孤島交直流混合微電網(wǎng)功率互助策略

王植，馬振，胡鵬濤，朱永強(qiáng)

(新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué))，北京市102206)

0 引 言

隨著直流型分布式電源和負(fù)荷日益增多，能夠同時(shí)向交直流負(fù)荷供電，從而減少電力電子變換環(huán)節(jié)，降低能量損耗的交直流混合微電網(wǎng)引起了人們的注意[1-4]。

相比于單純的交流微電網(wǎng)或直流微電網(wǎng)而言，交直流混合微電網(wǎng)可以通過(guò)子微網(wǎng)之間的互助互濟(jì)來(lái)抑制系統(tǒng)功率波動(dòng)，這也是交直流混合微電網(wǎng)所特有的調(diào)節(jié)手段[5-6]。在孤島交直流混合微電網(wǎng)中，母線電壓由于沒有大電網(wǎng)的支撐而易受到微源出力波動(dòng)性和間歇性的影響，而交、直流微電網(wǎng)間合理的互助能夠充分利用交直流混合微網(wǎng)中的可控微源，平抑功率波動(dòng)，提高間歇式能源的消納能力。然而不合理的互助不僅無(wú)法平抑功率波動(dòng)，甚至?xí)绊懡恢绷骰旌衔㈦娋W(wǎng)的穩(wěn)定性。因此如何實(shí)現(xiàn)交、直流微電網(wǎng)間合理的功率互助成為了交直流混合微電網(wǎng)能量管理的研究重點(diǎn)。

交、直流微電網(wǎng)間合理的功率互助依靠對(duì)雙向DC/AC互聯(lián)變流器(inter-linking converter, ILC)的合理控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。針對(duì)孤島狀態(tài)下的混合微電網(wǎng)：文獻(xiàn)[7]分析了當(dāng)交直流混合微電網(wǎng)中只有直流微網(wǎng)裝設(shè)可控分布式電源時(shí)的功率協(xié)調(diào)控制策略，在孤島時(shí)互聯(lián)變流器工作于v/f模式以穩(wěn)定交流側(cè)母線電壓；文獻(xiàn)[8]將整個(gè)交直流混合微電網(wǎng)看成一個(gè)整體，互聯(lián)變流器根據(jù)瞬時(shí)功率平衡方程來(lái)傳輸互助功率，但未設(shè)置互聯(lián)變流器的動(dòng)作閾值，導(dǎo)致互聯(lián)變流器頻繁動(dòng)作，造成不必要的功率損耗；文獻(xiàn)[9]提出了避免互聯(lián)變流器運(yùn)行模式頻繁切換的分段控制策略，但未考慮頻率與電壓的暫態(tài)波動(dòng)過(guò)程；文獻(xiàn)[10]基于正則化的交流頻率和直流電壓，研究了交直流混合微電網(wǎng)中互聯(lián)變流器的控制策略以實(shí)現(xiàn)混合微電網(wǎng)的互助互濟(jì)，但強(qiáng)制性地讓2個(gè)子微網(wǎng)的交流頻率與直流電壓相對(duì)變化量相同，交、直流微電網(wǎng)未能根據(jù)自身的條件來(lái)承擔(dān)功率波動(dòng)；文獻(xiàn)[11]提出了考慮子微網(wǎng)自身?xiàng)l件的多時(shí)間尺度功率協(xié)同控制策略，但直流微網(wǎng)母線電壓由互聯(lián)變流器支撐，對(duì)互聯(lián)變流器可靠性要求較高；文獻(xiàn)[12]提出了基于全網(wǎng)功率成比例分配原則的雙向AC/DC 換流器外環(huán)功率控制策略，但未考慮蓄電池荷電狀態(tài)(state of charge, SOC)的影響。

針對(duì)上述問題，本文提出一種考慮交、直流子微網(wǎng)自身?xiàng)l件以及蓄電池荷電狀態(tài)的孤島交直流混合微電網(wǎng)互助策略，實(shí)現(xiàn)交、直流子微網(wǎng)間合理的功率互助。首先，為了避免互聯(lián)變流器頻繁動(dòng)作帶來(lái)功率損耗，提出分層控制策略，該策略包括功率自治層與互助層，并對(duì)互助層的啟停策略進(jìn)行合理設(shè)計(jì)；其次，提出基于子微網(wǎng)自身?xiàng)l件以及蓄電池荷電狀態(tài)的功率互助目標(biāo)，并設(shè)計(jì)基于交流頻率和直流電壓反饋的功率協(xié)同控制算法以實(shí)現(xiàn)功率互助目標(biāo)。最后，通過(guò)仿真驗(yàn)證所提互助策略的有效性。

1 孤島混合微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

本文所研究的交直流混合微電網(wǎng)典型拓?fù)淙鐖D1所示，由交流微網(wǎng)、直流微網(wǎng)和互聯(lián)變流器構(gòu)成。交流微網(wǎng)中包含風(fēng)電機(jī)組、微型燃?xì)廨啓C(jī)以及交流負(fù)荷，直流微網(wǎng)中包含光伏、蓄電池以及直流負(fù)荷。交流微網(wǎng)與直流微網(wǎng)通過(guò)ILC與固態(tài)切換開關(guān)(solid-state transfer switch,SSTS)連接，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)功率互助。

風(fēng)機(jī)與光伏屬于間歇型分布式微源(intermittent distribution generation, IMDG)，通常采用最大功率點(diǎn)跟蹤(maximum power point tracking, MPPT)控制[13-14]，以充分利用間歇式電源發(fā)出的電能。微型燃?xì)廨啓C(jī)(microturbine, MT)與蓄電池屬于可控型分布式微源(dispatchable distribution generation, DPDG)，具備一定可調(diào)容量，采用下垂控制[15-16]作為平衡節(jié)點(diǎn)來(lái)穩(wěn)定微電網(wǎng)頻率和電壓，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 孤島交直流混合微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of a hybrid microgrid in island operation mode

2 混合微電網(wǎng)分層控制

由于ILC在傳輸功率的過(guò)程中存在一定的損耗，為了避免微弱的功率波動(dòng)導(dǎo)致ILC頻繁動(dòng)作而引起不必要的功率損耗，本文根據(jù)ILC是否傳輸功率，將混合微電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)分為功率自治模式和功率互助模式，如表1所示。并在2.2節(jié)詳細(xì)說(shuō)明系統(tǒng)運(yùn)行模式如何切換。

表1 系統(tǒng)工作模式Table 1 System operation modes

2.1 功率自治模式

在功率自治模式中互聯(lián)變流器不傳輸功率，交、直流微網(wǎng)間無(wú)功率交換。本節(jié)主要說(shuō)明交、直流微網(wǎng)如何通過(guò)對(duì)DPDG的控制實(shí)現(xiàn)功率自治。在直流微網(wǎng)中蓄電池側(cè)換流器B-DC作為直流微網(wǎng)的有功功率平衡節(jié)點(diǎn)，控制直流電壓的穩(wěn)定。B-DC采用雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，電壓外環(huán)采用下垂控制，其下垂特性為：

(1)

交流微網(wǎng)中微型燃?xì)廨啓C(jī)側(cè)換流器M-AC作為交流微網(wǎng)的功率平衡節(jié)點(diǎn)，同樣采用下垂控制，其下垂特性為：

(2)

2.2 系統(tǒng)運(yùn)行模式切換

ILC通過(guò)檢測(cè)本地信號(hào)交流頻率f與直流母線電壓Udc，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)工作模式的判斷。

當(dāng)UL≤Udc≤UH，fL≤f≤fH時(shí)，交流微網(wǎng)的頻率與直流微網(wǎng)的電壓均在額定值附近，即可認(rèn)為子微網(wǎng)能夠通過(guò)自身可控微源的動(dòng)作保證功率平衡。此時(shí)系統(tǒng)應(yīng)工作于功率自治模式，不需要功率互助。其中UH、UL、fH和fL均為ILC動(dòng)作閾值。當(dāng)事件A:UH

綜上可知，系統(tǒng)運(yùn)行模式切換策略為：系統(tǒng)首先運(yùn)行于功率自治模式，只有當(dāng)事件A或事件B成立，即A∪B=1時(shí)，系統(tǒng)才切換到功率互助模式；當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在功率互助模式后，只有當(dāng)A∪B=0時(shí)，系統(tǒng)切換至功率自治模式。但需要注意以下2種情況：

1)當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入功率互助模式時(shí)，交、直流微網(wǎng)間發(fā)生功率交換。經(jīng)功率交換后，事件A和B可能均不成立，但并不代表交、直流微網(wǎng)間不需要互助互濟(jì)。據(jù)此設(shè)計(jì)事件A*和B*，以判斷系統(tǒng)何時(shí)退出功率互助模式。

A*:UH<(Udc-k1PILC)∪(Udc-k1PILC)

(3)

B*:fH<(f+k2PILC)∪(f+k2PILC)

(4)

式中：PILC為ILC的輸出功率，規(guī)定以直流微網(wǎng)傳輸?shù)浇涣魑⒕W(wǎng)為正方向(PILC>0)；Udc-k1PILC表示若ILC停止傳輸功率，直流微網(wǎng)的預(yù)期電壓；f+k2PILC表示若ILC停止傳輸功率，交流微網(wǎng)的預(yù)期頻率。

由式(3)與式(4)可知，A*∪B*=1表示若ILC停止傳輸功率，系統(tǒng)會(huì)重新進(jìn)入功率互助模式。所以為避免系統(tǒng)運(yùn)行模式的頻繁切換，當(dāng)A*∪B*=1時(shí)，ILC應(yīng)保持動(dòng)作，即系統(tǒng)應(yīng)保持運(yùn)行于功率互助模式。只有當(dāng)A*∪B*=0時(shí)，系統(tǒng)切換至功率自治模式。

當(dāng)交、直流微網(wǎng)間無(wú)功率交換時(shí)，PILC=0，這時(shí)A*=A，B*=B，所以系統(tǒng)運(yùn)行模式切換策略改進(jìn)為：系統(tǒng)首先運(yùn)行于功率自治模式，只有當(dāng)事件A*或事件B*成立，即A*∪B*=1時(shí)，系統(tǒng)才切換到功率互助模式；當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在功率互助模式后，只有當(dāng)A*∪B*=0時(shí)，系統(tǒng)切換至功率自治模式。

2)考慮頻率與電壓的暫態(tài)波動(dòng)過(guò)程。當(dāng)混合微電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生短期功率波動(dòng)時(shí)，交流頻率或直流母線電壓會(huì)出現(xiàn)暫態(tài)波動(dòng)，造成事件A*或B*在成立與不成立間快速切換，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行模式切換頻繁。為避免上述情況，將系統(tǒng)運(yùn)行模式切換策略改進(jìn)為：系統(tǒng)首先運(yùn)行于功率自治模式，只有當(dāng)事件A*或事件B*成立，且持續(xù)時(shí)間大于T時(shí)，系統(tǒng)才切換到功率互助模式；當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在功率互助模式后，只有當(dāng)A*∪B*=0，且持續(xù)時(shí)間大于T時(shí)，系統(tǒng)切換至功率自治模式。

綜上，本文采取如圖2所示的運(yùn)行模式切換示意圖。

圖2 系統(tǒng)運(yùn)行模式切換示意圖Fig.2 Changing between system operating models

圖2中：T0表示采樣時(shí)間步長(zhǎng)；t表示累計(jì)時(shí)間；T表示判斷持續(xù)時(shí)間。本文中T0=50s，T=0.05 s。

2.3 功率互助模式

在功率互助模式中，通過(guò)對(duì)ILC的控制實(shí)現(xiàn)交、直流微網(wǎng)間功率互助互濟(jì)，互助策略是本文的研究重點(diǎn)。由于直流微網(wǎng)中不存在無(wú)功功率的平衡問題，并且為了降低ILC承擔(dān)的功率負(fù)擔(dān)，本文所提的功率互助策略僅針對(duì)有功功率的互助，ILC以單位功率因數(shù)運(yùn)行，無(wú)功功率參考值設(shè)置為0。

2.3.1功率互助目標(biāo)

考慮到混合微電網(wǎng)中，交、直流子微網(wǎng)承擔(dān)功率波動(dòng)的能力存在一定差別以及蓄電池充放電深度的限制，本文提出交、直流微電網(wǎng)間功率互助的目標(biāo)為：無(wú)論功率波動(dòng)出現(xiàn)在交流微網(wǎng)還是直流微網(wǎng)，2個(gè)子微網(wǎng)都能夠根據(jù)自身?xiàng)l件(包括可控微源功率調(diào)節(jié)范圍的大小以及對(duì)電能質(zhì)量要求)共同承擔(dān)系統(tǒng)功率波動(dòng)，并維持蓄電池荷電狀態(tài)在合理范圍內(nèi)。詳細(xì)說(shuō)明如下：

2)當(dāng)交、直流微電網(wǎng)中對(duì)交流頻率或者直流電壓等電氣參數(shù)比較敏感的關(guān)鍵負(fù)荷占比不同時(shí)，應(yīng)優(yōu)先保證關(guān)鍵負(fù)荷占比較大的一方的電能質(zhì)量，即關(guān)鍵負(fù)荷占比較大的微網(wǎng)應(yīng)以較小幅度改變其頻率或電壓。

3)蓄電池深度充放電會(huì)對(duì)其使用壽命造成損害[17-19]，再者，蓄電池會(huì)因過(guò)度充放電停止工作而失去控制直流母線電壓的能力，導(dǎo)致電壓崩潰，因此在設(shè)計(jì)互助策略時(shí)應(yīng)充分考慮蓄電池的荷電狀態(tài)。如圖3所示，本文將蓄電池的SOC分為4種狀態(tài)，當(dāng)S1

圖3 蓄電池SOC狀態(tài)劃分示意圖Fig.3 State division of battery’s SOC

為了實(shí)現(xiàn)上述互助目標(biāo)，則互助功率的大小需要同時(shí)兼顧交、直流微網(wǎng)的功率平衡狀況。根據(jù)2.1節(jié)中的下垂控制可知，在直流微網(wǎng)中，直流母線電壓是有功功率平衡的唯一指標(biāo)。而在交流微網(wǎng)中，交流頻率的高低可以表征交流微網(wǎng)有功功率的盈虧。因此可以通過(guò)控制交流頻率和直流電壓的相對(duì)變化，控制ILC傳輸適當(dāng)?shù)墓β?，?shí)現(xiàn)交、直流子微網(wǎng)之間合理的功率互助目標(biāo)。

令直流電壓偏差ΔU與交流頻率偏差Δf分別由式(5)—(6)表示：

ΔU=Udc-UN

(5)

Δf=f-fN

(6)

綜上，互聯(lián)變流器的控制目標(biāo)可通過(guò)式(7)來(lái)表示:

ΔU=mΔf，(m≥0)

(7)

式中：m為互助系數(shù)。

m決定了互助功率的多少，影響最終交、直流子微網(wǎng)的穩(wěn)定狀態(tài)。因此可以通過(guò)對(duì)m的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)以上功率互助目標(biāo)，值得注意的一點(diǎn)是由于直流電壓與交流頻率2個(gè)量相異，量綱不同，不利于控制，故需進(jìn)行標(biāo)幺化處理。

當(dāng)蓄電池的SOC處于正常狀態(tài)時(shí)，為實(shí)現(xiàn)互助目標(biāo)有：

(8)

把式(7)代入式(8)，可得此時(shí)互助系數(shù)為m0：

(9)

當(dāng)蓄電池的SOC進(jìn)入異常狀態(tài)時(shí)，為了避免蓄電池的SOC進(jìn)入極限狀態(tài)，可分2種工況進(jìn)行討論。

1)工況1。當(dāng)SOC≤S1且系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額時(shí)，蓄電池應(yīng)減小放電功率，直流微網(wǎng)應(yīng)減小承擔(dān)系統(tǒng)功率缺額，減小直流電壓相對(duì)下降幅度。此時(shí)通過(guò)式(10)將互助系數(shù)設(shè)置為m1：

(10)

由式(10)可見，m1與蓄電池的SOC成正比，當(dāng)蓄電池SOC=S1時(shí)，m1=m0；當(dāng)SOC

2)工況2。當(dāng)SOC≥S2且系統(tǒng)出現(xiàn)功率盈余時(shí)，蓄電池應(yīng)減小充電功率，直流微網(wǎng)應(yīng)減小承擔(dān)系統(tǒng)功率盈余，減小直流電壓相對(duì)上升幅度。此時(shí)通過(guò)式(11)將互助系數(shù)設(shè)置為m2：

(11)

由式(11)可見，m2與蓄電池的SOC成反比，當(dāng)蓄電池SOC=S2時(shí)，m2=m0；當(dāng)SOC≥Smax時(shí)，m2=0，直流電壓偏差ΔU=0，蓄電池停止工作，由交流微網(wǎng)獨(dú)自承擔(dān)系統(tǒng)功率盈余。

根據(jù)所提互助策略，交、直流子網(wǎng)將共同承擔(dān)功率波動(dòng)，所以當(dāng)蓄電池放電，即PB>0時(shí)，說(shuō)明交直流混合微網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額；當(dāng)蓄電池充電，即PB<0時(shí)，說(shuō)明系統(tǒng)出現(xiàn)功率盈余；當(dāng)PB=0時(shí)，說(shuō)明系統(tǒng)供需平衡。

綜上可得互助系數(shù)的計(jì)算公式為：

(12)

2.3.2ILC控制策略

為了實(shí)現(xiàn)ΔU=mΔf的控制目標(biāo)，ILC傳輸功率參考值通過(guò)“功率-電流”雙環(huán)控制作用于ILC，圖4給出了ILC的有功功率參考值的獲取原理。

圖4 ILC有功功率控制Fig.4 Active power control of ILC

(13)

式中：kp和ki為PI控制器的參數(shù)，本文采用文獻(xiàn)[20]中的方法對(duì)它們進(jìn)行設(shè)計(jì)。

基于式(7)的互助策略具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)由式(7)可以直觀地看出交流頻率和直流電壓的變化是同步的，即互聯(lián)變流器的動(dòng)作同時(shí)兼顧直流電壓與交流頻率；

2)可以通過(guò)對(duì)互助系數(shù)的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)交、直流微網(wǎng)根據(jù)自身?xiàng)l件分擔(dān)系統(tǒng)功率波動(dòng)，并維持蓄電池處于合理荷電狀態(tài)的互助目標(biāo)。

3 仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本文所提互助策略的有效性，在PSCAD/EMTDC中搭建如圖1所示的仿真模型。仿真中交流微網(wǎng)模擬可控微源功率調(diào)節(jié)范圍較大且關(guān)鍵負(fù)荷占比較小的微網(wǎng)，直流微網(wǎng)模擬可控微源功率調(diào)節(jié)范圍較小且關(guān)鍵負(fù)荷占比較大的微網(wǎng)。為了使蓄電池的SOC在較短時(shí)間內(nèi)有明顯變化，蓄電池的額定容量選為1 A·h，其他具體仿真參數(shù)如表2所示。

表2 系統(tǒng)仿真參數(shù)Table 2 Simulation parameters

3.1 系統(tǒng)運(yùn)行模式切換策略驗(yàn)證

工況1：仿真開始時(shí)，交流負(fù)荷30 kW，風(fēng)機(jī)出力20 kW，微型燃?xì)廨啓C(jī)輸出額定功率10 kW，直流負(fù)荷10 kW，光伏出力10 kW。0.5 s時(shí)直流子微網(wǎng)發(fā)生脈沖型波動(dòng)；1.0 s時(shí)，直流側(cè)負(fù)荷增加1.5 kW；2.0 s時(shí)，直流側(cè)負(fù)荷增加3.5 kW；3.0 s時(shí)光伏出力增加4 kW。蓄電池SOC的初始值為70%。仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 工況1仿真結(jié)果 Fig.5 Simulation results in case 1

由圖5可見，0.50 s時(shí)的脈沖型負(fù)荷波動(dòng)引起直流母線電壓低于780 V的持續(xù)時(shí)間小于T=0.05 s，所以系統(tǒng)保持運(yùn)行在功率自治模式，ILC不動(dòng)作。1.00 s時(shí)的負(fù)荷增加量較少，直流母線電壓降低，但未進(jìn)入ILC動(dòng)作區(qū)域，ILC不動(dòng)作。2.00 s時(shí)負(fù)荷再次增加，直流母線電壓進(jìn)入ILC動(dòng)作區(qū)域，經(jīng)過(guò)0.05 s的延時(shí)后，系統(tǒng)切換至功率互助模式，ILC將功率從交流側(cè)傳輸?shù)街绷鱾?cè)，直流母線電壓回升。大約在2.30 s后直流母線電壓大于780 V，但此時(shí)A*∪B*=1，所以系統(tǒng)保持運(yùn)行在功率互助模式。3.00 s時(shí)的光伏出力增加導(dǎo)致A*∪B*=0，系統(tǒng)切換至功率自治模式。綜上分析可知，本文所提的系統(tǒng)運(yùn)行模式切換策略能夠避免微弱的功率波動(dòng)以及脈沖型功率波動(dòng)導(dǎo)致的系統(tǒng)運(yùn)行模式頻繁切換。

3.2 蓄電池SOC正常時(shí)的互助策略驗(yàn)證

工況2：仿真開始時(shí)，系統(tǒng)供需情況與工況1初始情況一致。在1.00 s時(shí)，直流側(cè)負(fù)荷增加5 kW，蓄電池SOC的初始值為70%，仿真結(jié)果如圖6所示。

圖6 工況2仿真結(jié)果Fig.6 Simulation results in case 2

由圖6可以看出，在1.00 s時(shí)由于直流側(cè)負(fù)荷突增，直流母線電壓開始下降。當(dāng)電壓低于互助層啟動(dòng)閾值780 V，并經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)后，系統(tǒng)切換至功率互助模式。大約在1.05 s時(shí)，ILC開始動(dòng)作，將互助功率從交流微網(wǎng)傳輸?shù)街绷魑⒕W(wǎng)，直流母線電壓開始回升，而交流微網(wǎng)因承擔(dān)部分負(fù)荷缺額，頻率逐漸下降。大約在1.50 s后直流母線電壓與交流頻率趨于平穩(wěn)，兩子微網(wǎng)按照式(7)共同承擔(dān)功率波動(dòng)。由于交流微網(wǎng)承擔(dān)負(fù)荷波動(dòng)能力較強(qiáng)，互助層啟動(dòng)后，直流電壓回升效果明顯。

工況3：仿真開始時(shí)，系統(tǒng)供需情況與工況1初始情況一致。在1.00 s時(shí)，交流側(cè)負(fù)荷增加5 kW。蓄電池SOC的初始值為70%。仿真結(jié)果如圖7所示。

圖7 工況3仿真結(jié)果Fig.7 Simulation results in case 3

由圖7可以看出，在1.00 s時(shí)，由于交流側(cè)負(fù)荷突增，交流頻率開始下降。當(dāng)頻率低于互助層啟動(dòng)閾值49.8 Hz，并經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)后，系統(tǒng)進(jìn)入功率互助模式。大約在1.06 s時(shí)，ILC開始動(dòng)作，將互助功率從直流微網(wǎng)傳輸?shù)浇涣魑⒕W(wǎng)，交流頻率開始回升，而直流微網(wǎng)因承擔(dān)部分負(fù)荷缺額，直流母線電壓逐漸下降。大約在1.50 s后直流母線電壓與交流頻率趨于平穩(wěn)，兩子微網(wǎng)按照式(7)共同承擔(dān)功率波動(dòng)。與工況1仿真結(jié)果對(duì)比可知，由于直流微網(wǎng)承擔(dān)功率波動(dòng)能力較弱，ILC動(dòng)作后，交流頻率回升效果微弱。

由工況2、3的仿真結(jié)果可知，當(dāng)蓄電池的SOC正常時(shí)，無(wú)論負(fù)荷波動(dòng)出現(xiàn)在直流側(cè)還是交流側(cè)，兩子微網(wǎng)能夠根據(jù)自身?xiàng)l件共同承擔(dān)功率波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)功率互助目標(biāo)式(7)。由于工況2、3在互助過(guò)程中蓄電池SOC均處于正常狀態(tài)，所以互助系數(shù)m=m0=40 V/Hz。

3.3 蓄電池SOC異常時(shí)的互助策略驗(yàn)證

工況4：仿真開始時(shí)，系統(tǒng)供需情況與工況1初始情況一致。1.00 s時(shí)交流側(cè)、直流側(cè)負(fù)荷各增加5 kW，蓄電池SOC的初始值為20.3%，仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8 工況4仿真結(jié)果Fig.8 Simulation results in case 4

由圖8可見，在負(fù)荷突增后，交流頻率與直流母線電壓均下降并進(jìn)入ILC動(dòng)作區(qū)域，大約在1.05 s后系統(tǒng)進(jìn)入功率互助模式，兩子微網(wǎng)共同承擔(dān)功率波動(dòng)。大約在2.50 s后蓄電池的SOC開始低于S1，蓄電池SOC進(jìn)入異常偏低狀態(tài)。由圖8(e)可見，大約在2.50 s后，互助系數(shù)m開始按照式(10)的設(shè)計(jì)，隨著SOC的減小而減小，ILC從交流微網(wǎng)傳輸?shù)街绷魑⒕W(wǎng)的功率逐漸增加，交流微網(wǎng)逐漸承擔(dān)更多的負(fù)荷，以減小蓄電池的放電壓力，實(shí)現(xiàn)維持蓄電池處于合理荷電狀態(tài)的互助目標(biāo)。

4 結(jié) 論

本文針對(duì)孤島交直流混合微電網(wǎng)提出一種考慮交、直流子微網(wǎng)自身?xiàng)l件以及蓄電池SOC的功率互助策略，通過(guò)理論分析和仿真驗(yàn)證得出如下結(jié)論：

1)本文提出的分層控制策略，以及對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行模式切換策略的合理設(shè)計(jì)能夠避免互聯(lián)變流器的頻繁動(dòng)作，減少了功率損耗。

2)本文提出的混合微電網(wǎng)功率互助策略能夠兼顧交流頻率和直流電壓，無(wú)論功率波動(dòng)發(fā)生在混合微電網(wǎng)的直流側(cè)還是交流側(cè)，交、直流子微網(wǎng)都能夠互助互濟(jì)，根據(jù)自身?xiàng)l件承擔(dān)功率波動(dòng)。可控微源功率調(diào)節(jié)范圍較大與關(guān)鍵負(fù)荷占比較小的一側(cè)的子微網(wǎng)將以相對(duì)較大的幅度來(lái)改變其頻率或電壓，承擔(dān)更多的功率波動(dòng)。

3)本文提出的混合微電網(wǎng)功率互助策略能夠維持蓄電池處于合理的SOC。當(dāng)蓄電池SOC異常時(shí)，互助系數(shù)能夠隨著蓄電池SOC的變化而變化，從而改變蓄電池充放電功率的大小，以維持蓄電池處于合理的SOC。