微电网平滑切换控制方法及策略.pdf

第３５卷第１８期Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．１８
２０１１年９月２５日Ｓｅｐｔ．２５，２０１１

微电网平滑切换控制方法及策略

郑竞宏１，王燕廷２，李兴旺２，王忠军２，王小宇１，朱守真１
（１．电力系统国家重点实验室，清华大学电机系，北京市１０００８４；２．东北电力大学电气工程学院，吉林省吉林市１３２０１２）

摘要：微电网由并网运行模式到孤岛运行模式的平滑切换是保证微电网区域内重要负荷持续可靠
供电的重要手段。文中利用ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真软件建立了逆变器微源类型的微电网模型，
实现了微电网并网及孤岛２种运行模式及其相应的控制方法。在推导控制器系统传递函数的基础
上，分析了控制参数对系统频谱特性的影响，并通过时域仿真研究了控制参数对微电网运行模式切
换暂态过程的影响规律，在此基础上提出了基于控制器状态跟随的微电网平滑切换控制方法。同
时，从微电源容量与微电网内负荷匹配程度的角度，提出了３区域平滑切换控制策略，有效地减小
了微电网２种运行模式切换过程中的暂态振荡。通过仿真验证了所提出的平滑切换控制方法及策
略的有效性。
关键词：微电网；平滑切换；控制器状态跟随；控制策略

０引言时，从微电源容量与微电网内负荷的匹配程度的角
度，提出了区域平滑切换控制策略，有效抑制了微
随着传统能源供应的日益紧张以及人们用电需３
电网从并网向孤岛运行切换时的暂态振荡。
求的不断提高，以分散的小容量分布式发电系统、储
能系统、负荷及保护装置集成的微电网系统成为国１微电网系统介绍
内外研究的热点［１－３］。
１．１微电网结构
微电网有并网与孤岛２种典型的运行状态。正
本文所采用的微电网结构如图１所示。图中，
常情况下，微电网与常规配电网并网运行，当常规电
ＰＣＣ为公共连接点。微电源为三相电压源型逆变
网发生故障或电能质量不满足负荷要求时，微电网
器，所带负荷为ＲＬＣ并联负荷。并网运行时，由电
能够快速、主动地断开与电网的连接，过渡到孤岛运
网提供电压和频率的支撑，微电源采用Ｐ／Ｑ控制方
行状态，以保证微电网区域内重要负荷的持续供电。
式输出给定功率；孤岛运行状态下，逆变器需自身承
因此，实现微电网向孤岛运行状态的平滑过渡，可减
担起电压和频率的调节作用，单机一般采用／控
小过渡过程中的振荡对微电网内部负荷的影响提Ｖｆ
，［］
制方式，多机采用Ｖ／ｆ－Ｐ／Ｑ主从控制方式９或下垂
高微电网的电能质量和供电可靠性。
控制方式［１０－１１］，以保证供电的可靠性。本文的多机
近几年来，随着许多实验性质微电网的运行，在
情形主要针对／／的控制方式进行研究。
微电网能量管理系统和电力电子接口控制等方面已Ｖｆ－ＰＱ
取得了一定的成果［４－８］。但对于微电网２种运行模
式的平滑稳定切换还没有深入研究。考虑微电网运
行模式和系统状况影响，微电源在运行模式切换过
程中的控制方法和策略如何保证切换中出现的扰动
在可接受范围内，以及切换后仍能维持微电网内部
的电压和频率稳定是本文的研究重点
，。图１微电网结构
本文主要介绍了逆变器类型微电源的微电网系Ｆｉｇ．１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｍｉｃｒｏｇｒｉｄ
统并网、孤岛２种控制器的结构，通过研究控制器参
并网控制器与孤岛控制器结构
数对控制器传递函数幅频特性以及对切换时暂态过１．２
并网一般采用如图所示的典型／控制器
程的影响规律，提出了控制器平滑切换的方法。同２ＰＱ
结构［１２－１３］，而本文采用的微电网的孤岛运行状态是
［］
如图３所示的Ｖ／ｆ孤岛控制器结构１４－１５。图中：Ｐ
收稿日期：２０１１－０６－２４。和为逆变器功率信号和为功率参考值
Ｑ；ＰｒｅｆＱｒｅｆ；
国家自然科学基金资助项目（５０８２３００１，５１００７０４４）。分别为逆变器机端输出电压电流的
ｖｄ，ｖｑ，ｉｄ，ｉｑ、ｄｑ

—７１—
２０１１，３５（１８）

轴分量和为内环电流参考值和为控逆变器输出的电能质量一般动态响应较快控制
；ｉｄｒｅｆｉｑｒｅｆ；ｖｓｄｖｓｑ，。
制器输出电压控制信号的ｄｑ轴分量；ω为频率信参数主要为２个比例—积分（ＰＩ）环节的参数，分别
号为电压参考值是电流环比例系数和积分系数电压环比例
；ｕｒｅｆ。：ｋｐｉｋｉｉ、
系数和积分系数
ｋｐｖｋｉｖ。
２．１孤岛控制器系统函数动态响应分析
本文主要讨论以电压环的参考值和为
ｕｄｒｅｆｕｑｒｅｆ
输入实测电压和为输出的系统特性
，ｖｄｖｑ。
设电流环的环节部分输出为和则
ＰＩｕｄｕｑ，

ｋｉｉ
烄ｕｄ＝ｋｐｉ＋（ｉｄｒｅｆ－ｉｄ）
ｓ
（）（１）
图２并网控制器结构烅
ｋｉｉ（）
Ｆｉｇ．２Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｕｑ＝ｋｐｉ＋ｉｑｒｅｆ－ｉｑ
烆（）ｓ
滤波电路ｄｑ方程为：

ｖｓｄ＝ＬｓＤｉｄ－ωｐｌｌＬｓｉｑ＋ｖｄ
（２）
｛