采用狀態跟隨和預同步的方法實現微網并網向孤島運行平滑切換研究

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)

目前，國內的微網技術已經取得了長足的發展，但是對于微網平滑切換的研究還不夠深入。目前單一儲能設備很難同時滿足功率和能量的要求，加之微網平滑切換技術的不成熟，從而造成微網經濟性和可靠性的下降，進一步阻礙國內微網的大規模普及應用。而國外在微網平滑切換方面的研究起步較早，加之其儲能管理系統相對成熟，從而其微網系統的可靠性較高，微網的普及度較廣。

在大型電磁暫態軟件PSCAD/EMTDC中搭建的微電網系統如圖1所示，DG1、DG2、DG3 3個微電源和敏感負荷L2、L3以及非敏感負荷L1共同組成低壓交流微網系統，通過并網節點(PCC)接入到0.4kV的低壓配電網中，通過控制并網節點(PCC)的開通與關斷來改變微網的運行狀態，其中，大電網采用三相交流電經10.5kV/0.4kV模擬低壓配電網；DG1、DG2作為從控微源始終采用PQ控制策略，來保證微源功率的最大輸出；DG3作為主控微源并網運行采用PQ控制，孤島運行時需切換到V/f控制來給微網提供電壓和頻率的支撐。

圖1 微電網結構

1 并網向孤島模式切換試驗研究

其仿真系統主要的參數設置如下微網系統內總負荷為0.69MW、0.222MVar；DG1輸出100kW、25kVar；DG2輸出80kW、20kVar；DG3在PQ控制下輸出390kW、141kVar，使微源能夠保證敏感負荷供電，V/f控制器給定參考電壓為額定電壓為0.38；額定頻率為50Hz，當微網系統采用并網運行時，主控微電源DG3并網采用PQ控制，DG1、DG2作為從控微源，始終采用PQ控制，大電網還是采取理想三相交流電經變壓器逆變為0.4kV模擬低壓配電網。在1.5s時刻給并網節點PCC靠近大電網側設置最嚴重的三相短路接地故障，此時PCC處的反時限過電流保護動作，斷開PCC，微網轉入孤島運行，并切除非敏感負荷load1。在V/f控制器的輸入端加入負反饋環節，將PQ控制器輸出的參數反送在V/f控制器的輸入端，使兩者參數保持一致，當PCC處收到孤島指令，PCC動作，由于反饋環節的PI控制的保持作用，從而減弱在切換瞬間PQ控制器和V/f控制器之間的不匹配度，從而減弱了模式切換時的暫態過程，實現系統的穩定過渡。

圖2 DG1輸出有功功率和無功功率波形

圖3 DG2輸出有功功率和無功功率波形

圖2、圖3分別為DG1、DG2輸出有功功率和無功功率波形圖，從波形中可以看出在1.5s時刻，外部電網故障，PCC動作，斷開與大電網的連接，同時也對load1進行了切負荷動作，此時微網內的功率平衡，主控DG3由PQ控制轉入V/f控制，由于2個控制器之間的參數保持匹配，DG1、DG2經短暫沖擊迅速回升到額定功率輸出，從而減緩了暫態過程。

圖4 母線電壓波形

圖4為微網母線處的電壓波形圖，圖5為微網母線處頻率，從波形中可以看出在1.5s時刻，由于外部電網故障，PCC動作斷開與大電網的連接，同時斷開load1，造成了系統內的電壓和頻率下降，此時DG3動作由PQ控制器切換到V/f控制器，由于兩個控制器切換瞬間，電能參數一致，從而使電壓和頻率在功率平衡的狀態下迅速地回升到設定值。

圖5 微網內頻率波形

2 結論

從圖2-圖5的功率、電壓、頻率波形圖可以看出，采用所建立的狀態跟隨的主控制器能夠在保障敏感負荷供電的情況下，能夠減緩切換瞬間的暫態過程，有效地改善了模式切換時的沖擊過程。