采用狀態(tài)跟隨和預(yù)同步的方法實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)并網(wǎng)向孤島運(yùn)行平滑切換研究

田素娟，王藝龍，田艷科

(1.包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系，內(nèi)蒙古 包頭 014030；2.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京 211102；3.國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司檢修公司，新疆 烏魯木齊 830002)

目前，國(guó)內(nèi)的微網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是對(duì)于微網(wǎng)平滑切換的研究還不夠深入。目前單一儲(chǔ)能設(shè)備很難同時(shí)滿足功率和能量的要求，加之微網(wǎng)平滑切換技術(shù)的不成熟，從而造成微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性和可靠性的下降，進(jìn)一步阻礙國(guó)內(nèi)微網(wǎng)的大規(guī)模普及應(yīng)用。而國(guó)外在微網(wǎng)平滑切換方面的研究起步較早，加之其儲(chǔ)能管理系統(tǒng)相對(duì)成熟，從而其微網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性較高，微網(wǎng)的普及度較廣。

在大型電磁暫態(tài)軟件PSCAD/EMTDC中搭建的微電網(wǎng)系統(tǒng)如圖1所示，DG1、DG2、DG3 3個(gè)微電源和敏感負(fù)荷L2、L3以及非敏感負(fù)荷L1共同組成低壓交流微網(wǎng)系統(tǒng)，通過(guò)并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)(PCC)接入到0.4kV的低壓配電網(wǎng)中，通過(guò)控制并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)(PCC)的開通與關(guān)斷來(lái)改變微網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，其中，大電網(wǎng)采用三相交流電經(jīng)10.5kV/0.4kV模擬低壓配電網(wǎng)；DG1、DG2作為從控微源始終采用PQ控制策略，來(lái)保證微源功率的最大輸出；DG3作為主控微源并網(wǎng)運(yùn)行采用PQ控制，孤島運(yùn)行時(shí)需切換到V/f控制來(lái)給微網(wǎng)提供電壓和頻率的支撐。

圖1 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

1 并網(wǎng)向孤島模式切換試驗(yàn)研究

其仿真系統(tǒng)主要的參數(shù)設(shè)置如下微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)總負(fù)荷為0.69MW、0.222MVar；DG1輸出100kW、25kVar；DG2輸出80kW、20kVar；DG3在PQ控制下輸出390kW、141kVar，使微源能夠保證敏感負(fù)荷供電，V/f控制器給定參考電壓為額定電壓為0.38；額定頻率為50Hz，當(dāng)微網(wǎng)系統(tǒng)采用并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，主控微電源DG3并網(wǎng)采用PQ控制，DG1、DG2作為從控微源，始終采用PQ控制，大電網(wǎng)還是采取理想三相交流電經(jīng)變壓器逆變?yōu)?.4kV模擬低壓配電網(wǎng)。在1.5s時(shí)刻給并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)PCC靠近大電網(wǎng)側(cè)設(shè)置最嚴(yán)重的三相短路接地故障，此時(shí)PCC處的反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作，斷開PCC，微網(wǎng)轉(zhuǎn)入孤島運(yùn)行，并切除非敏感負(fù)荷load1。在V/f控制器的輸入端加入負(fù)反饋環(huán)節(jié)，將PQ控制器輸出的參數(shù)反送在V/f控制器的輸入端，使兩者參數(shù)保持一致，當(dāng)PCC處收到孤島指令，PCC動(dòng)作，由于反饋環(huán)節(jié)的PI控制的保持作用，從而減弱在切換瞬間PQ控制器和V/f控制器之間的不匹配度，從而減弱了模式切換時(shí)的暫態(tài)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定過(guò)渡。

圖2 DG1輸出有功功率和無(wú)功功率波形

圖3 DG2輸出有功功率和無(wú)功功率波形

圖2、圖3分別為DG1、DG2輸出有功功率和無(wú)功功率波形圖，從波形中可以看出在1.5s時(shí)刻，外部電網(wǎng)故障，PCC動(dòng)作，斷開與大電網(wǎng)的連接，同時(shí)也對(duì)load1進(jìn)行了切負(fù)荷動(dòng)作，此時(shí)微網(wǎng)內(nèi)的功率平衡，主控DG3由PQ控制轉(zhuǎn)入V/f控制，由于2個(gè)控制器之間的參數(shù)保持匹配，DG1、DG2經(jīng)短暫沖擊迅速回升到額定功率輸出，從而減緩了暫態(tài)過(guò)程。

圖4 母線電壓波形

圖4為微網(wǎng)母線處的電壓波形圖，圖5為微網(wǎng)母線處頻率，從波形中可以看出在1.5s時(shí)刻，由于外部電網(wǎng)故障，PCC動(dòng)作斷開與大電網(wǎng)的連接，同時(shí)斷開load1，造成了系統(tǒng)內(nèi)的電壓和頻率下降，此時(shí)DG3動(dòng)作由PQ控制器切換到V/f控制器，由于兩個(gè)控制器切換瞬間，電能參數(shù)一致，從而使電壓和頻率在功率平衡的狀態(tài)下迅速地回升到設(shè)定值。

圖5 微網(wǎng)內(nèi)頻率波形

2 結(jié)論

從圖2-圖5的功率、電壓、頻率波形圖可以看出，采用所建立的狀態(tài)跟隨的主控制器能夠在保障敏感負(fù)荷供電的情況下，能夠減緩切換瞬間的暫態(tài)過(guò)程，有效地改善了模式切換時(shí)的沖擊過(guò)程。