微電網(wǎng)中功率管理與潮流控制方法

張純江， 呂道正， 董 杰， 王曉寰

(電力電子節(jié)能與傳動控制河北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院， 河北 秦皇島 066004)

1 引言

微電網(wǎng)概念最先是由美國CERTS(The Consortium for Electric Reliability Technology Solutions)提出的，它作為一個能夠獨(dú)立運(yùn)行的小型發(fā)配電系統(tǒng)，既能與外部大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，又能獨(dú)立運(yùn)行為本地負(fù)載供電[1,2]，近年來獲得了極大的關(guān)注。微電網(wǎng)作為一個新型的發(fā)電系統(tǒng)，首先應(yīng)該維護(hù)其自身系統(tǒng)的穩(wěn)定，維持自身電壓與頻率的穩(wěn)定，滿足系統(tǒng)內(nèi)用戶的需求。微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，離不開微電網(wǎng)的控制，控制問題是微電網(wǎng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，也是一個難點(diǎn)問題。微電網(wǎng)的控制包括對微源的控制和對整個微電網(wǎng)的控制。美國R. H. Lasseter首次提出了微電網(wǎng)中的兩種有功功率控制方法，即UPC(Unit output-Power Control)控制和FFC(Feeder Flow Control)控制[3,4]。

文獻(xiàn)[5,6]提出的自調(diào)節(jié)下垂控制策略是微電網(wǎng)功率協(xié)調(diào)控制的主要方法，該控制策略減小了無功環(huán)流，但是其只適用于孤島微電網(wǎng)，當(dāng)微電網(wǎng)并網(wǎng)時，需要切換到PQ控制。文獻(xiàn)[7]提出的基于背靠背逆變器的微電網(wǎng)功率管理和潮流控制策略，有效實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)和大電網(wǎng)之間潮流恒定，該方法雖然實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)的可控性，但是增加了兩個背靠背逆變器，同時就會增加系統(tǒng)的成本和損耗。文獻(xiàn)[8]提出的控制策略可以有效實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)和公網(wǎng)之間潮流的恒定，同時減小脫網(wǎng)時微網(wǎng)系統(tǒng)的頻率跌落，但是該策略并沒有考慮到當(dāng)DG1本地負(fù)載增加時，微電網(wǎng)和公網(wǎng)之間的饋線潮流將不能維持恒定，違背了該控制方法的初衷。文獻(xiàn)[9,10]根據(jù)DG的不同連接方式組成微電網(wǎng)串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，將微電網(wǎng)的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)與UPC和FFC控制方式組合，分析了每種不同組合方式在并網(wǎng)、孤島和脫網(wǎng)模式下DG的輸出功率和系統(tǒng)頻率的變化情況。

與傳統(tǒng)下垂控制相比，UPC和FFC控制方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：①不需要微電網(wǎng)在并網(wǎng)和孤島運(yùn)行時切換DG的控制方式；②并網(wǎng)時，DG采用FFC控制方式可以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)和大電網(wǎng)之間饋線潮流的恒定，微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)載變化時，功率由微電網(wǎng)內(nèi)DG提供，不影響?zhàn)伨€潮流，微電網(wǎng)接入不影響大電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行；③孤島運(yùn)行時，只要工作在FFC模式下的DG不達(dá)到最大輸出功率，系統(tǒng)頻率就可以維持恒定[11]。

但該控制策略也有其自身的不足。并網(wǎng)時微電網(wǎng)和大電網(wǎng)之間饋線潮流恒定和孤島時系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的前提是微電網(wǎng)中第一個與大電網(wǎng)連接的DG必須采用FFC控制，并且該DG的輸出功率沒有達(dá)到其最大值。而并網(wǎng)時增加微電網(wǎng)和大電網(wǎng)之間的饋線潮流可以緩解峰值負(fù)荷時對該DG的功率要求，但是饋線潮流過大會使微電網(wǎng)脫網(wǎng)時頻率偏差增大，甚至超出系統(tǒng)的允許范圍，對微電網(wǎng)中的負(fù)荷產(chǎn)生不利影響。

為了解決上述矛盾本文提出了一種功率協(xié)調(diào)控制策略，可以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行時饋線潮流值最小且可控，脫網(wǎng)時系統(tǒng)頻率跌落最低，孤島時系統(tǒng)頻率保持不變，最終實(shí)現(xiàn)了微網(wǎng)中各DG之間的功率協(xié)調(diào)控制。

2 DG的兩種控制方式

本節(jié)主要介紹FFC和UPC兩種控制方式的特點(diǎn)和工作原理[12,13]，其工作原理如圖1所示，下垂特性曲線如圖2所示。

圖1 DG的功率控制模式Fig.1 Power control mode of DG

圖2 UPC和FFC下垂特性曲線Fig.2 Droop characteristic in UPC and FFC mode

UPC控制與傳統(tǒng)下垂控制相似，這種控制方式的目標(biāo)是使DG的輸出功率維持在一個恒定值。如圖1(a)所示，為了達(dá)到這種控制目的，需要測量公共連接點(diǎn)的電壓V和DG的輸出電流I，通過測量的電壓電流值計(jì)算出有功功率并反饋回控制器GC。這種控制方式中利用頻率f作為各DG之間的公共信號來實(shí)現(xiàn)有功功率均分。有功功率和頻率之間的關(guān)系為：

f=f0-KU(P-P0)

(1)

式中，KU為UPC控制模式的下垂系數(shù)；f0和P0分別為DG在給定工作點(diǎn)的頻率和輸出功率；f和P分別為DG在新的工作點(diǎn)的頻率和輸出功率。

根據(jù)UPC控制模式的特點(diǎn)，并網(wǎng)時無論負(fù)荷怎么變化，DG的輸出功率都保持恒定不變，不足的功率由大電網(wǎng)補(bǔ)償。孤島運(yùn)行時，失去了大電網(wǎng)的支撐，DG的輸出功率就會跟隨負(fù)載的變化而變化，如圖2(a)所示，當(dāng)負(fù)載增加時系統(tǒng)頻率減小，從而使DG輸出功率增加滿足負(fù)荷需求，反之亦然。

FFC模式雖然也采用下垂控制，但是與傳統(tǒng)下垂控制有很大不同。這種控制模式的特點(diǎn)是通過控制DG的輸出功率，維持DG所在饋線上的潮流不變，即維持FLline恒定，如圖1(b)所示，在這種控制模式中需要測量公共連接點(diǎn)處的電壓V和電流Iline，計(jì)算出饋線潮流FLline，并反饋回GC。在FFC控制模式下，F(xiàn)L-f下垂特性曲線代替了P-f下垂特性曲線，饋線潮流和頻率之間的關(guān)系為：

f=f0-KF(FL-FL0)

(2)

式中，KF為FFC模式下的下垂系數(shù)；f0和FL0為給定值；f和FL分別為新的工作點(diǎn)的頻率和饋線潮流值。因?yàn)轲伨€潮流與DG輸出功率之和等于負(fù)載功率，如式(3)所示，所以KF=-KU。

FLline+PDG=Pload

(3)

FFC控制模式的特點(diǎn)是，并網(wǎng)時如果負(fù)載增加，DG輸出功率也會增加從而維持饋線潮流恒定，即無論負(fù)荷怎么變化，大電網(wǎng)向微電網(wǎng)饋送的潮流始終不變，因此微電網(wǎng)可以看作大電網(wǎng)的可控負(fù)載。孤島時，大電網(wǎng)和微電網(wǎng)之間沒有潮流交換，即饋線潮流為零，如圖2(b)所示，系統(tǒng)工作點(diǎn)由A移動到B，只要DG輸出功率不達(dá)到最大值，系統(tǒng)的頻率都能維持恒定。

3 DG的連接方式與控制

在微電網(wǎng)中根據(jù)DG的連接方式不同可以分為串聯(lián)結(jié)構(gòu)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)，再與DG的控制方式結(jié)合可以形成4種基本的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖3所示[14,15]。圖3(a)和圖3(b)中，串聯(lián)級數(shù)越多時，對第n個DG來說，線路壓降就越大，從而造成嚴(yán)重的無功環(huán)流；圖3(d)的并聯(lián)UPC結(jié)構(gòu)中，與傳統(tǒng)下垂控制相同，缺少FFC控制模式的DG來維持并網(wǎng)時饋線潮流恒定和孤島運(yùn)行時維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定，圖3(c)中多個DG并聯(lián)，脫網(wǎng)時造成頻率偏差過大。因此本文采用了一種混合結(jié)構(gòu)，如圖4所示。這種結(jié)構(gòu)綜合了以上4種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，首先DG2和DG3并聯(lián)，再與DG1串聯(lián)，避免了多個DG同時串聯(lián)時，由于存在線路壓降，最后一個串聯(lián)的DG連接點(diǎn)處的電壓跌落大的問題，DG1采用FFC控制模式可以在并網(wǎng)時維持饋線潮流恒定，孤島時維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定，不受負(fù)荷影響。

圖3 微電網(wǎng)的不同結(jié)構(gòu)Fig.3 Different configurations of microgrid

圖4 帶有3個DG的微電網(wǎng)Fig.4 Microgrid consisting of three DG units

4 功率均分控制策略

4.1 功率均分控制策略

R. H. Lasseter提出的FFC和UPC的分布式電源控制策略既可以工作在微電網(wǎng)并網(wǎng)模式，也可以工作在孤島模式，并且在微電網(wǎng)工作模式切換時，無需改變分布式電源的控制策略。雖然FFC和UPC控制策略有其自身的優(yōu)點(diǎn)，但是也存在不足，根據(jù)文獻(xiàn)[8]，為了維持微電網(wǎng)并網(wǎng)時與大電網(wǎng)之間潮流的恒定，孤島時微電網(wǎng)的頻率不受負(fù)荷變化的影響，第一個與大電網(wǎng)連接的DG需采用FFC控制模式，當(dāng)DG1采用FFC控制策略時，微電網(wǎng)中所有負(fù)荷的功率需求都要直接或間接地由DG1提供，這對DG1的功率要求很高，在峰值負(fù)荷時，DG1可能不足以提供這么大的功率。如果并網(wǎng)時增加大電網(wǎng)向微電網(wǎng)饋送的潮流，那么大電網(wǎng)可以補(bǔ)償微電網(wǎng)中的一部分負(fù)荷，減輕對DG1的功率要求，但是饋線潮流又不能太大，這是因?yàn)槿鐖D2(b)所示，當(dāng)微電網(wǎng)由并網(wǎng)向孤島切換時，饋線潮流由給定值變?yōu)?，根據(jù)下垂關(guān)系可以得到：

Δf=f′-f0=KF1FLPCC

(4)

式中，Δf為微電網(wǎng)的頻率偏差；f′為脫網(wǎng)后系統(tǒng)頻率；f0為并網(wǎng)時系統(tǒng)頻率；KF1為DG1的下垂系數(shù)；FLPCC為大電網(wǎng)向微電網(wǎng)輸送的潮流。從式(4)可以看出，如果FLPCC過大，脫網(wǎng)后微電網(wǎng)的頻率偏差Δf會超出系統(tǒng)的允許值，同時饋線潮流越大線路壓降也越大。為了解決以上問題，提出了如下控制策略。

4.2 功率優(yōu)化控制策略

本文以圖4所示微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行分析，在圖4中DG1采用FFC控制模式，DG2和DG3采用UPC控制模式，該控制策略適用于DG1采用FFC控制模式的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時，從大電網(wǎng)的角度來看，希望無論負(fù)荷怎么變化微電網(wǎng)都可以視為大電網(wǎng)的可控負(fù)載，這就需要微電網(wǎng)和大電網(wǎng)之間的潮流交換恒定，對整個系統(tǒng)來說，大電網(wǎng)向微電網(wǎng)輸送的功率、DG的輸出功率和負(fù)荷之間滿足如下關(guān)系：

(5)

(6)

從式(6)可以看出，饋線潮流滿足式(6)時，負(fù)荷處于峰值仍然能維持饋線潮流恒定。為了減小脫網(wǎng)時的頻率偏差和并網(wǎng)時減小線路壓降，饋線潮流應(yīng)取式(6)的最小值，即

(7)

為了進(jìn)一步減小線路壓降、減小脫網(wǎng)時的頻率偏差和緩解峰值負(fù)荷時對FFC控制模式的DG的功率要求，饋線潮流可以通過式(8)進(jìn)一步減小，即當(dāng)負(fù)載功率較大時，可以將UPC控制模式下DG的輸出功率由額定值切換到最大值，這樣也可以進(jìn)一步減小FFC控制模式下DG的輸出功率。

(8)

式(8)即為并網(wǎng)時饋線潮流所取的最小值。滿足式(8)時，即使微電網(wǎng)中的負(fù)荷達(dá)到峰值，依然能夠維持饋線潮流恒定，即微電網(wǎng)可以視為大電網(wǎng)的可控負(fù)載。同時饋線潮流可以取到最小值，減小了微電網(wǎng)脫網(wǎng)時系統(tǒng)的頻率偏差和并網(wǎng)時的線路壓降。因此在設(shè)計(jì)微電網(wǎng)時，根據(jù)DG的輸出功率及其最大功率就可以得到饋線潮流的最小值。

當(dāng)微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時，微電網(wǎng)和大電網(wǎng)之間的潮流為零，則負(fù)載和DG的輸出功率之間滿足：

(9)

當(dāng)微電網(wǎng)中的負(fù)載達(dá)到峰值時有：

(10)

為了減小峰值負(fù)荷時對FFC控制模式下DG的輸出功率要求，即孤島時減小FFC控制模式下DG的最大輸出功率，那么只需要采取與上述并網(wǎng)時相同的控制策略，將UPC控制模式下DG的給定輸出功率由額定值切換到最大值，如式(11)所示：

(11)

當(dāng)Pj取最大值時，那么就可以進(jìn)一步減小Pi的最大值，緩解峰值負(fù)荷時對FFC控制模式下DG的輸出功率要求。以上是對本文所提出的控制策略的理論分析，下面介紹具體的控制過程。

以圖4所示微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為例。先討論并網(wǎng)時的控制過程，DG1采用FFC控制策略，DG1的輸出功率跟隨負(fù)載變化而變化，DG2和DG3采用UPC控制策略，因此輸出功率恒定，不隨負(fù)載改變。當(dāng)微電網(wǎng)中的負(fù)載增加時，DG2和DG3輸出功率恒定，所以負(fù)載變化都要由DG1補(bǔ)償，當(dāng)DG1輸出功率達(dá)到最大值時，為了使微電網(wǎng)和大電網(wǎng)之間的饋線潮流恒定，本文將采用式(8)和式(11)的控制策略，即改變DG2或DG3的功率給定值，將DG2或DG3的功率給定值由額定值切換到最大值。因?yàn)镈G2和DG3是并聯(lián)關(guān)系，所以可以根據(jù)兩個DG的優(yōu)先級切換工作模式，假設(shè)先切換DG2的輸出功率給定值，其輸出功率由額定值變?yōu)樽畲笾?，可以分?dān)一部分負(fù)載變化，則DG1的輸出功率就會減小。DG2輸出功率給定值的切換條件為：

(12)

這時DG1工作在FFC控制模式，DG2工作在UPC控制模式，其輸出功率給定值為最大值，DG3工作在UPC控制模式，其輸出功率給定值為額定值。如果之后負(fù)載繼續(xù)增加，DG2和DG3工作在恒功率狀態(tài)，仍然由DG1增加輸出功率補(bǔ)償負(fù)載變化，當(dāng)DG1再次達(dá)到最大輸出功率時，將DG3的輸出功率給定值由額定值切換到最大值，DG1的輸出功率再次減小，DG3工作狀態(tài)改變的條件為：

(13)

此時DG2和DG3都工作在最大輸出功率狀態(tài)，緩解了對DG1的功率要求。

當(dāng)負(fù)荷減小時，需要將DG2和DG3的工作狀態(tài)切換回額定值。當(dāng)負(fù)載減小到一定值時，先將DG3的工作狀態(tài)由最大輸出功率切換回額定輸出功率狀態(tài)，切換條件為：

(14)

當(dāng)負(fù)載繼續(xù)減小時，需要將DG2的工作狀態(tài)也由最大值切換回額定輸出功率狀態(tài)，切換條件為：

(15)

以上是并網(wǎng)時微電網(wǎng)的工作過程，當(dāng)負(fù)載增加時本文以先改變DG2的工作狀態(tài)為例進(jìn)行分析。實(shí)際微電網(wǎng)運(yùn)行過程中，應(yīng)根據(jù)DG的優(yōu)先級選擇切換UPC控制模式下DG的工作狀態(tài)，先切換優(yōu)先級最高的DG的工作狀態(tài)。而當(dāng)DG輸出功率由最大值切換回額定值時，應(yīng)該先切換優(yōu)先級最低的DG，這與負(fù)載增加時切換DG工作狀態(tài)的順序相反。

當(dāng)微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時，控制策略與并網(wǎng)運(yùn)行時相同，通過切換UPC控制模式下DG的工作狀態(tài)，可以使孤島運(yùn)行時微電網(wǎng)的頻率不受負(fù)荷變化影響，從而維持微電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

5 仿真驗(yàn)證

5.1 微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時的仿真結(jié)果

并網(wǎng)運(yùn)行時微電網(wǎng)和大電網(wǎng)之間饋線潮流的給定值為FLPCC=2kW。負(fù)載的變化如圖5所示，圖6 (a)和圖6(b)分別為與圖5中負(fù)載變化相對應(yīng)的傳統(tǒng)功率控制策略和采用改進(jìn)功率優(yōu)化控制策略后的DG輸出功率仿真結(jié)果。從圖6(a)可以看出，隨著圖5中負(fù)荷的變化，DG2和DG3的輸出功率維持恒定，在0.5s時，LD2達(dá)到峰值負(fù)荷，DG1輸出功率達(dá)到極限值仍然不能滿足負(fù)荷需求，因此大電網(wǎng)和微電網(wǎng)之間的饋線潮流變大不再維持恒定；0.5～2.0s時隨著負(fù)載的不斷增加，饋線潮流FLPCC隨著負(fù)載的增加而變大，直到2.0s時，LD3退出峰值負(fù)荷。

圖5 并網(wǎng)時的負(fù)荷需求Fig.5 Load demands in microgrid

圖6 并網(wǎng)時兩種控制策略下的有功功率Fig.6 Active power of two control strategy in grid-connected mode

圖6(b)中，0.5s時LD2增加使得DG1輸出功率達(dá)到極限值，根據(jù)本文的控制策略，DG2的功率給定值從額定值切換到了最大輸出功率，暫時緩解了對DG1的功率要求。1.0s時LD3又達(dá)到峰值負(fù)荷，DG1輸出功率達(dá)到極限值仍不能滿足負(fù)荷需求，將DG3的功率給定值也切換到最大值，以補(bǔ)償負(fù)荷需求。1.5s時，LD1也達(dá)到峰值負(fù)荷，DG1輸出功率增加，在這段時間內(nèi)所有負(fù)荷都達(dá)到峰值。2.0s時LD3退出峰值，DG1能夠滿足剩余的功率需求，因此DG3切換回額定輸出功率。圖6(a)中，當(dāng)DG1輸出功率達(dá)到極限值時，饋線潮流隨負(fù)載變化而變化，由大電網(wǎng)補(bǔ)償不足的功率。而圖6(b)中，在整個負(fù)載變化過程中，饋線潮流FLPCC始終維持恒定，只是在負(fù)載變化時出現(xiàn)短時擾動，因此可以將微電網(wǎng)視為大電網(wǎng)的可控負(fù)載，從而驗(yàn)證了本文提出的改進(jìn)控制策略在并網(wǎng)時的正確性和可行性。

5.2 微電網(wǎng)脫網(wǎng)時的仿真結(jié)果

圖7(a)和圖7(b)分別為微電網(wǎng)脫網(wǎng)時傳統(tǒng)控制策略和改進(jìn)控制策略的仿真結(jié)果。0.9s時微電網(wǎng)脫離大電網(wǎng)，孤島運(yùn)行。根據(jù)式(4)可知，Δf與饋線潮流成正比，在一般控制策略下當(dāng)DG1達(dá)到最大輸出功率時，饋線潮流隨著負(fù)載的增加而變大，那么脫網(wǎng)時Δf隨饋線潮流變大而變大，脫網(wǎng)時頻率偏差會隨之變大。如圖7(a)所示，Δf=1.4Hz，超出了系統(tǒng)允許的頻率偏差值。

圖7 微電網(wǎng)脫網(wǎng)時的系統(tǒng)頻率Fig.7 Frequency of microgrid during transition mode

圖7(b)為采用改進(jìn)控制策略之后的系統(tǒng)頻率。因?yàn)椴捎酶倪M(jìn)控制策略，所以負(fù)載變化不會影響?zhàn)伨€潮流，即饋線潮流在整個過程中都維持恒定，微電網(wǎng)可以視為大電網(wǎng)的可控負(fù)載。如圖7(b)所示，雖然0.4s時負(fù)載增加，但是不影響FLPCC，脫網(wǎng)時系統(tǒng)頻率偏差只有0.4Hz，滿足系統(tǒng)的要求。

5.3 微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時的仿真結(jié)果

微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時，微電網(wǎng)和大電網(wǎng)間沒有潮流交換，即FLPCC=0。孤島運(yùn)行時希望系統(tǒng)頻率不受負(fù)荷變化影響，下面仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提方案的有效性。圖8為微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時負(fù)載變化情況。

圖8 孤島時的負(fù)載需求Fig.8 Load demands in islanded mode

圖9 (a)和圖9(b)分別為微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時，采用傳統(tǒng)控制策略和改進(jìn)控制策略的DG的輸出功率仿真結(jié)果。圖9(a)中，0.5s時LD2達(dá)到峰值負(fù)荷，DG1輸出功率達(dá)到極限值，仍不能滿足負(fù)荷需求，所以在傳統(tǒng)控制策略下微電網(wǎng)應(yīng)該按照P-f下垂特性使系統(tǒng)頻率減小，從而增加DG2和DG3的輸出功率。圖10為孤島時微電網(wǎng)頻率的仿真結(jié)果。如圖10(a)所示，在0.5s時系統(tǒng)頻率降低，此時DG2和DG3的輸出功率都增加，以補(bǔ)償剩余的負(fù)荷，如圖9(a)所示。在1.0s和1.5s時LD3和LD1分別達(dá)到峰值負(fù)荷，所以系統(tǒng)頻率繼續(xù)減小，使DG2和DG3的輸出功率增加以滿足所需的負(fù)荷。2.0s時負(fù)載減小，DG1的輸出功率能夠滿足負(fù)載需求，因此系統(tǒng)頻率恢復(fù)到50Hz，DG2和DG3的輸出功率也恢復(fù)到額定值。

圖9 孤島時逆變器輸出有功功率Fig.9 DG output active power in islanded mode

圖10 孤島時微電網(wǎng)頻率Fig.10 Microgrid frequency in islanded mode

從圖9(a)和圖10(a)可以看出，孤島運(yùn)行時在傳統(tǒng)控制策略下，當(dāng)DG1輸出功率達(dá)到最大值后，隨著負(fù)載不斷增加，系統(tǒng)頻率隨之減小，這不利于負(fù)載和微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

從圖9(b)和圖10(b)可以看出，0.5s時負(fù)荷增加后，DG1輸出功率達(dá)到最大值，因此DG2的輸出功率由額定值切換到最大值，暫時緩解了對DG1的功率要求，1.0s時LD3達(dá)到峰值負(fù)荷，DG3的輸出功率由額定值切換到最大值，以補(bǔ)償負(fù)荷變化。整個過程中DG1的輸出功率都沒有達(dá)到極限值，因此系統(tǒng)頻率始終維持恒定。

通過孤島模式的仿真結(jié)果可以看出，在傳統(tǒng)控制策略下，當(dāng)DG1輸出功率達(dá)到極限值后，系統(tǒng)頻率隨負(fù)載不斷變化，不利于微電網(wǎng)和負(fù)載的穩(wěn)定運(yùn)行；而采用改進(jìn)控制策略之后，當(dāng)DG1輸出功率達(dá)到極限值時，改變DG2和DG3的輸出功率可以減小DG1的輸出功率，從而使系統(tǒng)頻率維持恒定，不隨負(fù)載變化，微電網(wǎng)和負(fù)載能夠穩(wěn)定工作。

6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本文以兩臺逆變器串聯(lián)為例驗(yàn)證孤島時有功功率協(xié)調(diào)控制策略的有效性，實(shí)驗(yàn)中第一臺逆變器采用FFC控制模式，第二臺逆變器采用UPC控制模式，分別驗(yàn)證未采用有功功率協(xié)調(diào)控制的實(shí)驗(yàn)波形和采用有功功率協(xié)調(diào)的實(shí)驗(yàn)波形。實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下：直流側(cè)輸入電壓200V，DG1本地負(fù)載34Ω，DG2本地負(fù)載65Ω，因?yàn)槟M微電網(wǎng)孤島運(yùn)行所以DG1饋線潮流給定值為零，DG2有功功率給定值為110W，DG1輸出功率最大值設(shè)為300W，DG2有功功率最大值為310W，實(shí)驗(yàn)中突加負(fù)載的有功功率為ΔP=220W。

圖11為傳統(tǒng)控制策略下的實(shí)驗(yàn)波形?？梢钥闯觯患迂?fù)載之前DG2跟隨參考功率輸出，不足的負(fù)載功率由DG1補(bǔ)償，突加負(fù)載時DG1輸出達(dá)到最大值時其輸出功率維持不變，不足的功率由DG2補(bǔ)償，如圖11 (a)所示。這種控制策略的缺點(diǎn)是DG2輸出功率的變化會引起系統(tǒng)頻率的改變，如圖11 (b)所示，系統(tǒng)頻率下降了0.3Hz。當(dāng)系統(tǒng)所缺功率值較大時會造成頻率下降過大，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定運(yùn)行。

圖11 傳統(tǒng)控制策略下的實(shí)驗(yàn)波形Fig.11 Experimental waveforms under traditional control strategy

圖12為功率優(yōu)化控制策略下的實(shí)驗(yàn)波形?？梢钥闯?，突加負(fù)載之前各DG輸出功率和傳統(tǒng)控制策略相同，當(dāng)突加負(fù)載時，因?yàn)镈G1采用FFC控制，所以負(fù)載增加值由DG1補(bǔ)償，當(dāng)DG1輸出功率達(dá)到最大值時，加入有功功率協(xié)調(diào)控制將DG2的輸出功率由額定值切換到最大值，從而緩解DG1的功率壓力，計(jì)算可得到DG1輸出功率為240W，低于其最大輸出功率，從而可以保證系統(tǒng)頻率不變。對比圖11和圖12可以看出，采用本文所提出的控制策略可以實(shí)現(xiàn)孤島時系統(tǒng)頻率始終保持50Hz不變。

圖12 功率優(yōu)化控制策略下的實(shí)驗(yàn)波形Fig.12 Experimental waveforms of power optimization control strategy

7 結(jié)論

采用改進(jìn)的控制策略，并網(wǎng)運(yùn)行時可以使微電網(wǎng)和大電網(wǎng)之間的饋線潮流維持恒定，微電網(wǎng)可以視為大電網(wǎng)的可控負(fù)載；采用改進(jìn)控制策略后饋線潮流不隨負(fù)載變化，微電網(wǎng)脫網(wǎng)時系統(tǒng)頻率跌落小，頻率敏感負(fù)載能夠穩(wěn)定工作；孤島運(yùn)行時，采用改進(jìn)控制策略DG1輸出功率不會達(dá)到最大值，系統(tǒng)頻率能夠維持恒定，不受負(fù)載影響，微電網(wǎng)能夠更穩(wěn)定地運(yùn)行。

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