進(jìn)鎖相環(huán)(PLL)的分布式發(fā)電單元平滑切換控制策略，克服了傳統(tǒng)混合電壓電流控制策略的缺陷。文獻(xiàn)[15-16]提出一種微網(wǎng)運(yùn)行模式平滑切換控制策略，模式切換時(shí)無(wú)需改變系統(tǒng)運(yùn)行控制策略，即可實(shí)現(xiàn)電壓頻率和功率的平滑過(guò)渡。文獻(xiàn)[17]提出一種改進(jìn)的自調(diào)節(jié)下垂系數(shù)控制，且加入電壓和頻率的誤差反饋，有效減小切換時(shí)的功率沖擊，實(shí)現(xiàn)了電壓和頻率的二次調(diào)節(jié)。文獻(xiàn)[18]通過(guò)PQ控制同步跟隨VF控制器輸出狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)脫網(wǎng)的平滑性，通過(guò)改進(jìn)預(yù)同步控制器使預(yù)同步控制和VF控制不會(huì)發(fā)生沖突，從而減小并網(wǎng)的暫態(tài)沖擊。文獻(xiàn)[19]提出基于鎖相環(huán)的并/離網(wǎng)切換策略，利用虛擬同步發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)的準(zhǔn)同期并網(wǎng)功能。文獻(xiàn)[20]在逆變器控制層，采用MPC和二自由度算法構(gòu)造廣義控制器，使儲(chǔ)能在單一控制結(jié)構(gòu)下完成并網(wǎng)和離網(wǎng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了微網(wǎng)運(yùn)行模式的平滑過(guò)渡。

上述研究涉及到的平滑切換策略一般都是對(duì)逆變器控制策略的切換和改進(jìn)，對(duì)切換過(guò)程如何有效切除負(fù)荷并協(xié)調(diào)各微源出力的研究較少。文獻(xiàn)[21-22]重點(diǎn)研究了電儲(chǔ)能在并/離網(wǎng)無(wú)縫切換過(guò)程中的控制策略，但是研究對(duì)象只限于一個(gè)儲(chǔ)能，且沒(méi)有考慮離網(wǎng)后如何切除負(fù)荷的問(wèn)題。文獻(xiàn)[23]為保證切換過(guò)程的快速性，只粗略地估算了切負(fù)荷量，切負(fù)荷量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致切除瞬間電能過(guò)剩，引起較大過(guò)電壓。文獻(xiàn)[24]從微網(wǎng)內(nèi)源荷匹配程度的角度考慮，提出了分步切負(fù)荷策略，有效地減小了切換過(guò)程中的暫態(tài)振蕩。但是該方法切負(fù)荷過(guò)程較長(zhǎng)，需要較長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)到額定電壓。另外，文中所提策略主要依靠主儲(chǔ)能(主控制)單元進(jìn)行調(diào)節(jié)，雖然可以實(shí)現(xiàn)電壓頻率的快速無(wú)差控制，但是該方法過(guò)多依賴主儲(chǔ)能單元，使得并/離網(wǎng)過(guò)渡中主儲(chǔ)能單元的調(diào)節(jié)壓力較大。

基于以上分析，本文提出考慮儲(chǔ)能倍率特性約束與動(dòng)態(tài)PQ控制的非計(jì)劃離網(wǎng)平滑切換控制策略。策略的創(chuàng)新性在于：(1) 考慮儲(chǔ)能連續(xù)過(guò)載能力的約束下分步驟切負(fù)荷，利用儲(chǔ)能高倍率放電短時(shí)支撐剩余未切除負(fù)荷，克服了分步切負(fù)荷的缺陷，將維持電壓在較高水平。(2) 基于主從控制模式，在切負(fù)荷過(guò)程中的特定階段，利用虛擬下垂/慣性控制原理動(dòng)態(tài)調(diào)整從儲(chǔ)能單元出力，輔助主控制單元調(diào)節(jié)電壓，降低了主控制單元的調(diào)節(jié)壓力，并減小了切換過(guò)程中的電壓波動(dòng)幅度，實(shí)現(xiàn)了平滑過(guò)渡。

1 ?系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

本文所提策略針對(duì)的研究場(chǎng)景為含多組儲(chǔ)能單元的主從控制模式[26]微網(wǎng)系統(tǒng)。對(duì)于含有燃?xì)鈾C(jī)等同步發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其慣性較好，離網(wǎng)后短暫的供需不平衡不會(huì)引起劇烈的電壓/頻率波動(dòng)。另外，燃?xì)鈾C(jī)等機(jī)組的啟動(dòng)速度慢，若離網(wǎng)前機(jī)組未啟動(dòng)，則無(wú)法在短暫的切換過(guò)程中提供有效幫助。故本文在并/離網(wǎng)切換過(guò)程中僅考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)荷的控制策略。

如圖1所示，本文研究的系統(tǒng)包括兩組儲(chǔ)能單元和若干可控負(fù)荷。并網(wǎng)運(yùn)行中，儲(chǔ)能均采用恒PQ控制。離網(wǎng)后需立即切換控制模式并切負(fù)荷以維持系統(tǒng)穩(wěn)定。本文在離網(wǎng)后采用主從控制模式，通過(guò)并/離網(wǎng)切換控制器將一組儲(chǔ)能單元切換為VF控制作為主控制單元(主儲(chǔ)能)，另一組儲(chǔ)能單元切換為動(dòng)態(tài)PQ控制作為從控制單元(從儲(chǔ)能)。切換控制模式后，如何有效切除負(fù)荷并動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)從儲(chǔ)能出力為本文研究重點(diǎn)，下文對(duì)其進(jìn)行具體介紹。

圖1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖

2 基于儲(chǔ)能倍率特性的分步切負(fù)荷方法

2.1 儲(chǔ)能倍率(過(guò)載)特性分析

儲(chǔ)能過(guò)載能力包括兩部分，一部分為電池本體的倍率特性(倍率指電池的充/放電電流相對(duì)于額定電流的倍數(shù))，另一部分為變流器的過(guò)載特性。對(duì)于交流系統(tǒng)，電池本體需要通過(guò)變流器接入系統(tǒng)，而常規(guī)變流器的過(guò)載能力遠(yuǎn)不及電池本體最高倍率[27-28]，因此本節(jié)分析的重點(diǎn)放在變流器的過(guò)載特性上。

變流器的過(guò)載能力指標(biāo)主要針對(duì)輸出電流而言。如圖2所示，當(dāng)過(guò)載前負(fù)載電流不大于變流器額定輸出電流的91%(此電流被稱為基本負(fù)載電流[29])時(shí)，可在其運(yùn)行過(guò)程有短時(shí)的過(guò)載能力。根據(jù)熱等效原理可建立基本方程式(1)，確定變流器過(guò)載能力。

圖2 變流器基本負(fù)載電流、額定電流和過(guò)載電流示意圖

本文在快速切換過(guò)程中采用分步切負(fù)荷方法，即負(fù)荷量逐漸減小。如果過(guò)載電流上限具有從大變小的特征則能更好地匹配切負(fù)荷過(guò)程。由圖2和式(1)可知，過(guò)載電流上限為一恒定值，雖然可持續(xù)過(guò)載較長(zhǎng)時(shí)間，但前期就需要切除較大負(fù)荷以滿足過(guò)載要求。故而本文將式(1)變化為式(2)的形式。根據(jù)式(2)可得到由多個(gè)階段構(gòu)成的逐漸變小的連續(xù)過(guò)載電流上限值。例如，某公司典型變流器的過(guò)載能力指標(biāo)為：最大可以以1.2 C過(guò)載0.4 s。變化后過(guò)載能力指標(biāo)為：最大可以連續(xù)以1.5 C、1.3 C以及1.1 C分別過(guò)載0.1 s。變化后的過(guò)載特性能更好地匹配分步切負(fù)荷過(guò)程，降低分步切負(fù)荷的約束條件。

2.2 基于儲(chǔ)能倍率特性約束的分步切負(fù)荷方法

首先，確定分步切負(fù)荷的周期。周期過(guò)長(zhǎng)會(huì)增加儲(chǔ)能過(guò)載時(shí)長(zhǎng)，損壞設(shè)備；切負(fù)荷后需要時(shí)間穩(wěn)定電壓頻率，周期也不宜過(guò)短。因此可綜合考慮過(guò)載能力和切負(fù)荷后的調(diào)整時(shí)間，選取適宜的切負(fù)荷周期。

式中：I表示以為周期的累計(jì)切負(fù)荷次數(shù)；表示第i次切負(fù)荷的功率；公式左邊部分表示累計(jì)切負(fù)荷量；、分別表示初始時(shí)刻PQ儲(chǔ)能過(guò)載功率和VF儲(chǔ)能過(guò)載功率；、分別表示第I次切負(fù)荷后PQ儲(chǔ)能過(guò)載功率和VF儲(chǔ)能過(guò)載功率。

3 動(dòng)態(tài)PQ控制方法

由于頻率可以通過(guò)主儲(chǔ)能進(jìn)行有效控制，因此，離網(wǎng)后電源有功功率不足導(dǎo)致電壓跌落。在儲(chǔ)能高倍率放電作用下，電壓可以恢復(fù)到較高水平。但是在額定值附近切負(fù)荷時(shí)較容易產(chǎn)生過(guò)/欠電壓的情況?；诖?，本文根據(jù)虛擬下垂/慣性控制原理動(dòng)態(tài)調(diào)整從儲(chǔ)能有功出力，將恒PQ控制優(yōu)化為動(dòng)態(tài)PQ控制，輔助主控制單元調(diào)節(jié)電壓。結(jié)合圖4可得，從儲(chǔ)能的動(dòng)態(tài)PQ控制策略具體描述如下。

圖4 從儲(chǔ)能各階段控制方式

0—1、2—3、4—5階段：電壓正在回調(diào)，依靠主儲(chǔ)能調(diào)節(jié)即可?？刂撇呗匀缡?6)所示。

4 非計(jì)劃離網(wǎng)切換策略

根據(jù)以上分析，本文提出考慮儲(chǔ)能倍率特性約束與動(dòng)態(tài)PQ控制的非計(jì)劃離網(wǎng)平滑切換策略，其思路如圖5所示，核心步驟如下。

步驟1：檢測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，主儲(chǔ)能立即由PQ控制切換為VF控制，從儲(chǔ)能由PQ控制切換為動(dòng)態(tài)PQ控制，由儲(chǔ)能高倍率放電支撐負(fù)荷，使電壓回升到較高水平。經(jīng)過(guò)時(shí)長(zhǎng)q進(jìn)入步驟2。

步驟2：判斷負(fù)荷功率是否超過(guò)額定發(fā)電功率；若是，進(jìn)入步驟3，若否，進(jìn)行步驟5。

步驟3：按優(yōu)先級(jí)順序切除負(fù)荷，同時(shí)，保證負(fù)荷切除量滿足式(3)約束，不超出儲(chǔ)能過(guò)載能力。

步驟4：在切負(fù)荷過(guò)程中，根據(jù)第4節(jié)控制策略，動(dòng)態(tài)調(diào)整從儲(chǔ)能出力，輔助主儲(chǔ)能抑制過(guò)/欠電壓，實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡。經(jīng)過(guò)時(shí)長(zhǎng)q，進(jìn)入步驟2。

步驟5：從儲(chǔ)能出力調(diào)至額定值及以下，結(jié)束。

圖5 考慮儲(chǔ)能倍率特性約束和動(dòng)態(tài)PQ控制的非計(jì)劃離網(wǎng)平滑切換策略流程圖

5 仿真分析

仿真背景設(shè)置如下：?jiǎn)闻_(tái)變流器額定功率設(shè)置為0.5 MW，共3臺(tái)0.5 MW的變流器。選擇1臺(tái)變流器作為主控制器，主儲(chǔ)能單元(儲(chǔ)能單元1)由0.5 MW/0.5 MWh的鋰電池和0.5 MW的變流器構(gòu)成。從儲(chǔ)能單元(儲(chǔ)能單元2)由兩組并聯(lián)的0.5 MW/0.5 MWh的鋰電池以及0.5 MW的變流器構(gòu)成，輸出功率在并聯(lián)支路中平均分配。負(fù)荷總有功功率為2.26 MW，無(wú)功功率為0.44 Mvar。初始運(yùn)行狀態(tài)為并網(wǎng)，儲(chǔ)能單元1、2均采用PQ控制，出力為0。在0.18 s電網(wǎng)發(fā)生故障，當(dāng)檢測(cè)到并網(wǎng)點(diǎn)電壓低于閾值0.7 V時(shí)，PCC開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，同時(shí)，儲(chǔ)能單元1切換到VF控制作為主儲(chǔ)能，將儲(chǔ)能單元2切換為動(dòng)態(tài)PQ控制作為從儲(chǔ)能。設(shè)置切負(fù)荷周期為100 ms，在該周期下設(shè)置變流器電流連續(xù)過(guò)載上限值分別為1.5 C、1.3 C、1.1 C。通過(guò)Matlab搭建模型進(jìn)行仿真。

仿真分析1：常規(guī)的切負(fù)荷策略有兩種。策略1，一次性切除非重要負(fù)荷；策略2，分步切除非重要負(fù)荷。以上兩種策略從儲(chǔ)能均采用恒PQ控制。

如圖6所示，策略1在0.3 s一次性切除負(fù)荷，能夠讓電壓快速恢復(fù)到額定值。但是該方法只能粗略地估計(jì)切負(fù)荷量，切負(fù)荷量過(guò)大時(shí)會(huì)導(dǎo)致切除瞬間電能過(guò)剩，主儲(chǔ)能需大幅度減小出力(圖6(b)所示)，該過(guò)程會(huì)引起較大的過(guò)電壓，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。策略2分兩步切負(fù)荷，有一定時(shí)間調(diào)整切負(fù)荷量，0.4 s第二次切除負(fù)荷后，電能過(guò)剩相對(duì)較小，因此主儲(chǔ)能調(diào)節(jié)幅度相對(duì)較小，引起的過(guò)電壓也相對(duì)較小。理論上，切負(fù)荷步驟分的越多，最終的過(guò)電壓會(huì)越小。但是該方法會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)電壓遲遲不能恢復(fù)到額定狀態(tài)，另一方面，切負(fù)荷過(guò)程太長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致主儲(chǔ)能過(guò)載時(shí)間太長(zhǎng)，對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p壞。本文提出的平滑切換策略能夠很好地解決以上問(wèn)題。

仿真分析2：對(duì)比本文策略與策略2的效果。

策略2中，離網(wǎng)后只有主儲(chǔ)能自動(dòng)的高倍率放電支撐負(fù)荷，從儲(chǔ)能按照額定功率放電。與策略2相比，本文策略同時(shí)利用主、從儲(chǔ)能高倍率放電，如圖7所示，能夠在切負(fù)荷前就將電壓維持在一個(gè)較高的水平?？紤]到儲(chǔ)能連續(xù)過(guò)載特性，在0.3 s第一次切除負(fù)荷(有功功率為0.45 MW，無(wú)功功率為0.02 Mvar)，使主、從儲(chǔ)能過(guò)載倍率降低。從圖7可知，本文策略第一次切除負(fù)荷后電壓便可回到額定值附近，大大縮短了低電壓的持續(xù)時(shí)間。策略2則需要第二次切除負(fù)荷(有功功率為0.83 MW，無(wú)功功率為0.04 Mvar)后才能恢復(fù)到額定電壓。第二次切負(fù)荷后存在電能過(guò)剩的問(wèn)題。策略2僅利用主儲(chǔ)能調(diào)節(jié)，因此過(guò)電壓較大。本文策略通過(guò)動(dòng)態(tài)PQ控制調(diào)整從儲(chǔ)能出力，輔助主儲(chǔ)能調(diào)節(jié)電壓，大大減小了過(guò)電壓幅度。

通過(guò)仿真分析1、2可知，策略1：低電壓時(shí)間較短，切換過(guò)程過(guò)電壓最大。策略2：低電壓時(shí)間最長(zhǎng)，切換過(guò)程過(guò)電壓較大。本文方法：低電壓時(shí)間最短，切換過(guò)程過(guò)電壓最小。對(duì)比可知，本文方法各方面結(jié)果都優(yōu)于策略1、2。

仿真分析3：理論上，如果負(fù)荷開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)間和從儲(chǔ)能響應(yīng)指令時(shí)間完全同步，可直接按照切負(fù)荷的大小確定從儲(chǔ)能出力指令。然而，實(shí)際中開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)間和儲(chǔ)能響應(yīng)指令時(shí)間無(wú)法完全同步。下面對(duì)比三種控制策略驗(yàn)證本文策略的有效性。

(1) 本文策略；(2) 策略3，從儲(chǔ)能恒PQ控制，響應(yīng)動(dòng)作超前切負(fù)荷動(dòng)作40 ms；(3) 策略4，從儲(chǔ)能恒PQ控制，響應(yīng)動(dòng)作滯后切負(fù)荷動(dòng)作40 ms。

由圖8可知，對(duì)于策略3，第2次切負(fù)荷還未發(fā)生時(shí)從儲(chǔ)能已經(jīng)提前降低出力，而主儲(chǔ)能無(wú)法增加相應(yīng)出力，導(dǎo)致供不應(yīng)求，使電壓發(fā)生很大跌落。切負(fù)荷后，由于暫態(tài)振蕩，存在較大過(guò)電壓。對(duì)于策略4，第2次切負(fù)荷發(fā)生時(shí)從儲(chǔ)能還未降低出力，供大于求，從而引起較大的過(guò)電壓。當(dāng)從儲(chǔ)能開(kāi)始降低出力時(shí)，又會(huì)導(dǎo)致電壓跌落。由此可見(jiàn)，切換時(shí)間不同步會(huì)造成較大擾動(dòng)。而本文策略通過(guò)實(shí)時(shí)采集電壓信息動(dòng)態(tài)調(diào)整從儲(chǔ)能出力，可以有效減小切負(fù)荷過(guò)程中的電壓振蕩。

6 結(jié)論

本文以主從控制模式的微電網(wǎng)為研究背景，針對(duì)并/離網(wǎng)切換過(guò)程中如何有效切除負(fù)荷并協(xié)調(diào)控制主從儲(chǔ)能出力的問(wèn)題進(jìn)行研究，提出了考慮儲(chǔ)能倍率特性約束與動(dòng)態(tài)PQ控制的非計(jì)劃離網(wǎng)平滑切換控制策略。主要工作可總結(jié)為以下兩個(gè)方面：(1) 提出了考慮儲(chǔ)能倍率特性約束的分步切負(fù)荷方法。仿真結(jié)果表明，在考慮儲(chǔ)能連續(xù)過(guò)載能力的約束下，分步驟切負(fù)荷，能夠利用儲(chǔ)能高倍率放電短時(shí)支撐剩余未切除負(fù)荷，克服分步切負(fù)荷的缺陷，維持電壓在較高水平；(2) 基于虛擬下垂與虛擬慣性控制原理，提出了儲(chǔ)能動(dòng)態(tài)PQ控制方法。分析表明，所提方法在切負(fù)荷過(guò)程中的特定階段動(dòng)態(tài)調(diào)整從儲(chǔ)能出力，能夠輔助主控制單元調(diào)節(jié)電壓，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)轉(zhuǎn)離網(wǎng)過(guò)程的平滑過(guò)渡。

綜合而言，本文所提方法不僅能夠保證并/離網(wǎng)切換過(guò)程中電壓始終維持在較高水平，還可顯著降低切換過(guò)程中電壓波動(dòng)幅度，有利于實(shí)現(xiàn)切換過(guò)程的平滑過(guò)渡，保證供電可靠性。

[1]LI J, XUE Y, TIAN L, et al. Research on optimal configuration strategy of energy storage capacity in grid-connected microgrid[J]. Protection and Control of Modern Power Systems, 2017, 2(4): 389-396.

[2] YANG L, YANG Z, LI G, et al. Optimal scheduling of an isolated microgrid with battery storage considering load and renewable generation uncertainties[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2019, 66: 1565-1575.

[3] 劉練, 李林, 丁明, 等. 面向園區(qū)的光儲(chǔ)型微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2020, 48(3): 171-179.

LIU Lian, LI Lin, DING Ming, et al. Design and application of photovoltaic and energy storage microgrid for the park[J]. Power System Protection and Control, 2020, 48(3): 171-179.

[4] 何黎君, 程杉, 陳梓銘. 考慮交互功率控制和雙邊競(jìng)價(jià)交易的多微電網(wǎng)雙層優(yōu)化調(diào)度[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2020, 48(11): 10-17.

HE Lijun, CHENG Shan, CHEN Ziming. A scheduling model of a multi-microgrid system based on bi-layer optimization with consideration of PCC power control and bilateral bidding[J]. Power System Protection and Control, 2020, 48(11): 10-17.

[5] MURTY V V S N, KUMAR A. Multi-objective energy management in microgrids with hybrid energy sources and battery energy storage systems[J]. Protection and Control of Modern Power Systems, 2020, 5(1): 1-20.

[6] 慕明良, 李守茂, 孟祥鶴, 等. 考慮靈活性的冷熱電聯(lián)供型微網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度[J]. 智慧電力, 2020, 48(3): 39-46.

MU Mingliang, LI Shoumao, MENG Xianghe, et al. Optimal scheduling of CCHP microgrid considering flexibility[J]. Smart Power, 2020, 48(3): 39-46.

[7] 吳濟(jì)東, 汪可友, 黃鑫, 等. 孤立直流微電網(wǎng)多DC-DC變換器分布式協(xié)調(diào)控制策略[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2020, 48(11): 76-83.

WU Jidong, WANG Keyou, HUANG Xin, et al. Distributed coordinated control scheme of parallel DC-DC converters in isolated DC microgrids[J]. Power System Protection and Control, 2020, 48(11): 76-83.

[8] 董繼軍,陳浩, 周雪松, 等. 直流微電網(wǎng)孤島運(yùn)行控制策略研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2020, 48(17): 115-121.

DONG Jijun, CHEN Hao, ZHOU Xuesong, et al. Research on control strategy of a DC microgrid in isolated operation[J]. Power System Protection and Control, 2020, 48(17): 115-121.

[9] 郝飛, 袁貞, 袁志彬, 等. 離網(wǎng)型微電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)功率控制策略研究與實(shí)踐[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2020, 48(22): 173-179.

HAO Fei, YUAN Zhen, YUAN Zhibin, et al. Research and practice on off-grid microgrid steady power control strategy[J]. Power System Protection and Control, 2020, 48(22): 173-179.

[10] 于國(guó)星, 侯睿, 汪任瀟, 等. 孤島微網(wǎng)分層分布式頻率調(diào)節(jié)及功率優(yōu)化控制[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2020, 44(7): 53-60.

YU Guoxing, HOU Rui, WANG Renxiao, et al. Hierarchical distributed frequency regulation and power optimization control for island microgrid[J]. Automation of Electric Power Systems, 2020, 44(7): 53-60.

[11] 沈霞, 帥智康, 沈超, 等. 大擾動(dòng)時(shí)交流微電網(wǎng)的運(yùn)行與控制研究綜述[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2021, 45(24): 174-188.

SHEN Xia, SHUAI Zhikang, SHEN Chao, et al. Review on operation and control of AC microgrid under large disturbance[J]. Automation of Electric Power Systems, 2021, 45(24): 174-188.

[12] 陳景文, 周媛, 李曉飛, 等. 光儲(chǔ)直流微網(wǎng)混合儲(chǔ)能控制策略研究[J]. 智慧電力, 2022, 50(1): 14-20.

CHEN Jingwen, ZHOU Yuan, LI Xiaofei, et al. Hybrid energy storage control strategy of optical storage DC microgrid[J]. Smart Power, 2022, 50(1): 14-20.

[13] 陳新, 姬秋華, 劉飛. 基于微網(wǎng)主從結(jié)構(gòu)的平滑切換控制策略[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2014, 29(2): 163-170.

CHEN Xin, JI Qiuhua, LIU Fei. Smooth transferring control method of microgrids based on master-slave configuration[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2014, 29(2): 163-170.

[14] 孟鑫, 劉進(jìn)軍, 劉增, 等. 一種基于改進(jìn)鎖相環(huán)的并離網(wǎng)平滑切換策略[J]. 電力電子技術(shù), 2018, 52(10): 1-4.

MENG Xin, LIU Jinjun, LIU Zeng, et al. An improved phase-locked loop based on seamless transfer control strategy[J]. Power Electronics, 2018, 52(10): 1-4.

[15] 孫孝峰, 呂慶秋. 低壓微電網(wǎng)逆變器頻率電壓協(xié)調(diào)控制[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2012, 27(8): 77-84.

SUN Xiaofeng, Lü Qingqiu. Improved PV control of grid-connected inverter in low voltage micro-grid[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2012, 27(8): 77-84.

[16] 許勝, 曹武, 趙劍鋒. 微網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行與模式平滑切換綜合控制策略[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2018, 33(16): 3855-3867.

XU Sheng, CAO Wu, ZHAO Jianfeng. An integrated control strategy of the stabilization operation and mode smooth transfer for microgrids[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2018, 33(16): 3855-3867.

[17] 許吉強(qiáng), 盧聞州, 吳雷. 低壓微電網(wǎng)逆變器的自調(diào)節(jié)下垂系數(shù)控制策略[J]. 電機(jī)與控制應(yīng)用, 2017, 44(6): 13-18.

XU Jiqiang, LU Wenzhou, WU Lei. Control of self-adaptive droop coefficient for inverter in low voltage microgrid[J]. Electric Machines & Control Application, 2017, 44(6): 13-18.

[18] 張騰飛, 黎旭昕. 含光伏源的微電網(wǎng)孤島/聯(lián)網(wǎng)平滑切換控制策略[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2015, 39(4): 904-910.

ZHANG Tengfei, LI Xuxin. A control strategy for smooth switching between island operation mode and grid-connection operation mode of microgrid containing photovoltaic generations[J]. Power System Technology, 2015, 39(4): 904-910.

[19] 呂志鵬, 盛萬(wàn)興, 鐘慶昌, 等. 虛擬同步發(fā)電機(jī)及其在微電網(wǎng)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2014, 34(16): 2591-2603.

Lü Zhipeng, SHENG Wanxing, ZHONG Qingchang, et al. Virtual synchronous generator and its application in microgrid[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34(16): 2591-2603.

[20] ZHENG F, LIN X, LIN Y, et al. Design of a novel hybrid control strategy for ES grid-connected inverter for smooth microgrid transition operation[J]. IEEE Access, 2019, 7: 171950-171965.

[21] 朱作濱, 黃紹平, 李振興. 微網(wǎng)儲(chǔ)能變流器平滑切換控制方法的研究[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2019, 31(12): 137-143.

ZHU Zuobin, HUANG Shaoping, LI Zhenxing. Research on smooth switching control method for micro-grid power converter system[J]. Proceedings of the CSU-EPSA, 2019, 31(12): 137-143.

[22] 唐西勝, 鄧衛(wèi), 齊智平. 基于儲(chǔ)能的微網(wǎng)并網(wǎng)/離網(wǎng)無(wú)縫切換技術(shù)[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2011, 26(增刊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(S1): 279-284.

[23] 張雪松, 趙波, 李鵬, 等. 基于多層控制的微電網(wǎng)運(yùn)行模式無(wú)縫切換策略[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2015, 39(9): 179-184.

ZHANG Xuesong, ZHAO Bo, LI Peng, et al. Seamless switching strategies for microgrid based on multi-layer control architecture[J]. Automation of Electric Power Systems, 2015, 39(9): 179-184.

[24] 鄭競(jìng)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(dòng)化, 2011, 35(18): 17-24.

ZHENG Jinghong, WANG Yanting, LI Xingwang, et al. Control methods and strategies of microgrid smooth switchover[J]. Automation of Electric Power Systems, 2011, 35(18): 17-24.

[25] 蔣聞, 李驪, 趙晉, 等. 基于微電網(wǎng)運(yùn)行模式識(shí)別的逆變器自適應(yīng)控制結(jié)構(gòu)[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2019, 31(9): 78-82.

JIANG Wen, LI Li, ZHAO Jin, et al. Adaptive control structure of inverter based on microgrid operation mode identification[J]. Proceedings of the CSU-EPSA, 2019, 31(9): 78-82.

[26] 劉暉, 雷勇, 朱英偉, 等. 微電網(wǎng)運(yùn)行模式切換下儲(chǔ)能變流器雙無(wú)源控制策略[J]. 中國(guó)電力, 2022, 55(1): 196-202.

LIU Hui, LEI Yong, ZHU Yingwei, et al. Dual-passivity- based control strategy for energy storage converter under microgrid operation mode switching[J]. Electric Power, 2022, 55(1): 196-202.

[27] 黎淑娟. 儲(chǔ)能電池參與電網(wǎng)快速調(diào)頻的綜合選型與優(yōu)化配置[D]. 長(zhǎng)沙: 湖南大學(xué), 2018.

LI Shujuan. Energy storage battery participates in the comprehensive selection and optimal configuration of power grid fast frequency modulation[D]. Changsha: Hunan University, 2018.

[28] 趙斌, 呼如威, 蔣東方, 等. 高寒高海拔地區(qū)微網(wǎng)儲(chǔ)能鋰電池系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)電力, 2020, 53(5): 128-134.

ZHAO Bin, HU Ruwei, JIANG Dongfang, et al. Optimized design of lithium battery system for microgrid energy storage in severely cold and high elevation regions[J]. Electric Power, 2020, 53(5): 128-134.

[29] 朱安遠(yuǎn). 變流器過(guò)載能力初探[J]. 電氣傳動(dòng), 2011, 41(6): 31-34, 53.

ZHU Anyuan. Primary research on overload capability of converter[J]. Electric Drive, 2011, 41(6): 31-34, 53.

Unplanned off-grid switching strategy considering BES rate characteristic and dynamic PQ control

LIU Wei1, LIU Xiaolong2, LIU Chenghua3, LI Xinran2, LU Yinghua2

(1. Xuchang College, Xuchang 461000, China; 2. College of Electrical and Information Engineering, Hunan University,Changsha 410082, China; 3. Department of Computer Science, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

This paper studies how to effectively cut off the load and achieve coordinated control of the output of master-slave BES in the process of unplanned off-grid switching. First, a step-by-step load shedding method considering the constraints of BES ratio characteristics is proposed. This method uses the BES overload characteristics to support the remaining uncut load after off-grid for a short time. This can overcome the defect of step-by-step load shedding. Then, at a specific stage in the load sh edding process, the slave BES output is dynamically adjusted based on the virtual droop/inertia control principle to effectively reduce the regulation pressure of the main control unit. An unplanned off-grid smooth switching control strategy considering the BES ratio characteristic constraint and dynamic PQ control is formed. Finally, the model is built in Matlab and verified by simulation. The results show that the proposed strategy can not only ensure that the voltage is always maintained at a high level during the switching process, but also significantly reduce the voltage fluctuation. This is conducive to the smooth transition of the switching process.

micro-grid; on-grid/off-grid switching; BES rate characteristic; virtual droop/inertia control

10.19783/j.cnki.pspc.220312

2022-03-11；

2022-05-21

劉 偉(1974—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)保護(hù)與控制；E-mail：dswdliuwei@163.com

劉小龍(1991—)，男，通信作者，博士研究生，研究方向?yàn)榫C合能源系統(tǒng)調(diào)度與控制；E-mail: 123195668@ qq.com

劉程華(2000—)，男，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)科學(xué)及應(yīng)用。E-mail: liuch18@mails.tsinghua.edu.cn

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目資助(2017YFB0903400)

This work is supported by the National Key Research and Development Program of China (No. 2017YFB0903400).

(編輯 許 威)