对微电网控制策略的分析

对微电网控制策略的分析

刘天成1张彤阳1李学渊2吕莉1蒋楷行1

（1.南京工程学院211100；2.东北电力大学吉林省吉林市132012）

摘要：随着我国用电量逐年攀升，对于电网管理的要求也在不断提高，采用小型分布式电源组成的电网，具有较高的运行可靠性，同时供电质量也能得到保障。本篇文章基于微电网的角度，首先简要分析微电网的概念以及发展现状，然后分析微电网的基本控制方法和模式。希望本文的研究能够为读者提供有益参考。

关键词：微电网；控制策略；分布式电源

分布式发电技术基于减少温室效应、提高供电效率的要求研发，由于其体量小、可靠性高，一经出现就被广泛应用。尽管它有着诸多优点，但在实际应用过程中，因各种影响因素呈现调控困难、不可控源较多的情况。基于此缺陷，大电网通常以隔离、限制的方式处置分布式电源，但是这样的方案限制了分布式电源功效的发挥，鉴于此人们提出了微电网的概念，解决分布式发电技术与大电网之间的衔接矛盾，确保两者在转换过程中平稳运行。

1微电网基本概念以及发展现状

微电网是相对于大电网提出的电力管理系统，由分布式发电系统、储能系统、负荷等构成，微电网同时向用户供给热能和电能，对于北方地区而言既能够供电，又解决了部分供热问题。同时它的架构、配置比较灵活，因此可以与大电网联接运行，若是大电网出现故障，可以及时切断联接独立运行。相比于大电网，微电网的受控元件较为单一，利用电力电子变换器转换能量，提供必需的控制。微电网表现为辐射状结构，通常有3条馈线、1个与大电网联接的公共连接点，实现静态开关控制。基于此特点，可以将微电网看作1个可控的单一负荷。

微电网的概念最早由美国提出，主要将研究重点集中在提高供电质量、降低供电成本、智能化管理和控制，为此美国能源部与通用电气展开合作，推出了“通用电气全球研究”计划。欧洲对于微电网的研究，主要用以满足个性化的用电需求，体现运行稳定和环保。基于可靠性、接入性、灵活性三个方面进行考虑，典型工程有希腊基斯诺斯岛微电网、西班牙LABEIN项目等。我国对于微电网的研究，受到美国、欧洲等国家的启发，侧重于接入清洁能源，如光伏、风机等，利用蓄电池、超级电容器作为储能装置，采取底层、上层中央管理控制相结合的方案[1]。

2微电网控制策略分析

微电网主要有两种运行模式，与大电网并网运行，即并网模式。当监测到大电网出现运行故障，微电网则自动与电网断开，采取独立运行的方式，保证自身的可靠性和供电安全，被称为孤岛模式。微电网从并网到孤岛模式的切换，需要完善其运行与控制系统。微电网控制的重点难点，就是自身有过多的微电源数目，单靠1个中心控制点很难对微电网整个系统快速响应和控制。加之微电源是不可控电源，因此输出功率也很难预测。当前微电网的控制策略，大致可以分为主从、对等控制，从控制层次来看又可分为底层微电源控制和上层管理系统。分层次的控制策略，属于主从控制的一种。

2.1分布式电源控制策略

采用横功率控制（PQ控制），通过它让电源输出有功功率和无功功率，确保两者等于电源参考值。利用有功功率控制器，调整频率下垂特性，使得电源输出有功功率与参考值的误差控制在合理范围内。无功功率与参考值保持小的误差，是利用无功功率控制器调整电压下垂特性实现。例如，系统的频率为50MHz，电源端口电压为额定值，以P-ref、Q-ref分别代表有功功率和无功功率，当提升电源的端口电压幅值，电源的运行点就会出现位置变动，在这过程中有功和无功功率不便。这种方法适用于分布式电源，维持稳定的频率和电压的控制需求。

采用恒压恒频控制策略，即始终维持电压幅值和频率不变，允许电源输出功率有大的变动，因此分布式电源运行点变化，分布式电源的输出频率仍然维持50Mhz，从而实现电压幅值与额定值之间较小的误差。这一控制方法，适用于主从控制微电源控制[2]。

采取下垂控制的方法，以有功、无功功率和频率三者线性关系的特性，实现控制的一种方式。通过增加有功、无功功率，以此实现电源运行点变化，这种控制方法不依赖通信联系，就能够实施控制。基于此优点，主要用于电源接口逆变器控制，针对发电机进行调频。

2.2微电网系统控制策略

主要有主从控制和对等控制模式两种，其中前者主要是微电网处于孤岛运行状态时，能够利用1个或多个DG实现电压、频率恒定控制，以此保证微电网其他DG控制器的电压和频率稳定，实现定功率控制。以进行恒压恒频控制的DG控制器作为主控制器，其余DG控制器为从控制器，由此形成主次鲜明的控制结构，控制操作以及相关指令，都有主DG控制器发出。当微电网与大电网并网运行时，主DG控制器以恒压恒频控制方式，其他微电源采用PQ控制，两种控制模式保证了微电网在并网运行状态下的运行稳定。部分采用风光储的系统模型，将储能装置设置为主控单元，由此维持系统的运行稳定。主控制器的频率和电压，要求微电源具有可控的输出储备容量，同时要保证储备容量足够大，以此为微电源预留一定的可调空间。当微电网处于孤岛运行状态，从DG控制单元实行PQ控制，检测的负荷变化主要通过主DG控制单元来实现，因此要求功率输出控制在合理范围内[3]。

对等控制模式，在微电网中没有区分主从DG控制器，每个控制器地位相等，这样的设置使得微电网具有即插即用的功能。采用对等控制策略，要求电源以本地变量控制，并且不需要考虑电源之间通信联系的问题。这种控制模式，主要以Droop控制依据，基于传统发电机的功频特性，使发电机有功、无功功率和断电压形成关联，当端电压降低，无功功率输出加大。基于此特性，Droop实现微电网频率、电压调节。

结论

综合上述，微电网既能够与大电网并网联接，又能够在后者发生故障时断开连接，以孤岛模式独立运行。微电网的控制质量，决定了微电网的运行稳定，通过调节电源的频率和电压，使得输出的无功和有功功率维持在合理范围内，促进微电网运行稳定。

参考文献

[1]赵晶晶,洪婉莎,徐成斯,等.基于特征值分析的DFIG风电机组在微电网中的频率控制策略研究[J].中国电机工程学报,2017,37(19):5613-5621+5838.

[2]蒋骏杰,居荣.基于逆变器控制策略的微电网故障分析[J].南京师范大学学报(工程技术版),2016,16(03):1-9.

[3]刘皓明,李晨晨,王瀚.直流微电网微电源接口分析与控制策略设计[J].电网与清洁能源,2014,30(01):1-7.