微电网频率控制策略分析

关键词 ： 微 电网； 分布式电源； 频 率控 制
１ 概 述 到新的稳态 ， 该过程通常需要 几秒 至几十秒的时间。 由于转子具有 微 电网有两种运行模式 ： 并 网运行 和孤岛运行 ， 当主网发生故 惯性 ， 发 电机输 出频率具有一定 的抗 扰动能力。针对单一分布式 电 障或者需要检修时 ，通过断开微 电网与主网的公共连 接点 处开关 ， 源， 在下垂控制 中加人 Ｐ Ｉ 控制从而实现频率 的无差调节 。 还有在传 从而使微电网进入孤 岛运行状态 ， 此时微 电网的电压和频率失去 主 统 的下垂 控制策略 的基础上 提出一种微 电源 的虚拟惯性频 率控制 配网的支撑 ，需要微 电网内部的微 电源来维 持电压和频率 的稳定。 策略 。其缺点是可能引起微 电网电源 间功率振荡 的问题 ， 但是通过 而系统频率作为 电能质量的三大指标之 一 ， 体现 了发 电系统 与负荷 优化控制器参数可以抑制这种功率振荡 。 之间有 功功率 的平衡关系 ， 功率供需不平衡会造成系统频率 的不稳 ４ ． ２提出一种基于同步发电机机电暂态数学模 型的新 型微 电网 定， 因而降低 了电能质 量。光伏 电池 、 风机等分 布式 电源具有 随机 逆 变 电源 ， 即虚 拟 同步发 电机（ ｖ ｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ， Ｖ Ｓ Ｇ ） ， 性、 间歇性 的特点 ， 且大多数分布式 电源都通过 电力 电子逆变接 Ｅ ： Ｉ 并根据微 电网 中不同负荷类 型和发 电单 元的特点 ， 详细分析将 电力 输送电能 ， 其运行特性 和控制策略与常规 电力系统 中的同步发 电机 系统频率控制策略引入微电网的可行性 。设计一 次调 频控制器 ， 它 差别较大 ， 因此 ， 微 电网孤 岛运行 时的频率控制策 略是微 电 网研 究 使 Ｖ Ｓ Ｇ既能按照功率指令 发电 ， 又能参与频率动态调节 ， 缓解扰动 的关 键 问 题 之一 。 情况下尤其是异常扰动时频率的变化 。相关 的还 有 ， 基 于虚 拟同步 ２分 布 式 电 源 发 电机算法 的模式 自适应微电网调 频控 制方法 ， 此方法在不 改变 控 分布式 电源按 能源是否可再生分为两 类 ：一类 利用可再生 能 制结构和控制参数 的条件下 ，可以实现微网逆变器的多模式运行 ， 源， 主要包括 风能 、 太 阳能 、 水能 、 地热能 、 海洋能等 ； 另一类 利用不 但是其控制模型复杂 ， 且通信一旦失败 ， 会导致模式切换的失败 。 可再生能源 ， 主要包括热电联产 、 燃料 电池等 。其 中光伏发 电、 风力 ４ ． ３微 电网在不 同运行模式下 ， 逆变 电源采用不 同的控制策略 ： 发 电、 燃料 电池 、 微型燃气轮机经过长期 的发展 ， 在 技术 上已经取得 孤岛运行时 ， 逆变 电源采用具 有下垂特性 的电压与频率控制 ； 联 网 了长足的进步。光伏发池 、 微型燃气轮机 、 燃料 电池 ， 还 有一些储 能 运行 时 ， 逆变电源采用有 功与无功控制 ， 并将 ２种控制 策略综合 在 装置如蓄 电池 、 飞轮储能超级电容器都需 要使 用逆变器作为接 口连 个逆变 电源 中， 但存 在模式切换失败 的问题 。也 有文献提 出微 电 接到微 电网。 网孤岛运行时 ， 逆 变电源采用有功与无功控制和 电压与频 率控制 ２ ３逆 变 器 的 基 本 控 制 策 略 种控制策 略， 且利用二 次调频实现 了频率 的无差控制。 ３ ． １ Ｐ ／ Ｑ控制 。大多数微电源都 可以采用这种控制方案。Ｐ ／ Ｑ控 ４ ． ４配合储能装置 的充放 电来实现频率 的调节 。微 电网的频 率 制 的 目标是使分布式电源输 出指定 的有功功率 和无功 功率 ， 以维持 波动主要是 由于有功功率不平衡 引起的 ， 基于这种思想 ， 利用 蓄 电 微 网内部 的功率平衡。 一般采用功率外环 一电流内环双环控制 的控 池的充放 电来达到平衡功率 的目的。 此种方法还需记 录下蓄 电池 的 制方式 ， 参考功率与实际功率的差值进行 Ｐ Ｉ 调节 ， 得到 电流 内环 的 工作状态。 根据微 电网内部有功功率过剩或者 短缺 以及蓄 电池 的工 参考值 ， 其与实际的电流值 的差值进行 Ｐ Ｉ 调节得到产生 Ｐ ＷＭ控制 作状 态 ， 确定给蓄 电池充电或者放 电。 其优点是 ， 控制简单 ； 弊端 ： 一 信号 的电压 的参考值 ， 再经过 ｄ ｑ ｏ ／ ａ ｂ ｃ变换 ， 得到逆变器最终 的控制 是蓄 电池本 身的容量 问题 ，二是 频繁的充放 电会 减少蓄 电池的寿 信号 。 命。 ３ ． ２ Ｖ ／ ｆ 控制 。 ｖ ， ｆ 控制的 目标是使分布式电源输 出的电压 和频率 ５ 结论 保持 不变 。采用 ｖ ／ ｆ 控制的微电源应该有较大的输 出功 率调节范 围 可见 ， 即使配 备了充足的储能 ， 若不加 以适 当控制 ， 微电 网仍然 和较快 的动态 响应 ， 如微 型燃气 轮机 ， 但是 光伏电池 由于其 输 出功 是一个惯 性很弱的系统 ， 而现有控 制方法各有利弊 ， 所 以只有选择 率受外界环境影响较大 ， 所 以不能采用这种控制方法 。为保证对负 合理的控制策略才 能保证微 电网孤岛运行时 的频率稳定性 ， 从而保 荷侧 供 电的电能质量 ， 使其 电压保 持恒定 ， 以负荷侧 电压 ｄ 、 ｑ分量 证 良好的电能质量 。 与 电压参考值 之间的差值通过 Ｐ Ｉ 控制输 出电流 内环 的参考值 ， 再 参 考 文 献 与电流实际值 比较后 ， 经过 Ｐ Ｉ 控制输 出三相 电压 Ｓ Ｐ ＷＭ信号 。 ［ １ ］ 郑 漳华， 艾 芊． 微 电网的研 究现 状及在我 国的应 用前 景［ Ｊ ］ ． 电网技 ３ ． ３下垂控制。它利用 的是分布式 电源输 出有功功率和频率呈 术， ２ ０ ０ ８ ， ３ ２ （ １ ６ ） ： ２ ７ — ３ １ ， ５ ８ ． 线性 关系 ， 而无功功率 和电压幅值成线性关系的原理进行控制 。 【 ２ ］ 鲁 宗相 ， 王彩 霞， 闵 勇， 等． 微 电网研 究综 述【 Ｊ Ｊ ． 电力 系统 自动化 ， ４微电网频率控 制策 略的研究现状 ２ ０ ０ ７ ，３ １ （ ９ ） ： １ ０ ０ — １ ０ ７ ． 微电网的控制主要是逆变器的控制 。 现有 的微 电网孤岛运行 时
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微 电网频率控 制策 略分析
刘旭 阳 ’ 吴 艳 超
（ １ 、 东北电力大学， 吉林 长春 １ ３ ２ ０ １ ２ ２ 、 枣庄市供电公司 ， 山东 枣庄 ２ ７ ７Байду номын сангаас８ ０ ０ ）
摘 要： ２ １ 世 纪以来， 随着电网规模的不断扩张 ， 大规模电力 系统 的弊 端也 日益 凸现 出来 ， 其成本 高， 运行控制 不灵活 ， 难以适应用 户 越 来越 高的可靠性要求及 多样化 的电能质量需求。由小型分布式 电源组成的微电网以其独特 的优点 受到人们的广泛关注。 而研究有效的 微 电网孤 岛运行的频率控 制策略从 而减 少频率波动 ， 对微 电网 孤 岛运行具有 重要意义 。