智能微電網(wǎng)控制模式的研究

摘 要：伴隨著國內(nèi)外對微電網(wǎng)研究的不斷深入，如何對微電網(wǎng)進行控制，實現(xiàn)能源的最優(yōu)化利用、分布式電源即插即用的穩(wěn)定和微電網(wǎng)電壓頻率的穩(wěn)定平衡已成為趨勢。通過對微電網(wǎng)的主從控制模式、對等控制模式的研究，并根據(jù)目前主流的主從控制模式及對等控制模式構建網(wǎng)架模型進行分析，充分發(fā)揮分布式電源的作用，尋找微電網(wǎng)適合的控制模式。

關鍵詞：智能微電網(wǎng)；主從控制模式；對等控制模式

中圖分類號：TM734 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2015） 02-0000-02

目前，伴隨著國內(nèi)外對微電網(wǎng)研究的不斷深入，如何對微電網(wǎng)進行控制，實現(xiàn)能源的最優(yōu)化利用、分布式電源即插即用的穩(wěn)定和微電網(wǎng)電壓頻率的穩(wěn)定平衡已成為趨勢。智能微電網(wǎng)應能夠實現(xiàn)在獨立運行模式和并網(wǎng)運行模式這兩種常態(tài)運行模式下進行可靠的轉換。對于微電網(wǎng)中存在多種能源輸入（風、光、柴、蓄等）、多種能源輸出（冷、熱、電）、多種能量轉換單元以及多種運行狀態(tài)（獨立、并網(wǎng)），使其動態(tài)特性相對于單個分布式電源而言更加復雜。而依據(jù)微電網(wǎng)獨立運行模式下，各分布式電源所發(fā)揮的作用不同，微電網(wǎng)控制模式可以分為主從控制模式、對等控制模式和分層控制模式，現(xiàn)以主從控制模式和對等控制模式研究分析居多。

一、主從控制模式

所謂主從控制模式，是指在微電網(wǎng)處于孤島運行模式時，其中一個分布式電源（或儲能裝置）采取定電壓和定頻率控制（簡稱V/f控制），用于向微電網(wǎng)中的其他分布式電源提供電壓和頻率參考，而其他分布式電源則可采用定功率控制（簡稱PQ控制）。一般采用V/f控制的分布式電源（或儲能裝置）控制器稱之為主控制器，而其他分布式電源的控制器則稱之為從控制器，各從控制器將根據(jù)主控制器來決定自己的運行方式。

對于適用采用主控制器控制的分布式電源需要滿足一定得條件。在微電網(wǎng)處于孤島運行模式時，作為從控制單元的分布式電源一般為PQ控制，負荷的變化主要由作為主控制單元的分布式電源來跟隨，因此要求其功率輸出應能夠在一定范圍內(nèi)可控，且能夠足夠快地跟隨負荷的波動變化。

圖1 一種主從控制微電網(wǎng)結構圖

圖1為一種主從控制模式微電網(wǎng)的結構圖，當微電網(wǎng)處于并網(wǎng)運行狀態(tài)時，所有的分布式電源一般都采用PQ控制，而一旦轉入孤島模式，作為主控制單元的分布式電源快速地由PQ控制轉化為V/f控制模式，主控制器能夠滿足在兩種控制模式間快速切換的要求，保證微電網(wǎng)供電需求的正常。

二、對等控制模式

對等控制模式，是指微電網(wǎng)中所有的分布式電源在控制上都具有同等的地位，各控制器間不存在主和從的關系，每個分布式電源都根據(jù)接入系統(tǒng)點電壓和頻率的就地信息進行控制。對于這種控制模式，分布式電源控制器的策略選擇十分關鍵，一種目前備受關注的方法就是Droop控制方法。眾所周知，對于常規(guī)電力系統(tǒng)，發(fā)電機輸出的有功功率和系統(tǒng)頻率、無功功率和端電壓間存在一定的關聯(lián)性：系統(tǒng)頻率降低，發(fā)電機的有功功率輸出將加大；端電壓降低，發(fā)電機輸出的無功功率將加大。分布式電源的Droop控制方法主要也是參照這樣的關系對分布式電源進行控制。

圖2 一種對等控制微電網(wǎng)結構圖

圖2為一種對等控制模式微電網(wǎng)的結構圖，在對等控制模式下，當微電網(wǎng)運行在孤島模式時，微電網(wǎng)中每個采用Droop控制策略的分布式電源都參與微電網(wǎng)電壓和頻率的調節(jié)。在負荷變化的情況下，自動依據(jù)Droop系數(shù)分擔負荷的變化量，亦即各分布式電源通過調整各自輸出電壓的頻率和幅值，使微電網(wǎng)達到一個新的穩(wěn)態(tài)工作點，最終實現(xiàn)輸出功率的合理分配。顯然，采用Droop控制可以實現(xiàn)負載功率變化在分布式電源間的自動分配，但負載變化前后系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓和頻率也會有所變化，對系統(tǒng)電壓和頻率指標而言，這種控制實際上是一種有差控制。

與主從控制模式相比，在對等控制中的各分布式電源可以自動參與輸出功率的分配，易于實現(xiàn)分布式電源的即插即用，便于各種分布式電源的接入，由于省去了通信系統(tǒng)，理論上可以降低系統(tǒng)成本。同時，由于無論在并網(wǎng)運行模式還是在孤島運行模式，微電網(wǎng)中分布式電源的Droop控制策略可以不做變化，系統(tǒng)運行模式易于實現(xiàn)無縫切換。在一個采用對等控制的實際微電網(wǎng)中，一些分布式電源同樣可以采用PQ控制，在此情況下，采用Droop控制的多個分布式電源共同擔負起了主從控制器中主控制單元的控制任務：通過Droop系數(shù)的合理設置，可以實現(xiàn)外界功率變化在各分布式電源中合理分配，從而滿足負荷變化的需求，維持孤島運行模式下對電壓和頻率的支撐作用等。

三、結束語

目前在微電網(wǎng)研究按控制策略可分為恒功率、恒電壓/頻率、下垂控制策略，實際應用中應根據(jù)不同分布式電源的特性，選擇合適的控制策略。主從控制微電網(wǎng)系統(tǒng)可以實現(xiàn)電壓和頻率的無差控制，但對主控單元有很強的依賴性，主控單元的選擇至關重要。對等控制微電網(wǎng)具有冗余性，但沒有考慮系統(tǒng)電壓與頻率的恢復問題，屬于有差控制，魯棒性差，并且在控制和應用上尚存在若干關鍵技術問題亟待攻克，目前尚在實驗研究階段。因此，應綜合考慮供電質量、系統(tǒng)可靠性、應用領域、微網(wǎng)優(yōu)化運行等因素，合理選擇控制模式。

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[作者簡介]張占江（1987.08-），男，河南人，助理工程師，本科，學士學位，研究方向：微電網(wǎng)電力系統(tǒng)。