微電網柔性并網控制策略

高 陽，曹 宇，許傲然，代小敏，張 博

（沈陽工程學院 研究生院，沈陽 110136）

微電網柔性并網控制策略

高 陽，曹 宇，許傲然，代小敏，張 博

（沈陽工程學院 研究生院，沈陽 110136）

為了提高微電網穩定性，防止微電網在緊急情況下并/離網失敗，針對一種并網過程中控制功率平衡的附加策略進行研究。本文以分布式電源（蓄電池儲能、風力發電和光伏發電等分布式微電源）并網系統為研究對象，通過對微電網與大電網同期并列原理進行分析，提出微電源調節與功率平衡共同控制策略，實現多個微電源間不平衡功率的動態分配和柔性控制。本文通過仿真對柔性控制策略的有效性進行驗證，結果表明：該控制策略可以實現微電網的并網/離網狀態之間的快速平滑切換，提高微電網的供電質量，有效的減緩了微電網并/離網對大電網以及微電網本身造成的沖擊。

微電網；柔性；頻率調節；并/離網

0 引言

微電網是分布式發電的主要應用形式。當微電網在某些條件下需要進行與配電網之間的并網或脫網操作時。由于操作前后，微電網和配電網之間可能存在較大的功率偏差，會對配電網和微電網產生較大的沖擊，造成電壓和頻率的較大波動，更嚴重的會造成微網運行崩潰［1-2］。

針對微電網柔性并網，國內外常用的方法是通過調整微電網電壓幅值、頻率和相位這三個方面來實現微電網的同步運行。文獻［3］建立了虛擬發電機的數學模型，進而控制微電網的并網，文獻［4-6］提出了微電網技術在配電網中的應用和發展，文獻［7］通過研究微電網的運行模式，進而提出了主從控制與對等控制相結合的方法，文獻［8-9］提出了通過頻率調節減緩微電網并網產生的頻率波動。

但以上文獻并不能解決微電網緊急情況下的并/離網控制。本文提出了微電網柔性并網控制策略，解決了微電網并網對大電網產生的沖擊，避免了緊急情況下無法短時間實現并/離網控制對電網系統造成的損失，增加了系統運行可靠性，保證用戶供電質量，同時增加了清潔能源的使用，促進了可再生能源的使用與發展［10-12］。

1 微電網并網原理

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

微電網與大電網的三相母線的電壓幅值、相角及頻率進行檢測。假設在并網瞬間，電網頻率保持恒定，計算上述靜止坐標分量的交叉項，得到：

其中UG和UM分別為電網和微電網的電壓幅值，ωG和ωM分別為電網和微電網頻率，φG和φM分別為電網和微電網電壓初始相角。

由上式可知，當電網頻率與微電網頻率接近于零的時候，即ωM≈ωG，上式可簡化為：

進一步可簡化為：

由上式可見，當電網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，為實現微電網并網過程，需要分別檢測微電網與大電網電壓幅值、頻率和相位值。通過檢測到的近似的相位差，通過比例積分環節，轉換為頻差控制信號，并把該信號和頻率偏差信號進行疊加，傳遞給微電網控制系統。

2 微電網柔性并網控制策略

微電網還存在非計劃并/離網或緊急并/離網的情況，例如，大電網發生故障，微電網需要緊急脫網；微電網孤立運行過程中，內部發生故障，需要大電網支援，進行緊急并網。在非計劃并網過程中，系統經受的擾動因素更大，如果只依靠微電網中單一的儲能單元，進行恒頻和恒壓的調節，會使調節周期加長，甚至會出現長時間無法并網，或者是并網失敗，導致微電網的崩潰。

本文提出的微電網柔性并網策略，即在微電網同期并網控制策略中，疊加入微電網功率平衡控制信號，根據并網指標調節需求和微電網內部功率平衡需求，得到系統增減功率控制值，并通過中心能量控制系統在各微電源間進行主動分配，迅速減少微電網與大電網之間的功率交換，從而使同期控制調節快速實現調節指標，成功并網。控制策略如圖1所示。

上述控制的特點是：通過對不平衡功率在多個微電源間的動態分配和柔性控制，來進行微電網并網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節電源調節容量受限而導致的并網失敗，可以適用于緊急狀態下微電網的并/離網控制。

3 微電網柔性并網仿真研究

為了證明引入柔性并網策略后，微電網并網/離網過程波動較小，不會對大電網產生沖擊。針對風機，儲能和光伏系統組成的微電網在緊急條件下的并/離網過程進行仿真，仿真條件為假設各微源在0.1s時刻均處于穩定發電狀態，在0.15s時刻進行并網切換，分析柔性并網策略對微電網并/離網時功率沖擊的影響。仿真結果如下所示：

微電網系統引入柔性并網系統時，微電網系統儲能為0.9MW，風機為1.5MW，光伏為0.6MW，微電網負荷為2MW，在0.15s時刻并網，此時得到并網切換過程中的微電網的各波形圖所示（見圖2）。

由圖中可以看出，當并網瞬間由于增加的功率較大，因此并網過程中基于柔性控制策略的暫態過程就體現的更加明顯，由微電網功率波形及微電網三相電流波形可以看出，在并網過程中，柔性控制策略對微電網與大電網之間的功率流動一直處于調節狀態，這樣就使得并網過程中的沖擊降低，滿足并網過程中的相關性能指標要求。

4 結語

本文首先通過對微電網的準同期并網的原理進行研究，進而提出了微電網的柔性并網控制策略。其次通過對不平衡功率在多個微電源間的動態分配和柔性控制，提出一種主動功率分配策略，來進行微電網并網過程中的頻率和相位校正，這種策略可以防止微電網并網電源的單一性，適用于緊急狀態下微電網的并/離網控制。最后通過對微電網柔性并網控制模型進行仿真，結果表明：通過采用柔性控制策略可以有效的減緩微電網突然并/離網時產生的功率波動對大電網產生影響和沖擊，可以有效的保證電力系統的穩定運行。

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