微电网柔性并网控制策略

高 阳，曹 宇，许傲然，代小敏，张 博

（沈阳工程学院 研究生院，沈阳 110136）

微电网柔性并网控制策略

高 阳，曹 宇，许傲然，代小敏，张 博

（沈阳工程学院 研究生院，沈阳 110136）

为了提高微电网稳定性，防止微电网在紧急情况下并/离网失败，针对一种并网过程中控制功率平衡的附加策略进行研究。本文以分布式电源（蓄电池储能、风力发电和光伏发电等分布式微电源）并网系统为研究对象，通过对微电网与大电网同期并列原理进行分析，提出微电源调节与功率平衡共同控制策略，实现多个微电源间不平衡功率的动态分配和柔性控制。本文通过仿真对柔性控制策略的有效性进行验证，结果表明：该控制策略可以实现微电网的并网/离网状态之间的快速平滑切换，提高微电网的供电质量，有效的减缓了微电网并/离网对大电网以及微电网本身造成的冲击。

微电网；柔性；频率调节；并/离网

0 引言

微电网是分布式发电的主要应用形式。当微电网在某些条件下需要进行与配电网之间的并网或脱网操作时。由于操作前后，微电网和配电网之间可能存在较大的功率偏差，会对配电网和微电网产生较大的冲击，造成电压和频率的较大波动，更严重的会造成微网运行崩溃［1-2］。

针对微电网柔性并网，国内外常用的方法是通过调整微电网电压幅值、频率和相位这三个方面来实现微电网的同步运行。文献［3］建立了虚拟发电机的数学模型，进而控制微电网的并网，文献［4-6］提出了微电网技术在配电网中的应用和发展，文献［7］通过研究微电网的运行模式，进而提出了主从控制与对等控制相结合的方法，文献［8-9］提出了通过频率调节减缓微电网并网产生的频率波动。

但以上文献并不能解决微电网紧急情况下的并/离网控制。本文提出了微电网柔性并网控制策略，解决了微电网并网对大电网产生的冲击，避免了紧急情况下无法短时间实现并/离网控制对电网系统造成的损失，增加了系统运行可靠性，保证用户供电质量，同时增加了清洁能源的使用，促进了可再生能源的使用与发展［10-12］。

1 微电网并网原理

微网系统可通过对大电网与微电网之间电压向量的偏差间接对微网系统的同步状态进行判断。在并网过程中，需要微网系统尽量对并网过程中产生的电流冲击进行抑制，防止微电源因冲击而损坏，保证微电网以及电力系统的稳定性。通过电路原理，我们可以知道在微电网与大电网微完全同步时，即频率以及电压幅值均无偏差的情况下，并网产生的波动较小。

微电网与大电网的三相母线的电压幅值、相角及频率进行检测。假设在并网瞬间，电网频率保持恒定，计算上述静止坐标分量的交叉项，得到：

其中UG和UM分别为电网和微电网的电压幅值，ωG和ωM分别为电网和微电网频率，φG和φM分别为电网和微电网电压初始相角。

由上式可知，当电网频率与微电网频率接近于零的时候，即ωM≈ωG，上式可简化为：

进一步可简化为：

由上式可见，当电网的相角和频率偏差较小时，控制单元相角偏差可以线性简化。

综上所述，为实现微电网并网过程，需要分别检测微电网与大电网电压幅值、频率和相位值。通过检测到的近似的相位差，通过比例积分环节，转换为频差控制信号，并把该信号和频率偏差信号进行叠加，传递给微电网控制系统。

2 微电网柔性并网控制策略

微电网还存在非计划并/离网或紧急并/离网的情况，例如，大电网发生故障，微电网需要紧急脱网；微电网孤立运行过程中，内部发生故障，需要大电网支援，进行紧急并网。在非计划并网过程中，系统经受的扰动因素更大，如果只依靠微电网中单一的储能单元，进行恒频和恒压的调节，会使调节周期加长，甚至会出现长时间无法并网，或者是并网失败，导致微电网的崩溃。

本文提出的微电网柔性并网策略，即在微电网同期并网控制策略中，叠加入微电网功率平衡控制信号，根据并网指标调节需求和微电网内部功率平衡需求，得到系统增减功率控制值，并通过中心能量控制系统在各微电源间进行主动分配，迅速减少微电网与大电网之间的功率交换，从而使同期控制调节快速实现调节指标，成功并网。控制策略如图1所示。

上述控制的特点是：通过对不平衡功率在多个微电源间的动态分配和柔性控制，来进行微电网并网过程中的频率和相位校正。这种控制方法避免了由于单一调节电源调节容量受限而导致的并网失败，可以适用于紧急状态下微电网的并/离网控制。

3 微电网柔性并网仿真研究

为了证明引入柔性并网策略后，微电网并网/离网过程波动较小，不会对大电网产生冲击。针对风机，储能和光伏系统组成的微电网在紧急条件下的并/离网过程进行仿真，仿真条件为假设各微源在0.1s时刻均处于稳定发电状态，在0.15s时刻进行并网切换，分析柔性并网策略对微电网并/离网时功率冲击的影响。仿真结果如下所示：

微电网系统引入柔性并网系统时，微电网系统储能为0.9MW，风机为1.5MW，光伏为0.6MW，微电网负荷为2MW，在0.15s时刻并网，此时得到并网切换过程中的微电网的各波形图所示（见图2）。

由图中可以看出，当并网瞬间由于增加的功率较大，因此并网过程中基于柔性控制策略的暂态过程就体现的更加明显，由微电网功率波形及微电网三相电流波形可以看出，在并网过程中，柔性控制策略对微电网与大电网之间的功率流动一直处于调节状态，这样就使得并网过程中的冲击降低，满足并网过程中的相关性能指标要求。

4 结语

本文首先通过对微电网的准同期并网的原理进行研究，进而提出了微电网的柔性并网控制策略。其次通过对不平衡功率在多个微电源间的动态分配和柔性控制，提出一种主动功率分配策略，来进行微电网并网过程中的频率和相位校正，这种策略可以防止微电网并网电源的单一性，适用于紧急状态下微电网的并/离网控制。最后通过对微电网柔性并网控制模型进行仿真，结果表明：通过采用柔性控制策略可以有效的减缓微电网突然并/离网时产生的功率波动对大电网产生影响和冲击，可以有效的保证电力系统的稳定运行。

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