微电网运行控制技术的分析研究

微电网运行控制技术的分析研究
发布时间：2021-02-19T09:35:29.330Z 来源：《基层建设》2020年第27期作者：王志扬金辉李义梅陈荣斌黎光辉[导读] 摘要：为保证微电网安全稳定运行，必须采用合适的控制方式确保逆变电源的有效控制。

中国电建集团贵州工程有限公司贵州贵阳 550000摘要：为保证微电网安全稳定运行，必须采用合适的控制方式确保逆变电源的有效控制。

PQ控制法一般用于发电具有间歇性的微电源，V/F控制法常用于离网时主从控制模式中的主电源控制策略，Droop控制法逼近大机组特性，不需要DG之间通信联系就能实施协调控制，利于实现对等控制模式。

关键词：微电网；主从控制；对等控制；PQ控制；V/F控制；Droop控制 0引言
微电网（Micro-Grid，MG）由分布式电源（Distributed Generation，DG）、用电负荷、储能及控制装置构成，是一个基本能够实现网络内部电力电量平衡的小型供用电系统，是分布式能源的有效组织方式。

微电网是一种相对特殊的电网，相较于传统电网，微电网具有更多的优势。

微电网中的DG具有随机波动性和间歇性、控制困难、对电网稳定造成影响等缺点。

由于微电网中无论是DG类型、负荷特性、还是其运行特性都非常特殊，为了保证其安全、经济、可靠运行，必须采取合适的控制模式、控制方法。

1微电网运行控制模式
微电网常用的运行控制模式有以下两种：（1）主从控制
主从控制就是微电网的控制系统中存在某一个控制器作为主控制器，其余为从控制器，主从控制器之间一般需要通信联系，且从控制器服从主控制器。

主从控制模式比较接近大电网控制模式。

其最明显的特点是DG的主、从关系，这是实现有效控制的前提。

在主从控制模式下，DG具有各不相同的功能和控制方法，主控源通常由≥1个DG来充当，通过监测电气参数，结合电网实际的运行状况确定调节方法，采取通信方式进行DG输出控制，最终实现微电网的有效控制。

在并网模式下，微电网具有相对较小的容量，无需实施频率调节，控制需放在输出功率上，因而DG控制可采用PQ法。

在离网运行模式下，对主控单元实施的控制应采用V/F法，以保证频率恒定。

（2）对等控制
对等控制即微电网中的每个DG的地位相等，没有一个单元像主控制单元或中心储能单元那样对微电网有着特别重要的作用。

对等控制模式适用于“即插即用”式微电网，每个设备以对等模式进行自动控制。

采取对等控制模式控制逆变电源时，每个DG关系是平等的，没有主、从之分，以“即插即用”思想和对等控制的相关理论为支撑。

由于DG控制模式均是预先设定好的，因此在参与调节的时候，系统电压不会受到过大的影响，频率也可以始终维持在稳定状态。

对等控制模式的特点是可以采取“分别并联结合控制算法”的方式来实现自动调节，不需要通信的辅助。

其优势体现在系统运行不受个别DG故障的干扰，不仅系统运行会更加可靠，未来实施扩容也更加便利，符合可持续发展的理念。

2微电网运行控制方法
为保证微电网安全稳定运行，必须采用合适的控制方式确保逆变电源的有效控制。

常见的微电网运行控制方法主要分为以下三种。

（1）恒功率（PQ）控制法恒功率控制法的主要目的是使DG输出的有功功率和无功功率等于参考值，即当并网逆变器所连接的交流网络系统的频率和电压在允许范围内变化时，DG输出的有功功率和无功功率保持不变。

恒功率控制法常用于并网运行的微电网中的DG。

恒功率控制法需要系统中有维持电压和频率的DG或电网，其控制原理如图1所示。

图1 恒功率控制法控制原理图图1中，分布式电源系统的初始运行点为A，输出的有功功率和无功功率分别为给定的参考值Pref和Qref时，系统频率为f0，分布式电源所接交流母线处的电压为u0。

有功功率控制器调整频率特性曲线，在频率允许的变化范围内（fmin≤f≤fmax），使DG输出的有功功率维持在给定的参考值；无功功率控制器调整电压特性曲线，在电压允许的变化范围内（umin≤u≤umax），输出的无功功率维持在给定的参考值。

因此，采用这种控制方式的分布式电源并不能维持系统的频率和电压，如果是一个独立运行的微电网系统，则系统中必须有维持频率和电压的分布式电源；如果是并网运行的微电网，则由常规电网维持电压和频率。

（2）恒压恒频（V/F）控制法恒压恒频控制法的目的是不论分布式电源输出的功率如何变化，逆变器所接交流母线的电压幅值和系统输出的频率维持不变。

恒压恒频法常用于离网时主从控制模式中的主电源控制策略，其控制原理如图2所示。

图2 恒压恒频控制原理图
图2中，分布式电源系统的初始运行点为A，系统输出频率为fref，分布式电源所接交流母线处电压为uref，分布式电源输出的有功功率和无功功率分别为P0和Q0。

频率控制器通过调节分布式电源输出的有功功率，使频率维持在给定的参考值；电压调节器调节分布式电源输出的无功功率，使电压维持在给定的参考值。

这种控制方式主要应用于微电网离网运行模式，处于该种控制方式下的分布式电源为微电网系统提供电压和频率支撑，相当于常规电力系统中的平衡点。

微电网在并网运行时，电网可以稳定系统的频率，微电网不需进行频率调节；而离网运行时，微电网中必须有微电源采用V/F控制方式来保证微电网的电压和频率。

（3）下垂控制（Droop）法下垂控制法是模拟发电机组“功率静态特性”的一种控制方法。

不需要DG之间通信联系就能实施协调控制，利于实现对等控制模式，经常被用于多并联运行模式下，控制成效显著。

在并联模式下，逆变电源借助输出幅值及输出频率的调整，可以达到合理分配功率的目的。

在功率承担方面，具体承担多大的功率主要取决于下垂斜率，一般规律是斜率越大，其承担功率越小，反之则越大。

所以，借助下垂控制可达到调整负载功率的目的，但稳态指标却会受到一定的影响。

因此，下垂法本质上就是一种借助下垂控制获取反馈值并进行反相微调来优化功率分配的控制办法。

下垂控制法控制原理如图3所示。

图3 下垂控制原理图图3中，微电网系统中分布式电源初始运行点为a，输出功率为P0，无功功率为Q0，系统频率为f0，系统电压为U0。

当系统有功负荷突然增大时，有功功率不足，导致频率下降；系统无功负荷突然增大，无功功率不足，将导致电压幅值下降。

反之亦然。

逆变器下垂控制系统的调节原理为：当系统频率减小时，控制系统调节分布式电源输出的有功功率按下垂特性相应地增大，与此同时，负荷功率也因频率下降而有所减小，最终在下垂控制系统和负荷本身调节效应的共同作用下达到新的平衡，即到达新的平衡点b运行。

3结语
微电网运行与控制技术适用于并网型及离网型微电网的运行与控制，是解决微电网系统的能量动态优化问题。

由于微电网中的DG类型、负荷特性、以及运行特性都非常特殊，为了保证其安全、经济、可靠运行，必须采取合适的控制模式、控制方法，在保证负荷需求的情况下，以微电网综合运行成本最低为目标，对系统进行经济调度，提升微电网运行的安全性、可靠性。

参考文献：
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[2]章健，梅彦，贺兴，艾芊.新一代智能电网的管理――多微电网的网络架构、运行模式及控制策略研究[J].电器与能效管理技术，2015.18.。