直流互聯(lián)群微網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略

林艷艷，肖宏飛，劉光宇，葉林飛

（1.杭州電子科技大學(xué)信息工程學(xué)院，杭州 311305；2.杭州電子科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，杭州 310018）

隨著常規(guī)能源的急劇減少及環(huán)境問(wèn)題的加劇，各國(guó)不斷加強(qiáng)以可再生能源為主導(dǎo)的分布式發(fā)電技術(shù)研究。微網(wǎng)是分布式發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的重要途徑之一，但單微網(wǎng)存在容量有限、調(diào)節(jié)能力相對(duì)薄弱、冗余度較低等問(wèn)題[1-2]，而通過(guò)微網(wǎng)有機(jī)互連形成的群微網(wǎng)能夠克服單微網(wǎng)的缺點(diǎn)，可以提高微網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性[3-4]。

群微網(wǎng)系統(tǒng)與配電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，可同時(shí)進(jìn)行子網(wǎng)間的能量交換及其與配電網(wǎng)間的能量交換；離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，僅在子網(wǎng)間進(jìn)行能量交換，滿足子網(wǎng)內(nèi)部用戶的電能需求[5-6]。能量交互控制是群微網(wǎng)穩(wěn)定、高效運(yùn)行的關(guān)鍵所在，其復(fù)雜程度高，既涉及微網(wǎng)短期的優(yōu)化調(diào)度，也涉及實(shí)時(shí)運(yùn)行控制[7-8]；既與能量管理模式相關(guān)，也受子網(wǎng)的連接方式影響。

從目前的技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用情況來(lái)看，以交流微網(wǎng)構(gòu)成的群微網(wǎng)系統(tǒng)較為普遍，交流群微網(wǎng)系統(tǒng)包括交流互聯(lián)與直流互聯(lián)兩類。相同電壓等級(jí)、頻率的微網(wǎng)直接連到公共母線形成直接交流互聯(lián)[9-10]，或通過(guò)電力電子變流器連接到公共母線形成可控交流互聯(lián)[11-12]。交流互聯(lián)微網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行控制相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)[13]，不涉及或較少涉及互聯(lián)換流器IC（interconnected converter），但其故障隔離效果略差，適宜互聯(lián)微網(wǎng)初期發(fā)展模式或?qū)﹄娔芙粨Q控制要求不高的場(chǎng)合。

直流互聯(lián)群微網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)互聯(lián)換流器連接并進(jìn)行能量交換[14-15]。子網(wǎng)與互聯(lián)換流器的功率控制是能量管理的關(guān)鍵問(wèn)題，目前子網(wǎng)內(nèi)部的功率控制研究相對(duì)充分，IC控制則有待深入研究。在IC的實(shí)時(shí)功率控制方面，多數(shù)文獻(xiàn)采用模擬虛擬發(fā)電機(jī)的下垂控制策略，利用P-f及Q-V下垂特性實(shí)時(shí)調(diào)整功率。文獻(xiàn)[16]采用動(dòng)態(tài)下垂控制實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)間功率的有效分配，但并未考慮無(wú)功功率的控制，同時(shí)子網(wǎng)間無(wú)需交換功率時(shí)聯(lián)絡(luò)線功率出現(xiàn)波動(dòng)；文獻(xiàn)[17]提出基于直流下垂控制環(huán)節(jié)的虛擬同步電機(jī)控制策略，使交直流端口具備慣性和阻尼，提升系統(tǒng)接入不同類型分布式電源的穩(wěn)定性，但并未考慮子網(wǎng)間的功率互濟(jì)問(wèn)題。采用下垂控制策略，聯(lián)絡(luò)線功率會(huì)發(fā)生頻繁波動(dòng)，為抑制功率的波動(dòng)，部分文獻(xiàn)采用定功率控制策略。文獻(xiàn)[18]采用互聯(lián)換流器兩側(cè)的頻率生成定有功功率參考值，對(duì)無(wú)功功率并未進(jìn)行有效控制，且在無(wú)需功率互濟(jì)時(shí)聯(lián)絡(luò)線功率無(wú)法穩(wěn)定在指定值；文獻(xiàn)[19]通過(guò)導(dǎo)納矩陣對(duì)稱性的功率交換計(jì)算方法計(jì)算互聯(lián)換流器的交換功率值，有效提高了互聯(lián)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性，但無(wú)功控制效果較差，暫態(tài)響應(yīng)慢；文獻(xiàn)[20]提出在緊急情況下采用廣義下垂控制策略，利用互聯(lián)換流器兩側(cè)的頻率與電壓的偏差值生成互聯(lián)換流器的功率參考值，實(shí)現(xiàn)功率共享恢復(fù)系統(tǒng)的穩(wěn)定，但在非緊急情況下，聯(lián)絡(luò)線功率會(huì)發(fā)生不必要的波動(dòng)。

綜上，群微網(wǎng)的換流器功率控制方面，存在一定不足。其一，在微網(wǎng)運(yùn)行的調(diào)度周期內(nèi)，聯(lián)絡(luò)線功率頻繁發(fā)生波動(dòng)，不能按指定值進(jìn)行功率輸送，降低了微網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；其二，IC參與子網(wǎng)無(wú)功調(diào)節(jié)的功能未充分調(diào)用，降低了子網(wǎng)的無(wú)功備用容量。

本文提出一種直流互聯(lián)群微網(wǎng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略，旨在實(shí)時(shí)運(yùn)行中通過(guò)對(duì)子網(wǎng)電源及IC的聯(lián)合控制維持聯(lián)絡(luò)線有功功率為指定值，并利用IC的無(wú)功儲(chǔ)備作用，維持交流母線電壓穩(wěn)定。

1 子網(wǎng)與IC的協(xié)調(diào)控制策略

1.1 子網(wǎng)與IC的功率平衡分析

群微網(wǎng)系統(tǒng)的能量管理包括子網(wǎng)間與子網(wǎng)內(nèi)的能量協(xié)調(diào)控制。各子網(wǎng)運(yùn)行于本網(wǎng)的頻率電壓控制策略下，微網(wǎng)間進(jìn)行直流形式的能量交互。網(wǎng)間輸送的有功功率計(jì)劃值在經(jīng)濟(jì)調(diào)度中確定，該值為綜合考慮負(fù)荷預(yù)測(cè)、電源出力預(yù)測(cè)、系統(tǒng)安全約束以及電力交易等因素的最優(yōu)值，系統(tǒng)在該狀態(tài)下具有最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)性及可靠性。因此，聯(lián)絡(luò)線功率計(jì)劃值在運(yùn)行中不宜頻繁變化。若交換功率發(fā)生變化，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性偏離最佳值。從系統(tǒng)無(wú)功功率控制來(lái)看，子網(wǎng)內(nèi)部發(fā)生無(wú)功功率不平衡時(shí)，互聯(lián)換流器可通過(guò)調(diào)節(jié)無(wú)功功率輸出，參與其所在子網(wǎng)的無(wú)功功率調(diào)節(jié)，協(xié)助子網(wǎng)完成電壓控制。群微網(wǎng)系統(tǒng)功率協(xié)調(diào)控制的總體框架如圖1所示。

圖1 群微網(wǎng)的功率協(xié)調(diào)控制框架Fig.1 Coordinated control framework for groupmicrogrid

微網(wǎng)主控制器MMC（microgrid master control?ler）監(jiān)控子網(wǎng)電壓、頻率及負(fù)荷等運(yùn)行狀態(tài)以及聯(lián)絡(luò)線功率，進(jìn)行協(xié)調(diào)控制并發(fā)送指令至互聯(lián)換流器的控制器ICC（interconnected converter controller）及子網(wǎng)中央控制器MCC（microgrid central control?ler）。ICC接收指令后根據(jù)端口特性進(jìn)行功率調(diào)節(jié)或電壓調(diào)節(jié)，子網(wǎng)MCC根據(jù)接收的指令在子網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行電壓與頻率調(diào)節(jié)。關(guān)于子網(wǎng)內(nèi)部的電壓與頻率控制，現(xiàn)有研究較為充分，不再贅述。本文重點(diǎn)對(duì)子網(wǎng)與IC的功率協(xié)調(diào)控制及IC的控制策略進(jìn)行研究。

群微網(wǎng)系統(tǒng)的功率傳輸如圖2所示。

圖2 群微網(wǎng)的功率傳輸Fig.2 Power transmission in group-microgrid

有功功率在直流聯(lián)絡(luò)線、互聯(lián)換流器及交流子網(wǎng)間進(jìn)行雙向傳輸，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)系統(tǒng)的有功功率互濟(jì)，傳輸方向及功率大小在經(jīng)濟(jì)調(diào)度中確定。無(wú)功功率僅在互聯(lián)換流器及其所在子網(wǎng)內(nèi)傳輸，參與本網(wǎng)的無(wú)功平衡控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)功負(fù)荷就地消納。根據(jù)交流電力系統(tǒng)特性，子網(wǎng)內(nèi)的潮流方程為

式中：Pn,G和Qn,G為子網(wǎng)n內(nèi)電源有功功率和無(wú)功功率；Pn,L和Qn,L為子網(wǎng)n的有功負(fù)荷和無(wú)功負(fù)荷；為子網(wǎng)n中第i個(gè)IC的有功功率和無(wú)功功率，整流狀態(tài)時(shí)功率為正，逆變狀態(tài)時(shí)功率為負(fù)；I?為n網(wǎng)中互聯(lián)換流器的集合。

1.2 子網(wǎng)與IC的協(xié)調(diào)功率控制

1.2.1 有功功率控制

子網(wǎng)及聯(lián)絡(luò)線交換功率的控制如圖3所示。其中判斷模塊將輸入信號(hào)①與②進(jìn)行比較，當(dāng)滿足不等式信號(hào)①≥信號(hào)②時(shí)，輸出結(jié)果為1，反之為0?？刂瓶驁D中對(duì)輸入的系統(tǒng)不平衡功率、子網(wǎng)有功備用容量及鄰網(wǎng)總支援容量進(jìn)行邏輯判斷，根據(jù)實(shí)際狀態(tài)得到判斷結(jié)果，并計(jì)算子網(wǎng)及聯(lián)絡(luò)線有功功率。

圖3 有功功率協(xié)調(diào)控制Fig.3 Coordinated control of active power

1.2.2 無(wú)功功率控制

無(wú)功功率控制的關(guān)鍵在于子網(wǎng)無(wú)功不平衡功率與子網(wǎng)無(wú)功備用容量存在不同關(guān)系時(shí)，子網(wǎng)電源輸出無(wú)功功率與IC輸出無(wú)功功率的確定。

圖4 無(wú)功功率協(xié)調(diào)控制Fig.4 Coordinated control of reactive power

2 互聯(lián)換流器的控制

群微網(wǎng)中的互聯(lián)換流器承擔(dān)穩(wěn)定直流母線電壓及輸送網(wǎng)間交互功率的任務(wù)[21]。本研究中送端換流器 SEIC（sending end interconnected converter）承擔(dān)直流電壓控制功能，受端換流器REIC（receiv?ing end interconnected converter）承擔(dān)功率控制功能。在運(yùn)行中，根據(jù)子網(wǎng)的實(shí)時(shí)功率平衡及網(wǎng)間交易計(jì)劃可確定子網(wǎng)交互功率流向。子網(wǎng)通過(guò)聯(lián)絡(luò)線輸入有功功率時(shí)，其互聯(lián)換流器為受端換流器；輸出有功功率時(shí)，其互聯(lián)換流器為送端換流器。

受端換流器承擔(dān)功率控制任務(wù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間有功功率的交互控制，并為所在子網(wǎng)輸出無(wú)功功率，參與子網(wǎng)內(nèi)部的無(wú)功功率平衡控制。受端換流器采用定功率控制策略，如圖5所示。定功率控制主要包括功率控制環(huán)與電流控制環(huán)，其中功率控制環(huán)接收協(xié)調(diào)控制策略所確定的聯(lián)絡(luò)線功率及換流器無(wú)功功率信號(hào)，二者與d軸電壓ud的比值作為d、q軸的電流參考值idref及iqref；電流控制為內(nèi)環(huán)，根據(jù)電流實(shí)際值與參考值的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，生成送端換流器的d、q軸電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

圖5 受端換流器控制策略Fig.5 Control strategy for REIC

結(jié)合圖5分析，可得受端換流器的電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制方程為

式中：vdref、vqref分別為換流器的d、q軸電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)；ud、uq為d、q軸電壓；id、iq分別為d、q軸電流；Lf為濾波電感；kP,d、kI,d分別為電流控制器d軸PI調(diào)節(jié)器的比例、積分系數(shù)；kP,q、kI,q為電流控制器q軸PI調(diào)節(jié)器的比例、積分系數(shù)。

考慮到d軸和q軸對(duì)稱，以d軸為例對(duì)控制策略進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，得到的閉環(huán)傳遞函數(shù)為

式中，kPWM為PWM的固定放大系數(shù)。

由式（16）可見(jiàn)，控制策略穩(wěn)定性與比例、電感等參數(shù)有關(guān)。微網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)如表1所示，系統(tǒng)的伯德圖如圖6所示。

表1 電源及負(fù)荷參數(shù)Tab.1 Parameters of generators and loads

圖6 頻域響應(yīng)曲線Fig.6 Response curves in frequency domain

由圖6可知，電感越小響應(yīng)速度越快，但相對(duì)穩(wěn)定性越?。欢壤到y(tǒng)取值越大響應(yīng)速度越快，但相對(duì)穩(wěn)定性較差。

為穩(wěn)定直流母線電壓，送端換流器采用定直流電壓控制策略，如圖7所示。圖中，外環(huán)為電壓控制環(huán)，其輸入量為直流母線電壓參考值udc,ref與實(shí)際值udc，輸出量為d軸電流參考值，作為電流控制內(nèi)環(huán)的輸入量，用以實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)線有功功率的輸送控制。PLL是鎖相環(huán)，為三相電壓生成提供角度信號(hào)。

圖7 送端換流器的控制策略Fig.7 Control strategy for SEIC

結(jié)合圖7分析，可得送端換流器的電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制方程為

式中：ω為微網(wǎng)角頻率；kP,u和kI,u為電壓控制環(huán)PI調(diào)節(jié)器的比例和積分系數(shù)；kP,id和kI,id分別為電流控制環(huán)d軸PI調(diào)節(jié)器的比例和積分系數(shù)；kP,iq和kI,iq為電流控制環(huán)q軸PI調(diào)節(jié)器的比例和積分系數(shù)。

以d軸為例對(duì)電流內(nèi)環(huán)及電壓外環(huán)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將電流內(nèi)環(huán)簡(jiǎn)化成慣性環(huán)節(jié)，電壓電流雙閉環(huán)的傳遞函數(shù)為

式中：Cf為濾波電容；Teu=Tu+3Ts，Tu為電壓外環(huán)采樣周期，Ts為電流內(nèi)環(huán)慣性時(shí)間常數(shù)；τu=kP,u/kI,u。

由式（19）可知，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和傳遞函數(shù)中的電容、比例積分等參數(shù)有關(guān)，根據(jù)表1微網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)，選取不同電容、比例系數(shù)時(shí)系統(tǒng)的伯德圖如圖8所示。

圖8 頻域響應(yīng)曲線Fig.8 Response curves in frequency domain

由圖8可知，電容取值越小響應(yīng)速度越快，但相對(duì)穩(wěn)定性越?。欢壤到y(tǒng)取值越大響應(yīng)速度越快，但相對(duì)穩(wěn)定性較差。

3 算例分析

3.1 雙微網(wǎng)系統(tǒng)仿真研究

在PSCAD環(huán)境下構(gòu)建如圖9所示結(jié)構(gòu)的直流互聯(lián)微網(wǎng)系統(tǒng)，各電源均以理想電壓源模擬，經(jīng)逆變器、濾波器及饋線接入本網(wǎng)PCC母線。G1采用PQ控制，用以模擬不可調(diào)度單元；其他單元采用下垂控制，用以模擬可調(diào)度單元。各交流子網(wǎng)額定頻率均為50 Hz，額定電壓均為380 V；直流聯(lián)絡(luò)線額定電壓為800 V。系統(tǒng)其他參數(shù)如表1所示。

圖9 群微網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.9 Structure of group-microgrid system

在初始運(yùn)行狀態(tài)下，負(fù)荷L2,1、L4,1不投入；聯(lián)絡(luò)線功率為30 kW，由A網(wǎng)流向B網(wǎng)，兩網(wǎng)互聯(lián)換流器無(wú)功輸出功率均為0；各子網(wǎng)頻率均為49.99 Hz，交流母線電壓為380 V；A網(wǎng)有功及無(wú)功備用容量分別為36.5 kW和108.5 kvar，B網(wǎng)有功及無(wú)功備用容量分別為67.2 kW和43.5 kvar。根據(jù)穩(wěn)定性分析，本文選取Lf=0.000 8 H、Cf=4 700 μF、kP,d=15，kP,u=20、kI,u=1 000、Teu=0.000 8 s。

因互聯(lián)微網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)較多，本文選取阻感負(fù)荷波動(dòng)、無(wú)功負(fù)荷波動(dòng)、電源故障3種情形下驗(yàn)證所提策略的有效性。仿真中，協(xié)調(diào)控制策略在發(fā)生擾動(dòng)后即時(shí)啟動(dòng)。

情形1：阻感負(fù)荷擾動(dòng)。2 s時(shí)A網(wǎng)負(fù)荷L2,1投入，4 s時(shí)切除。直流聯(lián)絡(luò)線功率Pdc及換流器無(wú)功功率QA,T和QB,T、A和B網(wǎng)系統(tǒng)頻率fA和fB以及母線電壓UA和UB的仿真結(jié)果如圖10所示。

圖10 情形1的仿真結(jié)果Fig.10 Simulation results in Case 1

根據(jù)式（4）可知，投入L2,1后A網(wǎng)有功及無(wú)功缺額分別為30.5 kW、11.5 kvar，小于A網(wǎng)當(dāng)前的有功及無(wú)功備用容量，A網(wǎng)處于有功輕載、無(wú)功輕載狀態(tài)。由圖10可見(jiàn)，由于同時(shí)發(fā)生有功及無(wú)功功率缺額，頻率及PCC母線電壓降低；協(xié)調(diào)控制策略啟動(dòng)后，A網(wǎng)頻率及交流母線電壓迅速恢復(fù)，約2.2 s趨于穩(wěn)定；4 s切除負(fù)荷后，A網(wǎng)頻率及PCC母線電壓出現(xiàn)短時(shí)波動(dòng)，經(jīng)協(xié)調(diào)控制后均恢復(fù)至參考值；擾動(dòng)持續(xù)過(guò)程中，聯(lián)絡(luò)線功率保持30 kW不發(fā)生變化，送/受端換流器無(wú)功功率均為0 kvar，B網(wǎng)頻率及PCC母線電壓未發(fā)生瞬時(shí)波動(dòng)。

可見(jiàn)，在有功輕載、無(wú)功輕載狀態(tài)下，缺額功率由本網(wǎng)電源提供，子網(wǎng)內(nèi)部功率進(jìn)行重新調(diào)度，聯(lián)絡(luò)線功率及互聯(lián)換流器功率不變。

情形2：無(wú)功負(fù)荷擾動(dòng)?；謴?fù)系統(tǒng)初始運(yùn)行條件，2 s時(shí)投入B網(wǎng)無(wú)功負(fù)荷L4,1，4 s切除。聯(lián)絡(luò)線功率和IC無(wú)功功率、A和B網(wǎng)內(nèi)電源無(wú)功輸出QA,G和QB,G及無(wú)功負(fù)荷QA,L和QB,L，母線電壓變化如圖11所示。

圖11 情形2的仿真結(jié)果Fig.11 Simulation results in Case 2

可以發(fā)現(xiàn)，L4，1投入后B網(wǎng)的無(wú)功負(fù)載到達(dá)72.4 kvar，B網(wǎng)處于無(wú)功重載狀態(tài)，網(wǎng)內(nèi)微源均滿發(fā)，IC的無(wú)功備用投入，其輸出功率為13.0 kvar。A網(wǎng)IC輸出的無(wú)功功率為0 kvar，聯(lián)絡(luò)線功率保持在計(jì)劃值。導(dǎo)致上述現(xiàn)象的原因在于B網(wǎng)發(fā)生大功率缺額時(shí)，根據(jù)協(xié)調(diào)控制策略，充分發(fā)揮IC的無(wú)功備用，參與子網(wǎng)的無(wú)功功率調(diào)節(jié)，投入13.0 kvar，網(wǎng)內(nèi)的電壓快速恢復(fù)至額定值。由于直流環(huán)節(jié)的隔離功能，A網(wǎng)電壓、無(wú)功不發(fā)生暫態(tài)及穩(wěn)態(tài)變化，聯(lián)絡(luò)線有功功率保持不變。

綜上，系統(tǒng)處于無(wú)功重載狀態(tài)時(shí)，采用所提協(xié)調(diào)控制策略可利用互聯(lián)換流器對(duì)子網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功支援，協(xié)助子網(wǎng)內(nèi)部無(wú)功功率平衡控制。該過(guò)程不影響相鄰子網(wǎng)的電壓穩(wěn)定及無(wú)功功率平衡。

情形3：?jiǎn)我浑娫垂收??；謴?fù)系統(tǒng)初始運(yùn)行狀態(tài)。2 s時(shí)A網(wǎng)G1發(fā)生故障退出運(yùn)行，3 s切除L3,1，4 s切除L3,2。聯(lián)絡(luò)線功率及IC無(wú)功功率、系統(tǒng)頻率及PCC母線電壓變化如圖12所示。

考察圖12可知，故障電源退出運(yùn)行后，頻率降至49.94 Hz。切除負(fù)荷L3，1后，A網(wǎng)頻率回升至49.96 Hz，切除L3，2后頻率回升至額定值附近。A網(wǎng)交流母線電壓只發(fā)生瞬時(shí)波動(dòng)；功率協(xié)調(diào)控制過(guò)程中聯(lián)絡(luò)線功率始終保持30 kW，送、受端換流器無(wú)功功率不變。

可見(jiàn)，在大功率缺額狀態(tài)下，經(jīng)有效的電源增發(fā)及減負(fù)荷措施可將聯(lián)絡(luò)線功率控制維持在指定值，不影響相鄰子網(wǎng)的有功功率平衡及頻率穩(wěn)定。

3.2 三微網(wǎng)系統(tǒng)仿真研究

在PSCAD環(huán)境下構(gòu)建如圖13所示結(jié)構(gòu)的三微網(wǎng)互聯(lián)仿真模型。系統(tǒng)參數(shù)如表2所示。

表2 電源及負(fù)荷參數(shù)Tab.2 Parameters of generators and loads

初始狀態(tài)時(shí)，互聯(lián)開關(guān)S1斷開，S2及S3閉合。A、B的聯(lián)絡(luò)線功率為10 kW，由網(wǎng)A流向網(wǎng)B，網(wǎng)B與網(wǎng)C無(wú)有功功率交換，各網(wǎng)互聯(lián)換流器無(wú)功輸出功率均為0。2 s時(shí)A網(wǎng)中微源GA1發(fā)生故障退出運(yùn)行。聯(lián)絡(luò)線功率、IC無(wú)功功率、系統(tǒng)頻率及母線電壓變化仿真結(jié)果如圖14所示。

圖14 三微網(wǎng)系統(tǒng)仿真結(jié)果Fig.14 Simulation results of three-microgrid system

由圖可見(jiàn)，2 s時(shí)A、B網(wǎng)之間的有功交換功率Pdc,AB由10 kW變成-18 kW，無(wú)功功率瞬時(shí)增加后恢復(fù)到0 kvar。B、C網(wǎng)之間的有功功率Pdc,BC，無(wú)功功率均穩(wěn)定在計(jì)劃值。A網(wǎng)頻率發(fā)生短暫跌落、B網(wǎng)頻率瞬時(shí)增大后快速恢復(fù)至額定值，C網(wǎng)的頻率fC維持在額定值。A、B網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng)后快速會(huì)恢復(fù)至穩(wěn)定，C網(wǎng)電壓UC維持在額定值。

導(dǎo)致上述變化的原因在于A網(wǎng)的電源發(fā)生故障退出運(yùn)行，網(wǎng)內(nèi)發(fā)生大功率缺額，系統(tǒng)處于過(guò)載狀態(tài)，相比于原有的32 kW的備用容量，子網(wǎng)仍需18 kW的功率方可保持系統(tǒng)平衡。因此在2 s后B網(wǎng)對(duì)A網(wǎng)返送18 kW的有功功率。系統(tǒng)達(dá)到平衡后，電壓及頻率快速恢復(fù)到額定狀態(tài)。

可見(jiàn)，在子網(wǎng)發(fā)生功率缺額，備用容量及聯(lián)絡(luò)線功率無(wú)法滿足其缺額時(shí)，經(jīng)有效的功率互濟(jì)，可達(dá)到系統(tǒng)的功率平衡。

3.3 對(duì)比分析

為更加驗(yàn)證所提策略有效性，與文獻(xiàn)[18]所提多頻定功率控制策略進(jìn)行比較分析，初始條件與情形1相同，仿真結(jié)果如圖15所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，采用多頻控制策略，未發(fā)生負(fù)荷波動(dòng)的子網(wǎng)無(wú)功功率、電壓能穩(wěn)定在指定值，但發(fā)生負(fù)荷波動(dòng)的子網(wǎng)無(wú)功功率產(chǎn)生瞬時(shí)波動(dòng)，且聯(lián)絡(luò)線有功功率、頻率、電壓無(wú)法穩(wěn)定在穩(wěn)態(tài)值。

圖15 直流互聯(lián)模型的仿真結(jié)果Fig.15 Simulation results of DC interconnected model

造成這些現(xiàn)象的原因在于采用多頻控制是通過(guò)換流器兩側(cè)的頻率生成有功聯(lián)絡(luò)線參考值，當(dāng)一側(cè)子網(wǎng)出現(xiàn)頻率波動(dòng)，聯(lián)絡(luò)線功率隨之改變，最終影響鄰網(wǎng)的頻率平衡，且策略只針對(duì)有功功率/頻率進(jìn)行控制，并未充分利用換流器的無(wú)功功率，導(dǎo)致電壓的控制效果不佳。

對(duì)比圖10可知，本文所提策略保持子網(wǎng)穩(wěn)定，具有更好的頻率與電壓特性，聯(lián)絡(luò)線輸送的功率也具有更好的穩(wěn)定性。

表3為本文協(xié)調(diào)控制與文獻(xiàn)[18]多頻控制方法下的超調(diào)量與調(diào)節(jié)時(shí)間，可知無(wú)論從超調(diào)量還是調(diào)節(jié)時(shí)間，本文所提策略效果較好。

表3 不同控制策略的暫態(tài)參數(shù)比較Tab.1 Comparison of transient parameters under different control strategies

4 結(jié)論

（1）所提策略通過(guò)子網(wǎng)電源與互聯(lián)換流器的聯(lián)合調(diào)度，可實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)間的能量互濟(jì)；各子網(wǎng)可維持本網(wǎng)頻率與公共交流母線電壓穩(wěn)定，在發(fā)生功率穿越時(shí)，不影響其他網(wǎng)的頻率與電壓。

（2）在負(fù)荷投切、電源故障等多種工況下，采用所提策略均可將聯(lián)絡(luò)線功率維持指定值，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化調(diào)度與實(shí)時(shí)運(yùn)行的有機(jī)結(jié)合，有利于提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

（3）將互聯(lián)換流器的無(wú)功容量作為微網(wǎng)備用，參與子網(wǎng)的電壓控制，充分利用互聯(lián)換流器，減少子網(wǎng)本身無(wú)功備用容量，有利于提高電壓穩(wěn)定性。