微网基本运行与控制策略

微网基本运行与控制策略

摘要为保证微电源与微网之间，以及微网与主电网之间功率传输的稳定、可控，需要多个微电源之间的协调控制，因此微网的整体运行控制策略至关重要。本文

系统地介绍了微网中常用的基本运行与控制策略特点，以便针对微网存在的不同

问题应用不同的控制策略。

关键词微网控制策略分层控制协调控制

0．引言

由于大多数分布式电源和储能装置输出电能的频率都不是工频，它们需要通

过电力电子装置接入微网[1]。因此逆变单元是微网中必不可少的环节，分布式电

源的逆变器控制是整个微网的底层控制。从微网运行的灵活性以及微网对传统电

网的影响方面出发，有专家提出了“即插即用”式控制方案[2]，该方案的含义包括

微网对大电网的“即插即用”以及微网内多个分布式电源对微网的“即插即用”。基

于以上控制思想，微网整体控制策略可分为主从控制、对等控制以及分层控制[3]，而针对微电源接口的控制方法，主要包括恒功率控制（PQ Control）、下垂控制（Droop Control）以及恒压恒频控制（V/f Control）[4]。

本文将介绍微网运行与控制存在的主要问题在此基础上阐述不同微电源的接

口控制方法，最后针对三种常用的微网控制策略以及每种策略中微电源不同的控

制方法，进行了综述和比较。

1．微网运行与控制的主要问题

典型微网是由一组放射型馈线组成，通过公共耦合点（Point of Common Coupling, PCC）与主电网相连。在PCC处设有一个主接口（Connection Interface, CI），通常由微网并网专用控制开关——固态断路器(Solid State Breaker, SSB)或背

靠背式的AC/DC/AC电力电子换流器构成。分布式电源、储能单元通过电力电子

接口（Power Electronics Interfaces，PEI）与交流母线相连，负荷主要包括阻抗性

负荷、电动机负荷及热负荷。

微网既可以通过配电网与大型电力网并联运行，形成一个大型电网与小型电

网的联合运行系统，也可以独立地运行在孤岛状态，为当地负荷提供电力需求。

联网运行时，PCC连接处应满足主电网的接口要求，微网在不参与主电网操作的

同时应减少当地电能短缺且不造成电能质量恶化。这时候，微网电压和频率由大

电网提供支撑。而在孤岛情况下，微网必须能自己维持电压和频率。在微网中，

大量电力电子装置的存在使得微网缺乏惯性，而诸如光伏发电、风力发电等可再

生能源发电系统存在输出功率的波动，这些都增加了微网频率与电压调节的难度。另一方面，在联网运行与孤岛模式相互切换的暂态，如何维持微网稳定也是值得

研究的问题。一般说来，当微网联网运行从主电网吸收功率或者为主电网提供功

率时，如果突然切换到孤岛状态，微网发出功率与负荷需求功率的不平衡将导致

微网的不稳定；而当微网从孤岛状态切换到联网模式时，与电网的同步是主要问题。为保证微电源与微网之间，以及微网与主电网之间功率传输的稳定、可控，

需要多个微电源之间的协调控制，微网的整体运行控制策略也至关重要。

2．微网的控制策略

微网的控制策略主要在于控制微电源输出功率，对电力电子接口控制主要指

对DC/AC逆变环节的控制。在通常情况下，逆变器接口的直接控制目标有两种：（1）控制输出电压幅值与频率；（2）在有电压支撑的情况下控制输出电流的幅

值与频率。着眼与不同的控制目标，微电源的逆变器接口常用的控制策略可以分

为恒功率控制、下垂控制和恒压恒频控制。

2.1 恒功率控制

恒功率控制的目的在于使微电源输出指定的功率参考值，该功率参考值可以

由微网上层能量管理系统提供或者由微电源自身输出特性决定。使用恒功率控制

的微电源不参与微网频率和电压的调节。这种控制策略尤其适用于光伏发电、风

力发电等输出功率具有明显的间歇性和不可预测性的微电源，因为这类微电源本

身不适合参与频率与电压的调节，应该以能源的最大化利用为目标。同样，如果

这类微电源配置了储能装置，也可采用恒功率控制，其优点在于将能源的最大化

利用与微网能量调度结合起来。另一方面，当微网处于并网运行状态时，由于有

主电网提供电压支撑，所有分布式电源均可采用该控制方式。

2.2 下垂控制

下垂控制是一种模拟传统发电机的控制方法。这种控制策略下，逆变器接口

的直接控制目标是输出电压幅值与频率。采用下垂控制使微电源一定意义上具有

传统电机的输出特性，根据下垂系数，即、曲线斜率自发调节输出频率与电压

幅值，当微网中存在多个采用下垂控制的微电源时，它们共同的调节目标在于使

各自输出的频率一致、微网交流母线的电压一致，当目标完成时，即完成了各微

电源对微网中不平衡功率的动态分配。该法由于具有微电源间通信联系就能实施

其控制的潜力，是目前研究的热点，一般用于对等控制策略中微电源接口逆变器

的控制。

需要指出的是：（1）这种方法利用了有功功率与频率呈线性关系、无功功率与电压幅值呈线性关系的特性，而在低压微网中，传输线路的电感与电阻在同一

数量级，并不具备上述特性，因此必须设计逆变器控制系统使微电源的等效输出

阻抗呈感性；（2）这种方法实质上是设计了两条虚拟的下垂曲线，与微电源固

有属性无关，但是下垂系数，即、曲线斜率的设计并不是想当然，必须兼顾微

网频率、电压电能质量的稳态指标，同时还应考虑到不同微电源之间的环流问题；（3）该方法并不适用于光伏发电、风力发电这类输出功率具有随机性的微电源。

2.3恒压恒频控制

恒压恒频控制的基本思想在于不管输出功率如何变化，始终保证逆变器接口

输出的频率与电压幅值恒定，无论微电源的运行点在任何工作点，其频率与电压

幅值始终不变。采用这种控制策略的微电源要求有一定的备用容量，且具有较强

的可控性。同样，光伏发电、风力发电并不适合采用该控制策略。

3.总结

本章系统地介绍了微网的运行与控制。首先对微网的基本结构，运行过程中

存在的主要问题作了阐述，在此基础上研究了微网运行时存在的控制问题，引入

三种微网运行控制方案，对每种微网运行控制方案、每种方案下不同微电源的具

体控制策略进行了详细的对比分析。

参考文献

【1】 R. H. Lasseter．Dynamic distribution using (DER) distributed energy resources

[C] ． Proceedings of Transmission and Distribution Conference and Exhibition, 2005/2006 IEEE PES，May 21-24，2006：932-934．

【2】梁才浩，段献忠．分布式发电及其对电力系统的影响[J]．电力系统自动化，2001，

25(12)：53-56．

【3】郭力，王成山．含多种分布式电源的微网动态仿真[J]．电力系统自动化，2009，33（2）：82-86．