微網(wǎng)柔性并網(wǎng)功率平抑控制策略研究

張文靜，陳 卓，劉柏霖，朱家文，黃麗蘇

(貴州大學(xué) 電氣工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

為了改善當(dāng)前的能源結(jié)構(gòu)，清潔能源的開發(fā)與利用受到越來越多的重視[1-3]。分布式電源因能有效利用各種清潔能源(例如光能、水能、風(fēng)能等)而廣受關(guān)注[4-6]。但采用可再生能源發(fā)電存在諸多問題，例如由于其功率的輸出具有間歇性和隨機性，直接將其接入會造成大電網(wǎng)的功率波動，因此近年來對于微電網(wǎng)并網(wǎng)運行的研究一直是該領(lǐng)域的熱點。目前，傳統(tǒng)的微電網(wǎng)并網(wǎng)接口主要采用斷路器和靜態(tài)開關(guān)，相當(dāng)于將兩個電網(wǎng)直接相連，沒有采取任何電氣隔離，在切換的時候沖擊電流較大，若承受能力較弱一邊的電網(wǎng)發(fā)生故障，則另一邊的電網(wǎng)也會受到影響。

背靠背變流器在電力工業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，有較高的研究價值和實用價值。本文對背靠背變流器經(jīng)功能進行改善后，將其應(yīng)用于微電網(wǎng)的柔性并網(wǎng)，并對其結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制策略進行相應(yīng)改進。本文提出了一種直流側(cè)帶混合儲能裝置的背靠背變流器代替靜態(tài)開關(guān)[7]作為改進后的并網(wǎng)接口，該方案有以下優(yōu)點：(1)微網(wǎng)和配網(wǎng)間實現(xiàn)電氣隔離的同時也能進行正常的功率交換；(2)由于直流側(cè)帶有混合儲能系統(tǒng)，微網(wǎng)側(cè)變流器無論是并網(wǎng)運行還是孤島運行都可以采用V/f控制；(3)背靠背變流器中混合儲能系統(tǒng)可對其進行基于DG模塊功率變化的電壓隨動控制，能平抑分布式電源的功率波動[8-10]，進一步維持配網(wǎng)側(cè)的功率穩(wěn)定。

1 主電路結(jié)構(gòu)與控制策略

為使配電網(wǎng)和微電網(wǎng)間形成電氣隔離，避免兩者相互影響，本文首先將背靠背變流器作為連接兩者的接口雛形。然后，為了平抑微網(wǎng)內(nèi)部功率波動以及簡化微網(wǎng)內(nèi)微源控制方式，在向并網(wǎng)接口直流側(cè)融入混合儲能技術(shù)來平抑微網(wǎng)功率波動的同時，支撐離網(wǎng)下微網(wǎng)內(nèi)負荷的缺電量。此外，在配網(wǎng)側(cè)加入LCL濾波器進行濾波，并在微網(wǎng)側(cè)加入LC濾波器濾波，用來減少變流器中的開關(guān)紋波。本文采用比例諧振控制器(Proportional Resonant Controller，PR)來跟蹤正弦的參考量，在減少坐標(biāo)變換的同時實現(xiàn)對交流信號的無靜差控制。背靠背變流器作為微網(wǎng)并網(wǎng)接口的主電路拓撲圖如圖1所示。從圖中可看出，柔性并網(wǎng)接口可對配網(wǎng)側(cè)和微網(wǎng)側(cè)變流器進行單獨控制，還可對混合儲能系統(tǒng)進行控制，起到維持系統(tǒng)穩(wěn)定的作用。

圖1 背靠背變流器的電源電路

1.1 基于PR控制器的直流母線電壓控制

配網(wǎng)側(cè)變流器采取的是直流電壓外環(huán)、交流電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制，并使用LCL濾波器進行濾波[11]，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性。電流內(nèi)環(huán)采用PR控制(比例諧振控制)，在減少坐標(biāo)變換的前提下，實現(xiàn)了交流信號的無靜差控制。此外，系統(tǒng)中還加入了配網(wǎng)側(cè)電壓的前饋補償，使其不受配電網(wǎng)電壓內(nèi)諧波影響，進一步增強了系統(tǒng)的抗干擾性。

圖2 帶配網(wǎng)電壓前饋補償?shù)碾娏鲀?nèi)環(huán)控制框圖

1.2 微網(wǎng)側(cè)變流器的恒壓恒頻控制

微網(wǎng)側(cè)變流器采用V/f控制[12](電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán))。由于變流器直流側(cè)接有混合儲能環(huán)節(jié)，在并網(wǎng)運行時，配電網(wǎng)通過變流器向微網(wǎng)側(cè)提供恒定的電壓。在孤島運行時，變流器也能由儲能環(huán)節(jié)向微網(wǎng)側(cè)提供穩(wěn)定的電壓幅值與頻率，因此微網(wǎng)側(cè)各分布式發(fā)電模塊只需采用PQ控制，不需要切換控制模式，簡化了運行狀態(tài)切換的步驟。

圖3 V/f控制圖

1.3 DG模塊的恒功率控制

分布式發(fā)電模塊(DG模塊)模擬光伏系統(tǒng)發(fā)電，通過對其進行PQ控制可使光伏電池吸收或放出所設(shè)定的功率，或是根據(jù)微電網(wǎng)功率管理的短時要求，吸收或放出可調(diào)節(jié)的功率。

圖4 PQ控制器結(jié)構(gòu)

2 平抑微網(wǎng)功率波動

傳統(tǒng)的并網(wǎng)接口通常采用靜態(tài)開關(guān)或斷路器與變壓器直接連接。在微網(wǎng)并網(wǎng)/離網(wǎng)模式切換時，若直接將兩個電網(wǎng)相連，會導(dǎo)致沖擊電流過大，降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。此外，并網(wǎng)運行時，由于沒有進行電氣隔離，若微電網(wǎng)內(nèi)部出現(xiàn)了故障問題，則與之直接相連的大電網(wǎng)也將受到波動。

為解決微電網(wǎng)并網(wǎng)時微網(wǎng)內(nèi)部功率波動對配電網(wǎng)的影響，需要盡可能地維持配電網(wǎng)功率的穩(wěn)定，那么就需要在控制直流電壓穩(wěn)定的前提下，適當(dāng)調(diào)節(jié)儲能單元的充放電來平抑微網(wǎng)側(cè)的功率波動[13-16]。本文提出了一種直流側(cè)帶有可控儲能環(huán)節(jié)的變流器作為新型柔性并網(wǎng)接口，針對微網(wǎng)側(cè)對配網(wǎng)側(cè)的消極影響進行改進，且使配網(wǎng)能以單位功率因數(shù)運行。

2.1 柔性并網(wǎng)接口中蓄電池的選取

儲能環(huán)節(jié)對于本文所提出的柔性并網(wǎng)接口至關(guān)重要[17]。儲能環(huán)節(jié)在離網(wǎng)時需要向微網(wǎng)母線提供穩(wěn)定的電壓幅值和頻率，以維持微網(wǎng)側(cè)負荷的正常運行，這就要求儲能環(huán)節(jié)具有足夠的容量。儲能單元還需平抑微網(wǎng)側(cè)頻繁波動，從而改善配網(wǎng)電能質(zhì)量，達到微電網(wǎng)柔性并網(wǎng)的目的，因此對于儲能環(huán)節(jié)的選取要求還需考慮其響應(yīng)速度，只有達到足夠的響應(yīng)速度才能起到平抑微網(wǎng)功率頻繁波動的作用。

綜上所述，本文選用全釩液流電池作為并網(wǎng)接口直流側(cè)的蓄電池[18-19]。液流電池的能量和功率容量較高，電能密度良好，可靠性好，使用壽命長，可以支撐離網(wǎng)模式下微電網(wǎng)其他單元的功率，且能平抑其波動。液流電池響應(yīng)速度快，其一般功率范圍在100 kW～100 MW；液流電池的儲能規(guī)模較大，一般放電時長在1～10 h，因此液流電池非常適用于在工業(yè)中充當(dāng)備用電源或者對可再生能源發(fā)電進行削峰填谷。

蓄電池在運行時的輸出功率不僅會受到外界電量需求的控制，還受到內(nèi)部剩余電量和自身最大輸出功率的限制，因此需要進行充放電的約束。此外，由于蓄電池必須承擔(dān)削峰填谷的作用，因此對于容量的設(shè)計，需使其滿足全天每個階段缺電量的吸收和補償。

首先，設(shè)計階段需求容量，需計算出一段負荷的缺電功率

(1)

式中，PL為預(yù)測的負荷功率；PPV是預(yù)測的光伏發(fā)電功率；Pgrid為預(yù)測的電網(wǎng)功率。

其次，設(shè)計全天所需容量，需先計算出全天的缺電量

(2)

(3)

(4)

N=max{N1，N2}

(5)

式中，Δt為一段時間的時長；ηc、ηd分別為充電效率和放電效率；Cmax和Cmin分別為蓄電池充放電的上限和下限。式(3)為滿足階段缺電量的容量設(shè)計；式(4)為滿足全天缺電量的容量設(shè)計，其最大值為儲能容量。

2.2 平抑微網(wǎng)功率波動的原理

2.2.1 功率分配改進控制

為了使混合儲能系統(tǒng)平抑微電網(wǎng)內(nèi)功率的波動，保護蓄電池，延長儲能設(shè)備壽命，首先將儲能環(huán)節(jié)所需承擔(dān)的功率進行功率分配管理。傳統(tǒng)的控制方法多是采用二階低通濾波法，但該方法只考慮了波動頻率，然后對其功率進行分配。然而，實際情況下，電池和超級電容的狀態(tài)同樣會對它們的充放電產(chǎn)生限制，因此需對傳統(tǒng)的二階低通濾波器法進行改進，在此基礎(chǔ)上加入電池和超級電容剩余容量的限制，便可更加完善地實現(xiàn)功率分配。

系統(tǒng)中各個位置的功率關(guān)系式為

Pmg=PPV-Pload=Pgrid-PH

(6)

PH=Pbat+Psc

(7)

式中，Pmg為微電網(wǎng)輸出功率；PPV為光伏電池發(fā)電功率；Pload為微電網(wǎng)中負荷的功率；Pgrid為配電網(wǎng)功率；PH為混合儲能承擔(dān)的總功率；Pbat為蓄電池輸出功率；Psc為超級電容輸出功率。

(8)

為了使并網(wǎng)接口實現(xiàn)柔性并網(wǎng)，混合儲能系統(tǒng)需要將微網(wǎng)內(nèi)的功率波動進行有效平抑。根據(jù)蓄電池和超級電容各自的優(yōu)缺點，將微電網(wǎng)內(nèi)功率的低頻波動交給蓄電池平抑，并將微電網(wǎng)內(nèi)較高頻率的功率波動交給超級電容平抑。為實現(xiàn)此目的，將光伏發(fā)電功率PPV接入一個時間常數(shù)Tsc較小的低通濾波器，將得到的功率與原功率做差，得到的高頻波動量即為超級電容所需平抑的功率。將濾波器濾出的功率再接一個時間常數(shù)Tbat較高的低通濾波器，得到的平均功率與第1次濾波后的功率做差，將所得的頻率較小的波動量交由蓄電池進行平抑。該過程的計算式為

(9)

為了使蓄電池和超級電容能在最佳工作狀態(tài)進行工作，需加入對蓄電池和超級電容剩余容量比的限制，也就是對蓄電池和超級電容的荷電狀態(tài)(State of Charge，SOC)進行控制，方法如圖5所示。

圖5 功率分配框圖

首先，將蓄電池和超級電容的SOC閾值都設(shè)置為50%；然后，將測得的蓄電池與超級電容的SOC的實際值與閾值做差，再分別經(jīng)過K1和K2的增益放大后與濾波前的功率作做差，便可得到蓄電池和超級電容分別所需承擔(dān)的功率波動量；最后，通過對DC/DC變換器的控制達到平抑效果。該過程的相關(guān)計算式為

(10)

加上SOC控制后，當(dāng)測得的SOC值小于0.5時，儲能元件所需輸出功率的給定值會隨之減小，即儲能元件更傾向于充電或是放出的功率更小的電。當(dāng)SOC值大于0.5時，儲能元件所需輸出功率的給定值會隨之增大，即儲能元件更傾向于放電或是充入功率更小的電量。

此改進的優(yōu)勢包括以下幾點：(1)該方法控制簡單，容易實現(xiàn)，反應(yīng)速度快；(2)該方法依舊能實現(xiàn)高頻波動功率和低頻波動功率的分配；(3)該方法可同時對蓄電池SOC和超級電容SOC進行控制。

2.2.2 混合儲能中DC/DC變流器控制策略

章節(jié)2.2.1介紹了混合儲能系統(tǒng)的功率分配管理控制方式，本節(jié)根據(jù)經(jīng)過能量管理后得到的給定功率，分別對兩個儲能器件所連的DC/DC變流器(DC/DC converter直流-直流變流器)進行控制，以達到平抑微網(wǎng)內(nèi)功率波動的目的，實現(xiàn)微電網(wǎng)的柔性并網(wǎng)。

由于控制DC/DC變流器的目的是實現(xiàn)蓄電池和超級電容的充放電可控，因此DC/DC變流器需雙向工作，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。圖中，Ubat為蓄電池兩端的電壓，Ibat為蓄電池的電流，Udc為并網(wǎng)接口直流側(cè)電壓，Cdc為并網(wǎng)接口直流側(cè)電容。

圖6 DC/DC變流器結(jié)構(gòu)圖

圖6中DC/DC變流器的工作原理為：當(dāng)儲能元件需要對外電路放電時，控制T1使其導(dǎo)通，與此同時控制T2始終處于斷開狀態(tài)，電流會通過D2續(xù)流，電路便可等效為一個升壓斬波電路(Boost變換器)；反之，當(dāng)儲能元件需要充電時，控制T2使其導(dǎo)通，與此同時控制T1始終處于斷開狀態(tài)，電流會通過D1續(xù)流，電路便可等效為一個降壓斬波電路(Buck變換器)。

根據(jù)章節(jié)2.2.1的功率分配狀況，需要對蓄電池和超級電容兩種儲能元件分開控制。如圖7所示，功率波動量與電壓作比得到電流的給定量iref，再對其進行PI控制，使蓄電池和超級電容能夠達到平抑微網(wǎng)內(nèi)低頻和高頻功率波動的目的，優(yōu)化柔性并網(wǎng)接口的功能和壽命，使其能達到柔性并網(wǎng)的要求。

圖7 平抑微網(wǎng)功率波動的DC/DC變流器控制圖

2.3 混合儲能在微網(wǎng)運行模式切換時的作用

柔性并網(wǎng)接口的控制除了抑制微網(wǎng)負荷以及發(fā)電的功率波動外，另一優(yōu)勢在于可以使微電網(wǎng)在進行運行模式的切換時，既能保證系統(tǒng)平滑，還能簡化微網(wǎng)內(nèi)部的控制，最大程度實現(xiàn)柔性并網(wǎng)。

傳統(tǒng)微電網(wǎng)的內(nèi)部一般采用主從控制，即微網(wǎng)內(nèi)部不同的微源需采取不同控制方式，且必須選取一至多個微源作為主控單元。當(dāng)大電網(wǎng)發(fā)生故障需要切換控制模式時，微網(wǎng)內(nèi)的主控單元需要切換控制模式(從PQ控制切換到V/f控制)，向其內(nèi)部的負載提供穩(wěn)定的電壓幅值和頻率。這種控制方式存在以下缺點：(1)要求每個與大電網(wǎng)相連的微網(wǎng)內(nèi)部需要足夠大容量的微源來支撐離網(wǎng)時負荷的缺電量；(2)每次因大電網(wǎng)切換運行方式時，都需要與之相連全部微網(wǎng)的內(nèi)部進行運行模式切換，增加了控制的復(fù)雜度。

本文所提出的柔性并網(wǎng)接口的接入簡化了微網(wǎng)內(nèi)部的控制方式。首先，由于柔性并網(wǎng)接口中接入了混合儲能系統(tǒng)，因此只需合理選取混合儲能單元的容量，便可將其看作通過此接口與大電網(wǎng)連接的若干微網(wǎng)的主控模塊。通過此接口與大電網(wǎng)連接的若干微網(wǎng)內(nèi)部無需選取容量足夠大的儲能，且不必在微網(wǎng)運行模式轉(zhuǎn)變時進行控制模式的切換，保持PQ控制即可。此外，柔性并網(wǎng)接口的接入在簡化微網(wǎng)內(nèi)部控制方式的同時，也簡化了并網(wǎng)接口自身的控制：背靠背變流器微網(wǎng)側(cè)無論并網(wǎng)或離網(wǎng)始終采用V/f控制。并網(wǎng)時，由配電網(wǎng)支撐微網(wǎng)母線電壓幅值與頻率；離網(wǎng)時，柔性并網(wǎng)接口中的混合儲能單元支撐微網(wǎng)的電壓幅值與頻率，因此微網(wǎng)側(cè)變流器始終維持V/f控制即可。柔性并網(wǎng)接口內(nèi)部在運行模式發(fā)生變化時，唯一需要改變的是混合儲能的控制。并網(wǎng)時，在對混合儲能系統(tǒng)功率分配的控制基礎(chǔ)上加上簡單的直流電壓控制，便實現(xiàn)了控制方式的轉(zhuǎn)變。如圖8所示，加入直流電壓控制，改變功率分配方式，即可實現(xiàn)微網(wǎng)運行模式的平滑切換，且微網(wǎng)母線電壓不會受到影響。

圖8 離網(wǎng)時柔性并網(wǎng)接口控制圖

3 仿真結(jié)果

將本文提出的平抑微網(wǎng)功率波動的柔性并網(wǎng)變流器接口在MATLAB/Simulink上進行建模和仿真實驗，進一步驗證接口與其控制策略的性能。

3.1 PPV輸出功率為10 kW

首先模擬微網(wǎng)內(nèi)負荷變化時的情況，比較所設(shè)計的柔性并網(wǎng)接口與傳統(tǒng)接口之間的差別。

通過PQ控制使光伏發(fā)電功率輸出保持在10 kW，在t=0時，接入負荷1(20 kW)；在t=0.5 s時，接入負荷2(5 kW)；在t=1.0 s時，切出負荷2(5 kW)。光伏發(fā)電輸出功率波形如圖9所示。

圖9 分布式發(fā)電模塊輸出功率PPV

圖10為并網(wǎng)接口直流側(cè)電壓的波形圖，其中U1為未經(jīng)改進的傳統(tǒng)并網(wǎng)接口直流側(cè)的電壓。由圖可明顯觀察到在t=0.5 s時投入負荷后，直流側(cè)電壓隨之驟減5 V左右；在t=1.0 s切出5 kW負荷時，直流側(cè)電壓驟增約5 V。U2為改進后并網(wǎng)接口直流側(cè)電壓，由圖可知改進后的并網(wǎng)接口在微網(wǎng)投入和切出負荷時，由于有混合儲能元件充電和放電，直流側(cè)電壓未發(fā)生明顯波動，說明改進后的柔性并網(wǎng)接口能有效穩(wěn)定直流側(cè)電壓。

圖10 改進前直流側(cè)電壓U1和改進后直流側(cè)電壓U2

圖11為接口改進前微電網(wǎng)的功率變化波形和配電網(wǎng)的功率變化波形，可看出當(dāng)0.5 s負荷投入和1.0 s負荷切出時，微網(wǎng)內(nèi)功率隨負荷變化而驟減和驟增，配網(wǎng)側(cè)功率隨著微網(wǎng)功率的驟減而驟增，隨其驟增而驟減。圖12為接口改進后，微電網(wǎng)的功率變化波形和配電網(wǎng)的功率變化波形。由于存在混合儲能的作用，改進后的并網(wǎng)接口效果改善較為明顯，配網(wǎng)功率不再隨微網(wǎng)功率的驟增、驟減而發(fā)生突然的改變，其改變趨勢更為平緩，這也維持了配網(wǎng)側(cè)功率的穩(wěn)定，提升了大電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

圖11 改進前微網(wǎng)側(cè)功率P1和配網(wǎng)側(cè)功率P2

圖12 改進后微網(wǎng)側(cè)功率P1和配網(wǎng)側(cè)功率P2

圖13為柔性并網(wǎng)接口中的混合儲能SOC變化與混合儲能總輸出功率的變化情況。從圖中可看出，當(dāng)t=0.5 s負荷投入時，混合儲能系統(tǒng)立即有一個放電動作，向外電路發(fā)出功率，SOC下降；當(dāng)t=1.0 s負荷切出時，儲能環(huán)節(jié)有一個充電動作，吸收功率，SOC上升。改進后的并網(wǎng)接口能夠在微電網(wǎng)內(nèi)的功率突然變化時，通過控制蓄電池的快速充放電來補償 “出其不意”的功率變化，所以改進后的接口能有效地在微網(wǎng)中負荷或分布式電源突然發(fā)生變化時起到維穩(wěn)的作用。

圖13 蓄電池SOC和蓄電池輸出功率P

3.2 PPV輸出功率在10 kW附近波動

為了更加清晰地觀測改進后的柔性并網(wǎng)接口對微網(wǎng)功率的平抑作用，使光伏發(fā)電功率在10 kW附近波動，波動幅度約為5 kW，如圖14所示。

圖14 PPV輸出10 kW附近波動的功率

當(dāng)微網(wǎng)內(nèi)僅有光伏發(fā)電模塊輸出波動功率，不連接其他負荷，且沒有負荷的突增突減時，比較改進前后兩種接口作用效果，并網(wǎng)接口直流側(cè)電壓變化情況如圖15所示。由圖可知，改進前的接口直流側(cè)電壓振動幅度較大(約為3 V)；而當(dāng)改進后的柔性并網(wǎng)接口作用時，接口直流側(cè)電壓幾乎沒有震蕩，說明加入混合儲能后的柔性并網(wǎng)接口維持直流電壓穩(wěn)定的效果顯著，基本上消除了直流電壓的波動情況，證明了新型接口維持直流電壓穩(wěn)定的能力。

圖15 改進前直流側(cè)電壓Udc1和改進后直流側(cè)電壓Udc2

在接口改進前，如圖16所示，當(dāng)微網(wǎng)輸出10 kW左右的波動功率時，配電網(wǎng)功率也隨之波動，波動幅度與微網(wǎng)功率相同，方向相反。

圖16 微網(wǎng)側(cè)功率P1和配網(wǎng)側(cè)功率P2

圖17為加入平抑微網(wǎng)功率波動的控制后，混合儲能系統(tǒng)中蓄電池SOC1和超級電容SOC2的變化情況。從圖中可看出，當(dāng)微電網(wǎng)側(cè)輸出波動功率時，在柔性并網(wǎng)接口直流側(cè)的混合儲能系統(tǒng)中，蓄電池和超級電容同時工作，都為平抑微網(wǎng)內(nèi)功率波動出力。這不僅保護了單個儲能元件，延長其壽命，還提高了微網(wǎng)內(nèi)功率波動的平抑效果。

圖17 蓄電池SOC1和超級電容SOC2

如圖18所示，混合儲能系統(tǒng)平抑微網(wǎng)內(nèi)功率波動的能力較好，

圖18 微網(wǎng)側(cè)功率P1、配網(wǎng)側(cè)功率P2、混合儲能充放電功率P3

混合儲能的輸出功率剛好平抑掉微電網(wǎng)內(nèi)功率的波動量，因此配電網(wǎng)功率幾乎不受微電網(wǎng)功率波動影響，其功率波形穩(wěn)定在10 kW。與圖16的改進前的效果進行對比可知，加入混合儲能系統(tǒng)后，并網(wǎng)接口對微網(wǎng)功率波動的平抑效果更好，實現(xiàn)了微電網(wǎng)的柔性并網(wǎng)。

3.3 并網(wǎng)/離網(wǎng)切換控制仿真

從t=0 s開始，電網(wǎng)在并網(wǎng)狀態(tài)工作，在t=0.5 s時切換到離網(wǎng)狀態(tài)，并保持到仿真結(jié)束。此外，微電網(wǎng)內(nèi)部同樣通過PQ控制使光伏發(fā)電功率輸出恒定在10 kW，并在t=0時接入負荷1(20 kW)，在t=0.5 s時接入負荷2(5 kW)，在t=1.0 s時切出負荷2(5 kW)。

由于并網(wǎng)時有大電網(wǎng)保障微電網(wǎng)功率，而離網(wǎng)時有并網(wǎng)接口直流側(cè)的混合儲能環(huán)節(jié)保障微電網(wǎng)功率，因此并網(wǎng)接口中微網(wǎng)側(cè)的變流器無論并網(wǎng)離網(wǎng)，只需采用V/f控制就能保證微網(wǎng)內(nèi)負荷正常運行。如圖19所示，當(dāng)t=0.5 s時，并網(wǎng)模式切換成離網(wǎng)，并未對微網(wǎng)側(cè)電壓造成影響，微網(wǎng)電壓的幅值和頻率沒有改變，可支撐其內(nèi)部負荷的正常運行。

圖19 微電網(wǎng)側(cè)a相電壓與電流

帶有混合儲能裝置的微網(wǎng)并網(wǎng)接口接入系統(tǒng)，當(dāng)微電網(wǎng)運行模式從并網(wǎng)切換到離網(wǎng)的過程中的微網(wǎng)輸出功率P4、配網(wǎng)輸出功率P5以及混合儲能總輸出功率P6的波形如圖20所示。

圖20 并網(wǎng)/離網(wǎng)切換時微網(wǎng)側(cè)功率P4、配網(wǎng)側(cè)功率P5及混合儲能充放電功率P6

圖中可看出，當(dāng)處于0～0.5 s時，微電網(wǎng)所缺的電量全部由配電網(wǎng)提供，微網(wǎng)輸出功率為-10 kW，配網(wǎng)輸出功率為10 kW，剛好補償微網(wǎng)，儲能環(huán)節(jié)沒有動作。在0.5 s后，并網(wǎng)模式切換為離網(wǎng)模式，因此配網(wǎng)輸出功率為0，且微網(wǎng)負荷突增5 kW，微網(wǎng)輸出功率為-15 kW，此時混合儲能設(shè)備快速作用，向微網(wǎng)側(cè)持續(xù)輸出15 kW的功率以支撐負荷的正常運作。當(dāng)t=1.0 s時，微網(wǎng)內(nèi)5 kW的負荷2再次切出，微網(wǎng)輸出功率又驟增到-10 kW，混合儲能持續(xù)作用，向微網(wǎng)輸出10 kW功率，繼續(xù)支撐負荷正常運行。

帶有混合儲能裝置的微網(wǎng)并網(wǎng)接口接入系統(tǒng)，當(dāng)微電網(wǎng)運行模式從并網(wǎng)切換到離網(wǎng)的過程中，并網(wǎng)接口中的混合儲能系統(tǒng)內(nèi)蓄電池的SOC3與超級電容SOC4變化情況如圖21所示。

圖21 并網(wǎng)/離網(wǎng)切換時蓄電池SOC3和超級電容SOC4

從圖中可看出，當(dāng)混合儲能系統(tǒng)需要向微電網(wǎng)持續(xù)輸出功率時，容量高的儲能元件蓄電池承擔(dān)起了持續(xù)輸出功率的任務(wù)。當(dāng)t=0.5 s以及t=1.0 s時，微網(wǎng)輸出功率突然變化，超級電容由于密度高反應(yīng)靈敏也迅速補償了功率?；旌蟽δ芟到y(tǒng)中，兩個元件根據(jù)自身優(yōu)勢劣勢取長補短，不僅延長了元件自身壽命，還使微電網(wǎng)并/離切換的過程更加簡單，切換過程也更加平滑。

4 結(jié)束語

本文提出將一種改進的背靠背變流器作為柔性并網(wǎng)接口，將混合儲能技術(shù)運用在微網(wǎng)并網(wǎng)技術(shù)中，建立了整個微網(wǎng)并網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對該接口并網(wǎng)時的控制策略進行了優(yōu)化，最后通過MATLAB/Simulink驗證了系統(tǒng)模型和控制策略的有效性和可行性。仿真結(jié)果表明，改進后的柔性并網(wǎng)接口能夠解決由微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源發(fā)電功率波動和負荷變化引起的微網(wǎng)功率波動所導(dǎo)致的大電網(wǎng)系統(tǒng)不穩(wěn)定問題，優(yōu)化了微網(wǎng)并/離網(wǎng)時內(nèi)部的控制方式，使配電網(wǎng)和微電網(wǎng)之間柔性互聯(lián)，實現(xiàn)了微網(wǎng)的柔性并網(wǎng)。本文的研究內(nèi)容為微網(wǎng)中更多新能源的接入提供了條件，也為以后并網(wǎng)技術(shù)的深入研究提供了參考。