微电网主／从控制策略的分析研究

关 键 词 ： 电 网 ； 从 控 制 ； Ｑ 控 制 ； ／ 控 制 ； 制 策 略 微 主／ ＇ Ｖｆ 控 中 图分 类 号 ： Ｍ １ 文 献标 志码 ： Ｔ ６９ Ａ 文 章编 号 ： ０ １５３ （０ ２ １－０２０ １０ －５ １ ２ １ ）４０ ２ －５
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ Ｍ ａ ｔ ｒ Ｓ ａ ｅ Ｃｏ ｒ ｌＳ ｒ ｔ ｇ ｆＭ ｉｒ ｇ ｉ ｓ ａ ｃ ｎ ｓｅ － ｌ ｖ ｎｔ ｏ ｔ ａ ｅ ｙ ｏ ｃ ｏ ｒｄ
典 型 的运 行模 式 ＿ Ｊ 正常情 况下 ， 电网和 常 规 ２ ： 。 微
电 网并 网运行 ， 为联 网模 式 ； 称 当检 测到 电 网故障
或 电能 质量不 满 足 要求 时 ， 电 网将 及时 和 电 网 微
断开 而独立 运 行 ， 为孤 岛模 式 。微 电 网特 ， 时 的 微 电 网不 仅作 Ｊ此 为 配 电网的一 个模 块 化 的可 控单 元 ， 能 提 供 满 且
２ — ２
・
分 布 式 电源 ・
低 压 电 器 （０ ２ ．４ ２ １ Ｎｏ１ ）
综 合 目前 微 电网 的研 究 成 果 发 现 ， 个 微 电 单
源 的控 制方法 主要 有 ３种 Ｊ 恒功 率 （ Ｑ控制 ） ： Ｐ ，
号， 系统 切换 到 孤 岛运行 状态 ， 中一 个 Ｄ 其 Ｇ将 转
ｖ ｌ ｇ ，ｐ ｗｅ ｄ￣ｅ ｕ ｎ ｙ ｗｅｅ ｏ ｔ ｉｅ ．Ａｎ ｈ ｉ ｌｔ ｎ ｒ ｓ ｈ ｒ ｖ ｈ ｏ ｒ ｃｎ ｓ ｎ ｅ ｓｂｌ ｙ ｏ ｅ ｏｔ ｅ ｏ ｒａ ａ ｎ ｑ ｅ ｃ ｒ ｂ ａｎ ｄ ｄ ｔ ｅｓｍｕ ａｉ ｅ ｕ ｓｐ ｏ ｅ ｔｅ ｃ ｒｅ ｔ ｅ ｓａ ｄ ｆ ａ ｉ ｉ ｔ ｆｔ ｏ ｉ ｈ
低 压 电器 （０ ２ ． ４ ２ １Ｎｏ １ ）
・ 布 式 电源 ・ 分
微 电 网 主／ 控 制 策 略 的 分 析 研 究 从
韩培 洁 ， 张 惠娟 ， 杜 强
（ 北工业 大 学 电磁 场与 电器可靠性 省部共 建 河 国家重点 实验 室培 育基 地 ，天 津 ３ ０ ３ ） ０ １０
Ｔ ｃ ｎｌｇ ， ｉｎ ｎ３ ０ ，Ｃ ｉａ ｅ ｈ ｏ ｙ Ｔａｊ ０ １０ ｈｎ ） ｏ ｉ ３
Ａ ｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ：Ｃｏ ｓｄ ｒｎ ｈ ｉ ｅ ｅ ｔｔｐｅ ｆｍｉｒ ｏ ｒ ｅ ｎｄ ｔｅ ｄ ｃ ｎ ｒ ｉａ ｉｎ ｏ ｏ ｄｓａ ｄ ｃ ｍｂｉｅ ｔ ｎ ｉｅ ｉ ｇ ｔ ｅ ｄｆ ｒ ｎ ｙ ｓｏ ｃｏ ｓ ｕ ｃ ｓａ ｈ ｅ ｅ ｔａ ｚ ｔｏ ｆｌａ ｎ ｏ ｆ ｌ ｎ ｄ ｗｉｈ
控制 逆 变器 来保 证 Ｄ 的输 出有 功 和无 功保 持在 Ｇ
恒定 值 。其控 制方 法结 构框 图如 图 ２所 示 。
学孽
本 文根据 微 电源类 型 的不 同 ， 设计 采 用主／ 从
线
控制 策 略进 行 微 电 网 的控 制 ， Ｐ 将 Ｑ控 制 和 ｖ ｆ ／
控制 结合 起来 ， 其 中功 率 可调 的微 电源 作 为 主 将 控 电源 ， 采用 Ｖ ｆ 制维 持 孤 岛时 电压 和频 率 的 ／控 稳定 ； 其余 发 电单元 作 为从 属 电源 ， 用 Ｐ 采 ｐ控 制 保证 最大 功率 输 出。
ｍａ ｔｒ ｓａ ｅ ｃ ｎ ｒｌｓｒｔ ｇ ． ｓｅ —ｌｖ ｏ ｔｏ ｔａｅ ｙ
Ｋ ｙｗ ｒ ｓ ｍｉｒｇｉ ｍａｔｒｓ ｖ ｏ ｔｏ； Ｑ ｃｎｒｌ Ｖ ｆ ｏ ｔｏ； ｏ ｔｏ ｓ ａｅｙ ｅ ｏｄ ： ｃｏ ｒ ｄ； ｓｅ－ａ ｅｃｎｒｌ Ｐ ｏ ｔｏ； ／ ｎｒｌ ｃｎｒｌ ｔ ｔｇ ｌ ｃ ｒ
摘 要： 在考虑微电源类型差异性和负荷 分散性 的基础上 ， 结合微 电源 的两种不
同 运行 模 式 ， 用 主 ／ 控 制 策 略 ， 采 从 即将 恒 功 率 控 制 （ ９控 制 ） 恒 压 、 频 控 制 （ ／ Ｐ 和 恒 Ｖｆ
控制 ） 结合起来对微电 网进行控制。在并 网模式下 ， 采用 Ｐ Ｑ控制 ， 实现微电源对参考 有功和无功的控制 ； 在孤岛模式下 ， 用 、 ｆ 采 控制 ， 为微 电 网运 行提供 稳定 的频率 支 撑 。为 了验证所设计 的主／ 从控制策略能使微 电网可靠运行 ， 对微 电网在联 网运行模
Ｐ ｌ ｄｈＭｏｕａｉ ，Ｓ ＷＭ） ｕｓ Ｗｉｔ ｅ ｄ ｌｔ ｎ Ｐ ｏ 的逆 变 器 逆 变 为 三相 交流 电 ； Ｃ滤波 器 用 于 滤 掉 高 次 谐 波 ， 将 Ｌ 并 由这 ２个微 电源 和 负载 组 成 的微 电 网通 过 线 路 、 开关 、 变压 器 连接到 １ Ｖ 的配 电 网中 。其 中 ， ０ｋ 并
换到 ｖ ｆ ／ 控制 ， 成为 主控 电源 ， 为孤 岛系统 提 供 电 压 和频 率 支 撑 。其 他 Ｄ 不 负 责 调 节 电 压 和 频 Ｇ 率， 且保 持 Ｐ Ｑ控制 运行 。
２ １ Ｐ 控制 器 ． Ｑ
恒压 、 频 （ ／） 制 和 下 垂控 制 （ ｒｏ 制 ） 恒 Ｖ ｆ控 Ｄｏｐ控 。
Ｐ ｐ控 制 方法 的实 质 是将 有 功 功率 和 无 功功 率解 耦 Ｊ然后 对 电流进 行 Ｐ 控 制 ， ， Ｉ 目的是 通 过
于 风力 发 电 和光 伏 发 电这 类 输 出 功 率 随机 的 电
源 ， 了达到 能源 最 大 利 用 率 ， 般需 要 采 用 Ｐ 为 一 ｐ
控制 。
式 中 ｉ 、 — —参 考 电流 ｄ轴和 ｑ 的分量 ｉ 轴
…
…
１
… 一 ＿ 型 一
Ｕ— — 同步 旋 转 坐 标 系 下 ｄ轴 电
压 分 量
则 母线 电压 Ｕ ｔ 可 以表示 为 ｎ（ ）
）
式中
图 １ 微 电 网 主／ 控 制 系 统 结 构 图 从
】） （ ２
运行模 式 ， 在一定 程 度 上 要求 其 具 有 灵活 的控 制
策 略 。
张 惠 娟 （ ９３ ） 女 ， 授 ， 士 ， １６ 一 ， 教 博 研究 方 向为 电力 系 统 电 能质 量 分 析 与 预测 、 磁兼 容 等 。 电
杜
一
强（ ９７ ） 男 ， １８ 一 ， 硕士研究生 ， 研究方向为风力发 电及其保护技术 。
１ 微 电 网结 构
本文 所涉 及 的微 电 网结 构 如 图 １所 示 。 图 １ 中 ， 分 布式 电源 Ｄ １和 Ｄ ２均 假设 为直 流 源 ２个 Ｇ Ｇ
或整 流后 的 直 流 源 ， 正 弦 脉 宽 调 制 （ ｉ ｓｉａ 经 Ｓ ｕｏ ｌ ｎ ｄ
设定参 考 有 功 功 率 和无 功 功率 分 别 为 Ｐ 、
网模 式 下 ， ＧＩ和 Ｄ ２均 采 用 尸 控 制 ； Ｄ Ｇ ｐ 当检 测
Ｑ ， 同 步 旋 转 坐 标 系 下 功 率 的 计 算 公 式 由
可知
ｒ ．
２ Ｐ ｆ
㈩
到孤 岛 信 号 时 ， Ｇ Ｄ １切 换 为 Ｖ ｆ 制 ， Ｇ ／控 Ｄ ２保 持
不变 。
【ｒ 一了 ｅ ｑ ｆ
韩 培 洁 （ ９ ８ ） １８ 一 ， 女 ， 士研究 生 ， 硕 研 究 方 向 为 微 电 网 运 行 和控 制 技 术 。
式和孤 岛运行模式之 间切 换 ， 以及孤 岛模式下 切／ 增负荷两种运行状况下 的运行 特性
进行分析 。通过 Ｍａ ａ ｔｂ仿真 ， ｌ 对微 电网母线 电压 、 系统频率 和功率 的变化规律进 行分 析 ， 明了本 文所设计 的主／ 证 从控制策略的正确性 和可行性 。
ｗ ｌ ａ ｒｎ ｉ ｏｄｃａｇｓｉ ｉ ａｄｎ．Ｂ ｅＭａ ａ ｉｕａ ｏ ，ｔｅｃａ￣ ｇｌ ｓｏ ｔｅｍｉ ｏｒ ＇ ｂ ｓ ｅ ｓ ｕ ｓ ｔ ｌａ ｈ ｎｅ ｎ ｓ ｉｇ ｙｔ ｔ ｂｓ ｌｔｎ ｈ ｈ ｎ ｎ ａ ｆ ｈ ｃ ｇ ｄ ｕ ｌ ｗｈ ｌ ｎ ｈ ｌ ｍ ｉ ｗ ｒ ｉｓ
实 际微 电 网中 ， 同种 类 的微 电 源 的控 制 特 性存 不 在着 很 大差异 。对 于微 型燃 气轮 机这类 功 率可 调 的电源 ， 控制 比较 容易 ， 以实现 Ｖ ｆ 可 ／ 的调整 和 控 制， 可用 于保 证 微 电网 频率 和 电压 的 稳 定 性 。对
翳
：
ｍ ｄ ， Ｑｃｎｒ ｏｌ ａｎａ ｅｍ ｃｏｓｕｃｓ ｏｅｐ ｒｒｆ ｅｃ ｃ ｖ ｎ ｅｃｖ ｏ ｅ．Ｉ ｅｉａｄｎ ｏ ｅ Ｐ ｏｔ ｌ ｕｄｍ ｉｔ ｎｔ ｉｒ ｏｒｅ ｘｏ ｅ ｎｅａｔ ｅ ｄｒａｔ ｅｐｗ ｒ ｎｔ ｌｎ ｉ ｏｃ ｉ ｈ ｔ ｔｅ ｒ ｉ ａ ｉ ｈ ｓ ｇ
Ｈ Ｎ ｅ ｉ， Ｚ Ａ Ｇ Ｈ ｉ ａ ， ＤＵ Ｑａ ｇ Ａ Ｐ ￣ Ｈ Ｎ ｕｕｉ ｉ ｅ ｊ ｒ ｉｎ （ ｔ ｅＫ ｙＬ ｂｏ ｌ ｔ ｍａｎ ｔ ｉ ｄａｄＡ ｐ ｒ ｕ ｅ ａｉｔ Ｈ ｂ ｉ ｎｖｒ ｔ ｏ Ｓａ ｅ ａ ｆ ｅ ｒ ｇ ｅ ｃＦｅ ｎ ｐ ａａ ｓ ｌ ｂｌｙ ｅ ｅ Ｕ ｉ ｓｙ ｆ ｔ Ｅ ｃｏ ｉ ｌ ｔ Ｒ ｉ ｉ ｅ ｉ
０ 引 言
近年来 ， 了能 够系统 、 为 高效 地管 理分 布式 电
源 ， 升能 源利 用效率 、 电可靠 性和 改善 电能 质 提 供 量 ， 分 布 式 电 源 （ ｉｒ ｕｅ ｅｅａ ｏ ， Ｇ） 将 Ｄ ｓ ｉ ｔ Ｇ ｎ ｒｔ ｎ Ｄ 以 ｔｂ ｄ ｉ
足 内部用 户 需求 的 电能 。 目前 ， 电 网存 在 两 种 微
ｔｅｔｏｄｆ ｒｎ ｏｅａｏ ｏｅ ， ａｔｒ ｌ ｅｃｎｒ ｒｔ ｙ ｎ ｍ ｌ ｏ ｓ ｎ ｏ ｅ ｏｔ ｌ（ Ｑ ｃｎｒ１ ｎ ｈ ｉｅｅｔ ｐ ｒｔｎｍ ｄｓ ｍ ｓ － ａ ｏｔ ｌ ｔ ｅ ， ａ ｅ ｃｎｔ ｔ ｗ ｒ ｎｒ Ｐ ｏｔ ）ａ ｄ ｗ ｉ ｅ ｓｖ ｏｓａ ｇ ｙ ａ ｐ ｃ ｏ ｏ ｃｎｔｎ ｖｌ ｇ ｏｓ ｎ ￣ ｑ ｅｃ ｏｔ ｌ Ｖ ｆ ｏｔ １ ， ａ ｓｄｔ ｃｎｒｌｈ ｉ ｏｒ ．Ｉ ｅ ｄｃｎ ｅｔｄ ｏｓ ｔ ｏａｅｃｎｔ ｔ ｅ ｕｎｙｃｎ ｏ （ ／ ｎｒ ） ｗ ｓ ｅ ｏｔ ｅｍ ｃ ｇｉ ｎｔ —ｏｎｃｅ ａ ｔ ａ ｒ ｃ ｏ ｕ ｏ ｏｔ ｒ ｄ ｈ
ｍｏ ｅ ｄ ，Ｖ／ ｏ ｔ ｌ ｃ ｕｄ ｂ ｓ ｄ ｔ ｒ ｖｄ ｔｂ ｅ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｓ ｐ ｏｔ ｆ ｒ ｔ ｅ ｍｉｒ ｇ ｉ ｐ ｒ ｔ ｎ Ｉ ｒ ｅ ｏ ｆ ｃ ｎ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｅ ｏ ｐ ｏ ｉｅ ｓ ｌ ｒｑ ｅ ｃ ｕ ｐ ｒ ｏ ｈ ｃｏ ｒ ｏ ｅ ａｉ ． ｎ ｏｄ ｒ ｔ ｏ ａ ｄ ｏ ｄ ｍｏ ｓｒ ｔ ｔ ｅ ｐ ｒ ｔ ｎ ｅｉｂ ｌ ｙ ｏ ｈ ｍａ ｔ ｒｓａ ｅ ｃ ｎ ｒｌ ｔ ｔｇ ， ｔｅ ｐ ｒｔ ｎ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ｓ ｆ ｈ ｅ ｎ ｔａｅ ｈ ｏ ｅ ａｉ ｒｌａ ｉ ｔ ｆ ｔ ｅ ｏ ｉ ｓｅ —ｌ ｖ ｏ ｔｏ ｓ ａｅ ｒ ｙ ｈ ｏ ｅ ａｉ ｃ ａ ａ ｔｒ ｉ ｏ ｔｅ ｏ ｓｃ ｍｉｒ ｇ ｉ ｒ ｅ ｐ ｃｉｅｙ ａ ａｙ ｅ ｅ ｔｓ ｉ ｈ ｄ ｂ ｔ ｅ ｈ ｃ ｏ ｒｄ ｗｅｅ ｒ ｓ ｅ ｔ ｌ ｎ ｌ ｚ ｄ ｗｈ ｎ ｉ ｗ ｔ ｅ ｅｗｅ ｎ ｔｅ ｖ ｃ ｄ ｃ ｎ ｅ ｔｄ ｍｏ ｅ ａ ｄ ｔｅ ｉｌ ｎ ｉ ｇ ｍｏ ｅ ａ — ｏ ｎ ｃ ｅ ｄ ｎ ｈ ｓａ ｄ ｎ ｄ ｓ