考慮拓?fù)淝袚Q暫態(tài)波動的微電網(wǎng)群分布式協(xié)同控制策略

陳 哲，李山林，林 達(dá)，李志浩，張雪松

（1. 國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2. 東南大學(xué) 電氣工程學(xué)院，南京 210018）

0 引言

能源危機(jī)和環(huán)境污染問題迫使人們重新審視能源供給結(jié)構(gòu)，實(shí)施可再生能源替代、建設(shè)清潔低碳的現(xiàn)代能源體系是世界能源革命的必然選擇［1］。相比新能源集中式發(fā)電，分布式發(fā)電具有就地消納、能源利用效率高、環(huán)境污染小等優(yōu)勢，近年來呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢。微電網(wǎng)是由多種分布式電源、分布式儲能、負(fù)載以及相關(guān)的監(jiān)控保護(hù)裝置構(gòu)成的區(qū)域自治型電網(wǎng)系統(tǒng)。它為新能源分布式發(fā)電的使用提供了一種新的方式［2］。但單個微電網(wǎng)難以滿足故障場景下負(fù)荷的靈活轉(zhuǎn)供，抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力較差。微電網(wǎng)群可在不同區(qū)域間協(xié)同管理，有助于新能源協(xié)調(diào)互補(bǔ)運(yùn)行，提升供電質(zhì)量和新能源消納率。同樣的，在配電網(wǎng)嚴(yán)重受損時，在高密度分布式電源接入的場景下也可劃分為多個微電網(wǎng)運(yùn)行。但相比于單微電網(wǎng)，微電網(wǎng)群的主體構(gòu)成、動態(tài)行為、協(xié)同運(yùn)行更為復(fù)雜，因此深入研究微電網(wǎng)群控制策略是必要的。

目前關(guān)于微電網(wǎng)群間的能量管理控制，主要分為集中式控制、分布式控制兩類［3］。集中式分層控制將多個微電網(wǎng)中各控制單元進(jìn)行統(tǒng)一管理，中央控制器負(fù)責(zé)系統(tǒng)信息的提取、控制指令的計(jì)算等［4］。但在實(shí)際應(yīng)用中，集中式計(jì)算和通信功能不可避免地受到控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)性能的限制，對系統(tǒng)穩(wěn)定性要求高，且系統(tǒng)拓展成本高昂。文獻(xiàn)［5］提出了一種微電網(wǎng)群分布式控制器，利用基于Q-Learning 算法的通信拓?fù)鋬?yōu)化策略，給出了微電網(wǎng)群全局協(xié)同控制方案，每個子微電網(wǎng)通過與相鄰微電網(wǎng)的信息交互即可實(shí)現(xiàn)類全局信息的共享。支撐高比例分布式電源接入的微電網(wǎng)群，一般采用微電網(wǎng)群分層控制方法協(xié)調(diào)微電網(wǎng)間和微電網(wǎng)內(nèi)部的功率，針對不同的控制層級，主要分為分布-集中式方式［6］和集中-分布式方式［7］兩種方式。文獻(xiàn)［8］提出一種微電網(wǎng)集群的分層分布式協(xié)同控制策略，將微電網(wǎng)群的控制分為本地控制層和集群控制層。

多微電網(wǎng)間通過聯(lián)絡(luò)線實(shí)現(xiàn)功率交互，為充分發(fā)揮微電網(wǎng)群間功率互補(bǔ)和協(xié)同互補(bǔ)特性，可通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)動態(tài)調(diào)整微電網(wǎng)間電氣界限，即由拓?fù)渥兓瘜?shí)現(xiàn)源荷轉(zhuǎn)移和功率互濟(jì)?，F(xiàn)有研究微電網(wǎng)群拓?fù)渥兓ǔ１槐硎鰹榫哂蟹€(wěn)定性約束的0-1變量優(yōu)化問題［9-10］，文獻(xiàn)［11］將微電網(wǎng)群拓?fù)涞闹貥?gòu)表述為一種徑向約束方法，該方法充分考慮了拓?fù)浜头植际诫娫吹撵`活性，從而確保了可擴(kuò)展性和最優(yōu)性。文獻(xiàn)［12］中提出了模型預(yù)測控制器，根據(jù)本地分布式電源和負(fù)載需求優(yōu)化功率分配，以滿足操作的靈活性。然而，上述文獻(xiàn)主要考慮經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)對微電網(wǎng)群進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，求得最優(yōu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并未關(guān)注指令下發(fā)后支路通斷狀態(tài)改變過程中引起的暫態(tài)波動。微電網(wǎng)群間拓?fù)涞淖兓婕胺€(wěn)定可靠的運(yùn)行，分布式電源的接入使得此問題可從分布式電源潛能方面得以緩解，但目前考慮支路通斷過程中引起的暫態(tài)波動的研究較少。如果開關(guān)閉合時的電壓幅值和相位的不同步、開關(guān)斷開時支路上的功率流都將給多微電網(wǎng)系統(tǒng)帶來不希望的暫態(tài)過電流［13-14］。如果暫態(tài)過電流過大，分布式電源及部分負(fù)荷將退出運(yùn)行［15］。在文獻(xiàn)［16］中，通過將補(bǔ)償控制項(xiàng)引入二級控制級來補(bǔ)償暫態(tài)沖擊，但調(diào)節(jié)在偏差發(fā)生后才生效，系統(tǒng)仍會在瞬間受到影響，導(dǎo)致電能質(zhì)量惡化。

為解決上述問題，本文針對微電網(wǎng)群間拓?fù)淝袚Q時的暫態(tài)波動，提出了分布式電源間的協(xié)同控制策略。通過分布式電源預(yù)控制調(diào)節(jié)聯(lián)絡(luò)線功率流，降低開關(guān)兩側(cè)電壓相角差，以及緊急狀態(tài)下的轉(zhuǎn)供支路選擇，大大緩解了開關(guān)動作時的暫態(tài)沖擊。該策略不僅保證了各微電網(wǎng)的電壓、頻率穩(wěn)定以及準(zhǔn)確的功率分配，同時實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)群拓?fù)錈o縫切換。該策略具有以下3個方面優(yōu)勢：

1）通過分布式控制緩解拓?fù)淝袚Q時的波動，有效發(fā)揮分布式電源利用潛能和故障下微網(wǎng)群供電可靠性。

2）考慮了恒功率和下垂并存的微電網(wǎng)群結(jié)構(gòu)與，并提出了相應(yīng)的控制策略，擴(kuò)大了策略的適用范圍。

3）基于局部信息交互的分布式一致性算法搭建分布式通信網(wǎng)絡(luò)，有利于微電網(wǎng)群的拓展，且提高了通信的可靠性。

1 微電網(wǎng)群分層協(xié)同控制架構(gòu)

區(qū)域微電網(wǎng)群系統(tǒng)中，當(dāng)各微電網(wǎng)產(chǎn)能過剩/不足，或某線路故障時，可通過互相之間的聯(lián)絡(luò)線開關(guān)動作更改微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)行能量交互，提供電力支撐，保證供電可靠性［17］。針對高比例分布式電源的接入使系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)更加復(fù)雜的問題，微電網(wǎng)群中分布式電源協(xié)同控制可采用如圖1所示的控制結(jié)構(gòu)。微電網(wǎng)之間通過各區(qū)域的主導(dǎo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分布式通信，依照經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、改善電壓分布、故障下快速恢復(fù)供電等控制目標(biāo)達(dá)成各微電網(wǎng)功率調(diào)控的參考指令，稱為主導(dǎo)協(xié)同控制。微電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)則各分布式電源通過分布式信息交互，實(shí)現(xiàn)有功、無功功率分配，全局電壓偏移協(xié)同恢復(fù)，頻率恢復(fù)等?；A(chǔ)控制則無需進(jìn)行通信，各分布式電源通過Droop、恒功率控制等策略保持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，包括主從和對等兩種控制模式［18］。

圖1 微電網(wǎng)群協(xié)同控制結(jié)構(gòu)Fig.1 Cooperative control structure of microgrid cluster

本文側(cè)重于微電網(wǎng)群內(nèi)分布式電源的協(xié)同控制，微電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線功率傳輸控制量下發(fā)給各微電網(wǎng)的主導(dǎo)節(jié)點(diǎn)，微電網(wǎng)內(nèi)部其余節(jié)點(diǎn)在與主導(dǎo)節(jié)點(diǎn)分布式信息共享的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)有功、無功功率的協(xié)同增發(fā)。

式中：和分別為區(qū)域X、區(qū)域Y之間聯(lián)絡(luò)線根據(jù)控制目標(biāo)得到的將傳輸?shù)挠泄Αo功功率大??；kp和ki分別為相應(yīng)控制器的控制參數(shù)；PXY和QXY則為當(dāng)前實(shí)際的功率大?。缓蜑橄掳l(fā)至區(qū)域X主導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的增發(fā)/減少的有功功率和無功功率指令信息。

2 基于聯(lián)絡(luò)線功率協(xié)調(diào)的多微電網(wǎng)協(xié)同控制策略

現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)未曾考慮開關(guān)動作時對微電網(wǎng)系統(tǒng)的暫態(tài)影響，因此還需要關(guān)注指令下發(fā)后分布式電源的控制問題，如何在高密度分布式電源接入配電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制使重構(gòu)過程波動最小，過渡平滑。以圖2所示的微電網(wǎng)群為例，各微電網(wǎng)之間均存在聯(lián)絡(luò)線，最開始微電網(wǎng)1與微電網(wǎng)2聯(lián)合運(yùn)行，微電網(wǎng)3獨(dú)立運(yùn)行，然后根據(jù)指令需求更改為微電網(wǎng)2與微電網(wǎng)3聯(lián)合運(yùn)行。此時需先斷開已連接的聯(lián)絡(luò)開關(guān)使微電網(wǎng)2獨(dú)立運(yùn)行，之后再閉合聯(lián)絡(luò)線開關(guān)將微電網(wǎng)2連接至微電網(wǎng)3。因此整個拓?fù)淝袚Q過程運(yùn)行需求包括：系統(tǒng)電壓和頻率穩(wěn)定，同時在拓?fù)涓淖兦昂笪㈦娋W(wǎng)區(qū)域內(nèi)部保證分布式電源間的功率按容量均分；當(dāng)連接的微電網(wǎng)之間的開關(guān)需要斷開時，在動作前將通過該開關(guān)的功率流降為零，以此減少開關(guān)斷開對原區(qū)域的影響；當(dāng)微電網(wǎng)之間的開關(guān)需要閉合時，開關(guān)兩側(cè)的電壓應(yīng)在動作前保持同步，以此降低開關(guān)閉合時的沖擊。

圖2 計(jì)及聯(lián)絡(luò)線功率的微網(wǎng)群拓?fù)淝袚QFig.2 MGC topology switching considering tie-line power

2.1 分布式協(xié)同增發(fā)

此時，通過計(jì)算即將斷開線路上流動的有功、無功功率Pl、Ql，將其作為將獨(dú)立運(yùn)行部分的分布式電源出力缺額，通過分布式一致性信息交互方法將其按比例劃分給其中的分布式電源。

微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源可控制輸出功率的控制模式主要為恒功率控制和Droop 下垂控制，對于恒功率控制模式下的分布式電源，僅需要通過分布式平均一致性信息交互方法［19］交互有功、無功功率輸出的參考值并達(dá)成一致即可，控制框圖如圖3 所示，相應(yīng)的有功、無功功率參考值改變?nèi)缦拢?/p>

圖3 微電網(wǎng)群拓?fù)淝袚Q過程中恒功率模式控制框圖Fig.3 Block diagram of constant power mode control during MGC topology switching

式中：ΔPi和ΔQi分別為分布式電源i與鄰居節(jié)點(diǎn)交互后產(chǎn)生的有功、無功功率輸出偏差；CP和CQ為控制器增益；A=［aij］表示分布式信息交互矩陣，其中若節(jié)點(diǎn)j向節(jié)點(diǎn)i傳遞信息，則aij≠0，反之a(chǎn)ij=0；Ni表示與分布式電源i相連的節(jié)點(diǎn)的集合；Pi和Qi則為分布式電源i實(shí)時輸出的有功、無功功率；ci是與分布式電源i容量成反比的系數(shù)，通過該系數(shù)與功率相乘保證各分布式電源能按照容量進(jìn)行功率的分配；和為輸出功率參考值的補(bǔ)償量；和則為輸出功率實(shí)時的參考值；kPp、kPi、kQp、kQi為相應(yīng)PI 控制器的控制參數(shù)。

然后，通過即將斷開線路上流動的有功、無功功率Pl、Ql，計(jì)算將獨(dú)立運(yùn)行部分分布式電源的出力增發(fā)量：

式中：ΔP'i和ΔQ'i為保證將該線路傳輸?shù)挠泄Αo功功率控制到目標(biāo)值的補(bǔ)償量。、的值越接近0，越能完全斷絕該支路上的功率流動，從而斷開相應(yīng)開關(guān)的時候不引起暫態(tài)波動。具體的目標(biāo)參考值與增發(fā)區(qū)域內(nèi)分布式電源容量相關(guān)，在容量允許范圍內(nèi)可靈活設(shè)置目標(biāo)值，盡可能地抑制聯(lián)絡(luò)線功率流，從而大幅降低該支路上流通的功率，大幅降低開關(guān)斷開時的暫態(tài)波動。因此，恒功率模式下分布式電源i的有功、無功出力參考值應(yīng)更新為：

對于Droop 控制則是通過Pl、Ql和計(jì)算分布式電源輸出角頻率和電壓幅值的修正量并添加至二次控制環(huán)路中：

2.2 預(yù)同步控制

恒功率控制模式下的分布式電源無維持并調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓、頻率的能力，因此通過下垂控制的電壓源型分布式電源來進(jìn)行系統(tǒng)平均電壓、頻率恢復(fù)，以及調(diào)節(jié)聯(lián)絡(luò)線兩端電壓、相角差，具體的控制策略如圖4所示。

圖4 微電網(wǎng)群拓?fù)淝袚Q過程中下垂模式控制框圖Fig.4 Block diagram of sag mode control during MGC topology switching

分布式電源下垂控制策略設(shè)計(jì)如下：

式中：ω*和E*代表了系統(tǒng)的額定頻率和電壓幅值；ωi和Ei分別為分布式電源輸出電壓的角頻率和電壓幅值；Pi和Qi分別為分布式電源產(chǎn)生的有功和無功功率；mi和ni分別為有功和無功下垂系數(shù)。

考慮到下垂控制的有差調(diào)節(jié)特性以及各分布式電源輸出阻抗間的不匹配，在下垂控制的作用下輸出電壓將偏離額定值，且無功功率無法準(zhǔn)確分配，在極端情況下甚至?xí)a(chǎn)生功率環(huán)流。因此，為保障系統(tǒng)的高效運(yùn)行，提高電能質(zhì)量，需引入分布式二次控制實(shí)現(xiàn)各分布式單元間的協(xié)同運(yùn)行。但各分布式電源輸出電壓恢復(fù)和無功功率均分存在矛盾性。本文考慮了一種折中方案，即以微電網(wǎng)系統(tǒng)平均電壓恢復(fù)和無功按比例均分為控制目標(biāo)。如果考慮動態(tài)收斂或通信延遲，可以調(diào)整控制增益。在子區(qū)域中，節(jié)點(diǎn)之間的通信關(guān)系可以建模為一個網(wǎng)絡(luò)，可用連通無向圖GD表示。AX=｛aij｝為相應(yīng)的連接矩陣，因此二次控制器被設(shè)計(jì)為：

式中：Δωi和ΔEi分別為分布式電源輸出角頻率和電壓幅值的修正量；k?i、kPi、kEi、kQi表示P-f調(diào)節(jié)和Q-U調(diào)節(jié)的控制增益；ei用于將平均電壓恢復(fù)到額定值；βi為調(diào)節(jié)無功按容量均分和電壓恢復(fù)的權(quán)重系數(shù)。

此外，為了實(shí)現(xiàn)該區(qū)域連接至新區(qū)域的無縫重構(gòu)，降低開關(guān)閉合時的暫態(tài)波動，還需要確保在開關(guān)閉合前兩側(cè)的相角、電壓同步：

3 緊急情況下計(jì)及開關(guān)沖擊電流的轉(zhuǎn)供策略

若微網(wǎng)群中某線路突發(fā)故障，需要對所波及的節(jié)點(diǎn)及負(fù)荷進(jìn)行快速轉(zhuǎn)移，保證供電可靠性。此時難以進(jìn)行預(yù)先的聯(lián)絡(luò)線功率降低、電壓相角同步等操作，同時短時間內(nèi)難以考慮經(jīng)濟(jì)化的轉(zhuǎn)供策略，只能在可轉(zhuǎn)供的線路中盡可能地選擇引起波動最小的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行源荷轉(zhuǎn)供。

開關(guān)閉合操作瞬間會在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生較大的沖擊電流，沖擊電流對微電網(wǎng)運(yùn)行安全性也有重要影響。通過戴維南等值電路可得到開關(guān)閉合時聯(lián)絡(luò)線上沖擊電流表達(dá)式為［20］：

式中：Im為沖擊電流的穩(wěn)態(tài)周期分量幅值，由兩側(cè)等效的電壓幅值差和線路阻抗計(jì)算得到；φ為開關(guān)閉合時配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的阻抗角；Ta為聯(lián)絡(luò)線上沖擊電流的衰減時間常數(shù)，且Ta=L/R。

由式（14）可知，聯(lián)絡(luò)線沖擊電流i（t）由周期分量與非周期分量組成。當(dāng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)閉合時α-φ=90°非周期分量將達(dá)到最大值，聯(lián)絡(luò)線上將出現(xiàn)較大的沖擊電流。因此，開關(guān)閉合時沖擊電流的大小與聯(lián)絡(luò)線兩側(cè)電壓幅值差、相角差和穩(wěn)態(tài)電流幅值有關(guān)，可通過分布式通信網(wǎng)絡(luò)對以上影響因素進(jìn)行快速比較，從而選擇沖擊最小的轉(zhuǎn)供路徑。

首先，需要明確故障波及區(qū)域所需功率和可轉(zhuǎn)供的微電網(wǎng)功率可調(diào)范圍，若該微電網(wǎng)功率可調(diào)范圍大于所需，即可轉(zhuǎn)供。

微電網(wǎng)功率可調(diào)范圍與集群內(nèi)可控設(shè)備當(dāng)前出力及其出力限值有關(guān)。用于表達(dá)微電網(wǎng)所能提供的有功功率和無功功率可增發(fā)或可削減額度。其中，有功功率的增減額度僅受可控分布式電源的出力及限值影響：

式中：ΔPmax和ΔPmin分別為目標(biāo)微電網(wǎng)有功可調(diào)節(jié)范圍的上、下限；和分別為DGn有功出力的最大值和最小值；Pn為DGn當(dāng)前時刻的有功出力；N為集群中可控DG的總數(shù)。無功可調(diào)范圍同理可得。

開關(guān)閉合時兩側(cè)的相角差是重要的影響因素，需要精確提取兩側(cè)相角。如圖5 所示，可使用DSOGI（雙二階廣義積分器）代替?zhèn)鹘y(tǒng)PLL（鎖相環(huán)）提取該節(jié)點(diǎn)三相電壓的正序分量，避免諧波和不平衡分量等對相角提取的影響。

圖5 基于DSOGI精確提取電壓相角Fig.5 Accurate voltage phase angle extraction based on DSOGI

通過上述分析，聯(lián)絡(luò)線開關(guān)閉合后的穩(wěn)態(tài)電流大小也會對開關(guān)閉合時的暫態(tài)波動產(chǎn)生影響，同時聯(lián)絡(luò)線上將出現(xiàn)的電流大小難以知曉。但故障區(qū)域內(nèi)的分布式電源并入其他區(qū)域后，通過分布式通信網(wǎng)絡(luò)將獲得新的一致性功率出力安排。因此，可通過預(yù)估該故障區(qū)域內(nèi)各分布式電源加入不同區(qū)域后的功率變化量來代替即將通過聯(lián)絡(luò)線傳輸?shù)墓β蚀笮　?/p>

式中：Y和X分別為故障區(qū)域Y和將轉(zhuǎn)供區(qū)域X分布式電源的集合；ci為與分布式電源i容量成反比的比例系數(shù)；Pi和Qi為分布電源i實(shí)時的有功和無功出力；nY和nX分別為故障區(qū)域Y和將轉(zhuǎn)供區(qū)域X分布式電源的數(shù)量。

綜上，只有滿足了功率容量需求的微電網(wǎng)才可進(jìn)行轉(zhuǎn)供。后述的3種因素會影響開關(guān)閉合時的暫態(tài)波動，需要盡可能地選擇引起波動最小的聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行轉(zhuǎn)供。在系統(tǒng)規(guī)模、線路結(jié)構(gòu)不是很龐大的微網(wǎng)群系統(tǒng)中，故障節(jié)點(diǎn)只需獲知與此區(qū)域相連線路的信息，采用較為精確的PLL、電壓電流數(shù)據(jù)采集裝置和分布式通信網(wǎng)絡(luò)配合即可得到較好的控制效果。但隨著微網(wǎng)群規(guī)模的不斷擴(kuò)大，區(qū)域間距離不斷增加將對信息的實(shí)時性有著更高的要求，此時可考慮在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部署同步相量測量裝置保障信息的同步性。

4 算例分析

本章增加含可控分布式電源的浙江寧波某線路實(shí)際系統(tǒng)參數(shù)來驗(yàn)證所提控制策略的有效性。將該線路劃分為了3個微電網(wǎng)，并在微電網(wǎng)之間設(shè)置了多條聯(lián)絡(luò)線，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6所示。為直觀展示均分效果，在此微電網(wǎng)群系統(tǒng)中認(rèn)為8臺分布式電源的容量相同。

圖6 微電網(wǎng)群結(jié)構(gòu)Fig.6 MGC structure

4.1 基于聯(lián)絡(luò)線功率協(xié)同控制

一開始微電網(wǎng)1和微電網(wǎng)2聯(lián)合運(yùn)行，考慮到經(jīng)濟(jì)性或安全性目標(biāo)，下發(fā)了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲貥?gòu)的指令，需要斷開支路3-4，閉合支路5-12 的開關(guān)，即將微電網(wǎng)2與微電網(wǎng)3聯(lián)合運(yùn)行。整體的仿真流程包括t=4 s 時分布式電源4 和分布式電源5 進(jìn)行功率增發(fā)，將支路3-4 上傳輸?shù)墓β式档蜑榱?；t=6 s 時正式斷開支路3—4 上的開關(guān)；t=7 s 時開始進(jìn)行節(jié)點(diǎn)5與節(jié)點(diǎn)12之間的相角、電壓預(yù)同步，降低開關(guān)兩側(cè)差異；t=8 s 時正式閉合支路5—12上的開關(guān)。仿真結(jié)果如圖7—9所示。

圖7 分布式電源輸出功率波形Fig.7 Output power waveforms of distributed generation（DG）

圖7 展示了分布式電源4—8 的有功和無功功率輸出情況。從中可以看出在t=4 s時分布式電源4、分布式電源5 協(xié)同增發(fā)了有功和無功，二者增發(fā)的趨勢相同且依然保持著功率的均分；在t=6 s斷開支路開關(guān)時，分布式電源4、分布式電源5輸出僅有微小的波動；t=7 s進(jìn)行的相角、電壓預(yù)同步操作對功率的輸出基本沒有影響；最后在t=8 s閉合支路開關(guān)時分布式電源4—8 構(gòu)成新的交互網(wǎng)絡(luò)，分布式電源4、分布式電源5高于其它分布式電源的出力得到了合理的分配，5個分布式電源最終出力按容量統(tǒng)一，且趨于統(tǒng)一的過程中沒有劇烈的波動，整體波形十分平滑。

圖8 展示了分布式電源5 和分布式電源6 的輸出頻率變化波形，可以看到在t=4 s時因?yàn)楣β实脑霭l(fā)，分布式電源5的輸出頻率產(chǎn)生波動，但也僅有0.07 Hz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于安全標(biāo)準(zhǔn)；在t=6 s 支路開關(guān)正式斷開時，所引發(fā)的頻率波動也微乎其微；在t=7 s 分布式電源4、分布式電源5 進(jìn)行相角預(yù)同步，同樣產(chǎn)生了部分波動；在t=8 s 合上開關(guān)時，可以看到此時波動也極小。

圖9展示了節(jié)點(diǎn)5和節(jié)點(diǎn)12之間的相角差，一開始節(jié)點(diǎn)5的相角滯后于節(jié)點(diǎn)12，在t=4 s分布式電源功率協(xié)同增發(fā)后相角反而超前不少；在該區(qū)域斷開后相角差略有降低；在t=7 s時預(yù)同步控制器得以啟用，從圖9可以看出此時節(jié)點(diǎn)5和節(jié)點(diǎn)12之間的相角差降至為0；在t=8 s 并網(wǎng)后，因?yàn)榫€路上的功率傳輸二者再次產(chǎn)生了相角差。綜上所述，驗(yàn)證了所提基于聯(lián)絡(luò)線功率的分布式電源控制策略對于降低開關(guān)切換過程中暫態(tài)波動的有效性。

4.2 緊急情況下轉(zhuǎn)供路徑選擇

在電力系統(tǒng)中最常出現(xiàn)且影響最大的故障為單相接地故障，因此，本節(jié)以A 相短路故障為例驗(yàn)證所提轉(zhuǎn)供路徑選擇策略的有效性。一開始各微電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，設(shè)置在支路2—3之間于t=1.95 s發(fā)生單相接地故障，繼電保護(hù)裝置的檢測和動作時間約為0.05 s，設(shè)置t=2 s 時斷開支路2-3，此時節(jié)點(diǎn)3 的源荷存在3 條轉(zhuǎn)供路徑：支路3-4、支路3-9和支路3-7，基于所述的轉(zhuǎn)供策略選擇閉合相應(yīng)的聯(lián)絡(luò)線開關(guān)。仿真結(jié)果如圖10—12所示。

圖10 不同轉(zhuǎn)供路徑下節(jié)點(diǎn)的相角差Fig.10 Phase angle differences of nodes under different transfer paths

在預(yù)先判斷條轉(zhuǎn)供路徑容量均達(dá)標(biāo)的情況下，本次仿真以相角差為關(guān)鍵因素進(jìn)行轉(zhuǎn)供，根據(jù)多條支路兩端的相角差對比，如圖10 所示，在t=1.95 s故障發(fā)生之前節(jié)點(diǎn)3與節(jié)點(diǎn)4的相角差最小，但由于故障的發(fā)生，微電網(wǎng)1中的分布式電源產(chǎn)生短時間的較大沖擊改變了實(shí)時的相角差，在t=2 s轉(zhuǎn)供時節(jié)點(diǎn)3與節(jié)點(diǎn)9的相角差最小，因此選擇了支路3—9進(jìn)行源荷的轉(zhuǎn)供，轉(zhuǎn)供時節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)9產(chǎn)生的頻率波動如圖11 所示。同時在該轉(zhuǎn)供場景下微電網(wǎng)1、微電網(wǎng)2 中各分布式電源輸出的有功、無功功率波形如圖12 所示，在t=1.95 s 突發(fā)接地故障時微電網(wǎng)1內(nèi)的分布式電源產(chǎn)生了較大的功率波動，在t=2 s轉(zhuǎn)供開始后各分布式電源能很快且平滑地按新的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)功率的分配。通過上述分析，所提轉(zhuǎn)供路徑選擇的策略有效性已得到驗(yàn)證。

圖11 節(jié)點(diǎn)頻率波動波形Fig.11 Waveforms of node frequencies

圖12 轉(zhuǎn)供場景下分布式電源輸出功率波形Fig.12 Output power waveforms of DG under the transfer supply scenario

5 結(jié)語

本文所提的分布式電源協(xié)同控制策略適用于恒功率和下垂控制的微電網(wǎng)群系統(tǒng)，且只需要滿足通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為連通圖的條件，降低成本的同時提高了系統(tǒng)可拓展性。本文的關(guān)注點(diǎn)在于拓?fù)淝袚Q時引發(fā)的暫態(tài)波動，通過分布式電源間的協(xié)同控制對聯(lián)絡(luò)線功率、聯(lián)絡(luò)線兩端相角、電壓差進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)，同時在緊急情況下計(jì)及開關(guān)沖擊電流進(jìn)行轉(zhuǎn)供路徑選擇，有效緩解了開關(guān)切換過程中的暫態(tài)沖擊。