微电网关键技术研究与应用

微电网关键技术研究与应用

发表时间：2016-10-15T12:07:03.753Z 来源：《电力技术》2016年第5期作者：曹辉迟震陈辰杭银丽冯志阳顾竞成[导读] 微电网是充分利用可再生能源发电的一种新模式。

（1南通供电公司江苏南通 226004；2中天昱品科技有限公司江苏南通 226009；3中天光伏技术有限公司江苏南通 226009摘要：微电网是充分利用可再生能源发电的一种新模式。微电网中的微源通过电力电子接口接入电网，微源种类繁多，既可以是光伏、燃料电池或微型燃气轮机，也可以是蓄电池、超级电容、飞轮储能系统等。负荷可以根据其负荷等级，分别挂在不同的馈线上。为了

实现微电网系统能量调度和保护，微电网一般需配备能量管理系统。

关键词：微电网；关键技术；应用

当公共电网正常工作时，PCC闭合，微电网与公共电网并网运行；当公共电网出现故障时，PCC迅速断开，微电网进入孤岛运行模式，能量管理系统可以选择性地切除普通负荷，确保系统关键负荷的正常供电，提高微电网系统内关键负荷供电的可靠性，同时保证电网的安全性；公共电网故障切除后，微电网经过同步控制后可以重新并网运行。

1.微电网的控制策略

微电网的整体控制策略采用主从控制策略。主从控制是指当微电网孤岛运行时，微网中只有一个或者多个电压源逆变器作为变流器工作在恒压恒频率（V/f）模式，提供微网的参考电压和参考频率，其余的分布式电源作为从逆变器工作在恒功率（PQ）模式。当微电网并网工作时，变流器需要锁相控制，保证微网输出电压的幅值、频率、相位与公共电网相同，减小并网过程中的冲击，实现柔性并网。

2.变流器的工作模式

基于主从控制的微电网变流器既能够工作在孤岛模式下也要能够工作在并网模式下，在不同模式下变流器的工作环路有所不同。变流器采用双环控制结构，外环控制器用来实现上述不同控制的转换，并产生内环参考信号；内环控制器用于对电流的控制，改善系统运行性能，提高逆变器输出电能质量。

2.2.1 并网工作模式

并网运行时，公用电网为微电网系统提供电压和频率支撑，微电网逆变器采用恒功率控制，只需控制输出设定的有功功率和无功功率。此时，逆变器输出电压被公用电网钳位为电网电压，逆变器在稳态时输出功率实际由并网电流决定，从而只需控制逆变器输出电流即可完成恒功率控制的目标。

变流器输出交流网络的有功和无功功率在旋转坐标系下可以表示为：

（1）其中，ud和uq分别为微电网逆变器三相输出电压经过park变换得到的d轴和q轴电压分量；id和iq分别为逆变器三相输出电流经过park 变换得到的d轴和q轴电流分量。由于park变换中，选定合成电压矢量方向为d轴方向，则q轴电压分量为零。因此，有功功率只与d轴有功电流有关，无功功率只与q轴无功电流有关，从而可以通过电网电压值和功率给定值(Pref和Qref)得到电流内环给定值(idref和iqref)：

（2）式中，idref、iqref分别为电流内环d轴和q轴的给定值。采样三相电网电压，对其进行abc/dq变换，得到电网d轴电压分量。根据给定的有功和无功参考值，由式（2）求得电流内环给定值idref、iqref。

2.2. 2孤岛工作模式

微电网在孤岛运行时失去了电网的电压和频率支撑，因此，为满足本地负荷的供电质量要求，微电网主控逆变器需承担起为微电网系统建压的功能，为从逆变器提供电压和频率支撑，并根据负荷需求调整自身的输出功率。此时，变流器由恒功率控制转为恒电压恒频率控制（V/f控制）。

V/f控制器的时域表达式为：

（3）式（3）中，fref是系统孤岛运行时的给定频率参考，Eref是给定电压幅值参考。微电网锁相环的自主频率生成模块生成微电网孤岛运行时的锁相角，为微电网系统提供频率支撑；然后将此锁相角θinv作用于逆变器输出电压的park变换。逆变器三相输出电压经过park变换得到ud和uq分量，分别与电压参考Eref和0进行比较，并对误差进行PI控制，从而得到内环控制器的参考信号idref与iqref。

3.微电网系统设计

微电网变流器的主要功能和性能指标有：

（1）、能量双向流动，可实现储能元件充放电的管理。

（2）、并网运行：按照中央控制器的要求发出或者吸收一定的有功或者无功功率。

（3）、孤岛运行：多机并联孤岛运行功能；参与电压控制；参与频率调节；向重要负荷提供不间断供电。

（4）、能够实现并网到孤岛或者孤岛到并网的平滑切换，保证系统稳定。

（5）、具备丰富的通信接口，便于与上级监控或者调度系统交换信息。

（6）、具有保护功能，在各种情况下保证微电网变流器的安全。

3.1 变流器主电路设计

主电路设计主要包括功率电路设计和控制电路设计。系统采用TMS320F28335芯片为主控芯片，系统直流侧和交流侧采样之后送入DSP进行处理，处理后给出功率器件的驱动信号，控制功率器件的关断。

3.2 控制电路设计

控制部分主要由DSP控制板、采样模块、MCU模块、辅助电源板构成。DSP主控板主要完成各种模拟信号和数字信号的综合处理，实现系统的保护和控制功能，是控制算法和控制策略的实现平台。采样模块主要完成各种模拟信号的采样。MCU模块主要完成面板显示与控制功能，是实现用户控制的操作模块。

3.2.1 DSP控制电路设计

DSP控制板功能电路包括：CPU及其外围电路、CPLD及其外围电路、上电复位电路、RS-485通讯接口电路、CAN通讯接口电路、SPI通讯接口电路、数字量的输入输出接口以及采样信号调理电路等。CPU选用TI公司的浮点DSP芯片TMS320F25335，其具有运算速度快，价格便宜，外设丰富，AD转换精度高等、自带PWM发生器等优点。CPLD主要用来完成逻辑信号的运算。

3.2.2 MCU电路设计

MCU板主要完成参数的显示和键盘输入、与DSP通信以及与上一级PLC通信的功能。其硬件电路主要包括：单片机以及其外围电路、RS-485通讯接口电路、时钟芯片、EEPROM以及DSP的SPI通讯电路、键盘控制电路、显示电路、LED控制电路等。 4结论

微网变流器是微电网系统的关键单元之一。孤岛运行时变流器要用来维持微电网的电压和频率稳定，并网运行时可以用来实现微网的优化运行。微电网变流器需要能够实现能量双向流动，接收中央调度管理，实现微电网系统经济优化运行；电网故障时，变流器需要能够实现不间断供电。微电网技术可以有效地解决大规模分布式发电系统并网运行问题，提高了可再生能源的利用。参考文献

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