采用狀態跟隨和預同步的方法實現孤島向并網模式切換研究

田素娟，王藝龍，田艷科

(1.包頭職業技術學院 電氣工程系，內蒙古 包頭 014030；2.國網江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京 211102；3.國網新疆電力有限公司檢修公司，新疆 烏魯木齊 830002)

1 引言

首先在大型電磁暫態軟件PSCAD/EMTDC中對微電網系統模型進行了搭建[1]，搭建的系統模型如圖1所示。其中DG1、DG2、DG3為3個微電源，與敏感負荷L2、L3以及非敏感負荷L1共同組成低壓交流微電網系統，且通過PCC接入0.4 kV的低壓配電網中，通過控制并網節點的開關狀態來改變微電網的實際運行狀態[2]。大電網采用三相交流電經10.5 kV/0.4 kV模擬低壓配電網[3]；DG1、DG2是從控微源，一直采用PQ控制策略，以保證微源功率的最大輸出值[4]；DG3是主控微源，在并網運行時采用PQ控制[4]，在孤島運行時需切換到壓頻比控制，給微電網提供電壓和頻率。

2 孤島向并網模式切換試驗研究

參數設置為DG3作為主控微源采用V/f控制設置參考電壓為0.38 kV、頻率為50 Hz，DG1、DG2作為從控微源，DG1給定有功功率和無功功率為：100 kW、20 kVar，DG2給定有功功率和無功功率為：200 kW、40 kVar，微網系統內總的負荷有功功率為0.69 MW[5]，還采用功率因數為0.95配置無功功率為0.222 MVar。采用建立的預同步控制仿真模塊，大電網三相電壓經過派克變換得到udgrid、uqgrid在分別與逆變器出口d軸和q軸的電壓vd、vq進行比較，差值通過PI控制器與電流內環輸出電壓進行運算得到預同步后的參考電壓ud1ref、uq1ref，再分別和vd、vd以及濾波電感電壓補償從而得到d軸、q軸的輸出參考電壓[6]。通過鎖相環鎖定大電網的相角PHI，然后與逆變器出口處相角thS進行比較，然后經PI調節器作用，在與設定頻率運算，輸出參考頻率[7]。仿真時長為3 s,并網連接點PCC在1.5 s發出并網信號，微網檢測電能參數，傳輸給微源，實現并網運行[8]。

圖2 微網頻率波形圖

如圖2為微網的頻率波形圖，圖3為微網母線電壓有效值，從中可以看出：由于采用了預同步的控制方式，使微網在并網時，其內部的電能參數與大電網一致，從而在1.5 s的并網瞬間電壓和頻率經過短暫波動，就迅速回升到穩態值[9]。

圖4、圖5分別為從控微源DG1、DG2的有功功率和無功功率的波形圖，從中可以看出在1.5s并網瞬間，輸出未出現大的波動[10]。

圖3 微網電壓有效值波形

圖4 DG1有功功率與無功功率輸出波形

圖5 DG2有功功率和無功功率輸出波形

從圖2至圖5的微網頻率、電壓、功率波形圖可以看出：當微網由孤島運行向并網運行模式切換時，對主控制器采用預同步的控制方法，能夠匹配大電網電能參數，實現PCC兩側的對等，從而使微網內的電壓和頻率能夠滿足電能質量要求，從控微源DG1、DG2也能達到很好的功率輸出。

3 結論

本研究課題，針對目前微網在并網與孤島模式之間進行切換時，容易出現較大的電能波動展開的，提出對主控制器采用基于負反饋的狀態跟隨和預同步的綜合控制策略，并對其進行了試驗研究，驗證了所提策略的可行性，能夠有效改善模式切換時的沖擊過程。微網的平滑切換是實現微網平穩運行以及風、光等可再生能源發電與現存電網友好相處的重要技術，具有很強的理論和實際意義。