交直流混合微网中双向接口变换器控制综述

王晓声，孙　凯，李运帷



交直流混合微网中双向接口变换器控制综述

王晓声1，孙凯1，李运帷2

（1.清华大学电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室，北京100084；2.加拿大阿尔伯塔大学电气与计算机工程学院，埃德蒙顿T6G1H9）

摘要：在交直流混合微网中，双向AC/DC接口变换器连接交直流母线实现子网之间的能量双向流动，其控制策略直接影响交直流混合微网的稳定运行。根据微电网的运行模式，接口变换器的控制可以分为并网控制和孤岛控制两大类。首先对交直流混合微网的结构进行了分析和讨论，随后分别介绍了并网模式和孤岛模式下单台接口变换器以及多台并联接口变换器的控制策略。最后对当前主要的控制方法进行了总结，并对未来双向接口变换器的研究方向进行了展望。

关键词：微电网；双向AC/DC变换器；并网运行；孤岛运行

引言

随着传统化石能源的逐渐枯竭和全球变暖的日益加剧，近年来以光伏、风电为代表的可再生能源迅猛发展［1-5］。为了将大规模可再生能源接入电网，交直流混合微电网成为了一种重要的方式。交直流混合微网由电源、负荷和储能系统组成，各单元通过各自的接口变换器接入直流母线或交流母线，交流母线又通过公共连接点PCC（point of common coupling）接入大电网，实现并网和孤岛模式的运行。直流母线与交流母线通过双向接口变换器相连，实现能量的双向流动。接口变换器作为母线间的桥梁，肩负着微网内功率平衡和母线电压稳定两大重要功能。又由于接口变换器要求能量的双向流动，故控制策略与并网逆变器或整流器相比更加复杂。

目前诸多学者对交直流混合微网中双向接口变换器的控制进行了广泛研究，提出了多种控制方法。根据微网的运行模式可以将这些方法分为并网模式和孤岛模式两大类。并网模式下，交流母线直接接入大电网，接口变换器只需考虑直流侧功率平衡和电压稳定即可。孤岛模式下，交流母线失去电网支撑，接口变换器需要兼顾交流侧和直流侧的功率平衡与电压稳定，控制更加复杂。此外，单台接口变换器和多台并联接口变换器在控制上也有区别。对于单台变换器，可以使用电压闭环控制直接稳定母线电压；而对于多台并联变换器，则需要采用适用于分布式系统的下垂控制，以实现功率在各台接口变换器间的比例分配。

本文将对目前已有的典型控制策略进行介绍和综述，分析各自的优缺点和适用范围；随后对这些控制策略进行总结，指出未来改进的方向，对接口变换器的发展方向进行展望。

1　交直流混合微网结构

图1给出了典型的交直流混合微网组成结构示意［6-11］。图中，储能系统、光伏、风电等可再生能源，负荷根据各自的需求分别通过各自的接口变换器接入直流或交流母线。直流侧，储能系统和光伏等直流型可再生能源通过DC/DC变换器接入直流母线，可以直接供给本地直流负荷；交流侧，储能系统和光伏等直流型可再生能源通过DC/AC变换器接入交流母线，风电等交流型可再生能源通过AC/AC变换器接入交流母线，可以直接供给本地交流负荷。交流母线通过静态开关STS（static transfer swithch）接入大电网，可以实现并网和孤岛两种运行模式。对于大电网而言，交直流混合微网相当于一个双向能量模块，既可以再并网模式下承担电源或符合的角色，也可以在孤岛模式下独立运行，具有高度的灵活性。为了保证交直流混合微网的能量调度和控制，能量管理系统通过数据母线与微网各成分进行信息和数据交换，并控制统一电能质量调节器UPQC（unified power quality conditioner）的运行和静态开关的动作。为了实现交流子网和直流子网之间的能量流动，需要通过DC/AC双向接口变换器将直流母线和交流母线连接起来。双向接口变换器通过双向的能量流动调节子网内的能量平衡。例如，当直流子网内电源无法满足负荷需求时，能量通过双向接口变换器从交流侧供给直流侧，维持直流微网的功率平衡和电压稳定。接口变换器可以有多种拓扑结构，包括全桥电路、半桥电路、模块化多电平拓扑、正激反激变换器、AC-DC矩阵变换器等，其中三相全桥电路最为常见，本文中以此拓扑作为研究对象。

图1　交直流混合微网结构Fig.1 Structure of hybrid AC/DC microgrids

2　并网模式下双向接口变换器的控制

并网模式下，由于交流母线接入大电网，交流母线的频率和电压幅值由大电网支撑，对于双向接口变换器和直流微网而言，相当于直接接入了大电网，此交直流混合微网等价结构如图2所示。由图可见，此时双向接口变换器的作用在于维持直流微网内部的功率平衡，稳定直流母线电压。当直流微网内部出现功率缺口时，直流母线电压下降；此时能量通过接口变换器从交流侧传到直流侧，弥补功率缺口。当直流微网内部出现功率富余时，直流母线电压升高；此时能量通过接口变换器从直流侧传到交流侧。

图2　并网模式下交直流混合微网等价结构Fig.2 Equivalent structure of hybrid AC/DC microgrid under grid-connected mode

早期研究中对于并网模式下的接口变换器采取双闭环恒电压控制［12-15］。直流母线电压作为外环，采用比例积分控制器维持电压稳定。内环为电流环或者功率环，以电压外环的输出为输入，控制接口变换器的输出电流，从而达到能量传递的目的。由于电压外环输出可正可负，所以电流给定值也可正可负，从而实现接口变换器在整流和逆变两种模式下的自动切换。恒电压控制法虽然简单易行，但其控制以电压稳定为目的，传输的功率不可控制；且对于多台接口变换器并联的情况无法保证系统的稳定性。近期的研究多采用下垂控制及改进下垂控制的方法实现无互联线情况下多台接口变换器之间的功率分配［16-20］，下垂控制已经在直流微网和交流微网中得到了广泛应用。直流微网中，通过P-V下垂关系实现分布式电源之间的功率分配；交流微网中，通过P-f和Q-V下垂关系实现分布式电源之间的功率分配。而传统的微电网下垂控制中能量流向往往是单向的，即能量总从可再生能源侧流向母线侧。对于接口变换器，要求能量传输是双向的，故需要对传统下垂控制进行改进。对于并网情况，由于交流母线由大电网支撑，故只需要实现直流下垂即可。传统下垂曲线只考虑P＞0的情况（整流模式），而对于接口变换器需要同时考虑P＞0和P＜0的情况。为此，需要对传统直流下垂关系进行改进，适应能量双向流动的需求。

2.1单台接口变换器的控制

如前所述，并网模式下交流母线电压和交流侧功率平衡由大电网完成，双向AC/DC接口变换器只需要平衡直流侧的功率即可。当直流侧功率出现富余时，变换器工作在逆变模式，将功率由直流侧传递到交流侧；当直流侧功率出现缺额时，变换器工作在整流模式，将功率由交流侧传递到直流侧。由于并网时接口变换器交流侧电压稳定，故对于单台接口变换器采用简单易行的直流恒电压控制。图3给出了直流侧恒电压控制的结构框图［13］。

图3　直流恒电压控制Fig.3 DC constant-voltage control

直流母线作为外环控制变量，比例积分控制器的输出作为d轴电流的参考值。由于直流母线电压仅与有功功率有关，故d轴电流为有功电流。只考虑接口变换器传输有功功率的情况，故无功电流设置为i*q。对dq轴电流分别进行比例积分控制，输出值经过dq/abc变换控制桥臂动作。

图3为PWM整流器最基本的控制结构。对于PWM整流器，能量总是从交流侧传递到直流侧，而对于接口变换器能量传递是双向。当U*dc＞Udc时，说明直流侧存在能量缺口，需要从交流侧获取能量，此时有i*d＞0，故变换器工作在整流模式下。当U*dc＜Udc时，说明直流侧存在能量富余，需要向交流侧传递能量，此时i*d＜0有，故变换器工作在逆变模式下。此方法虽然控制结构简单，但仅适用于单台接口变换器。对于并联接口变换器，相当于多台变换器对母线电压同时进行闭环控制，势必对系统稳定性造成影响。此外，由于各台变换器的输出功率不可控，变换器间容易产生环流，降低变换器可用容量和效率，严重者可能造成变换器损坏。

2.2多台并联接口变换器的控制

对于多台并联接口变换器，应当使用下垂控制及其衍生的改进下垂控制作为多台并联接口变换器的控制策略。下垂控制源于同步发电机的工作特性，已经广泛应用于交流微电网和直流微电网中分布式可再生能源功率的分配。目前，已有多种分层控制策略提出，不仅能实现功率在电源之间的比例分配，还能对电压和频率进行恢复，并进一步实现并网。由于下垂控制不需要变换器间的通信，大大降低了系统成本，实现了微网中分布式电源的即插即用。对于接口变换器，并网情况下由于交流电压幅值和频率已经确定，应当使用直流下垂控制实现各台变换器间的功率分配。传统直流下垂由于仅考虑能量单向流动的情况，故只能使用在整流模式下。图4给出了使用传统分层下垂控制的结构示意［19］。

图4　分层下垂控制结构示意Fig.4 Droop control structure with hierarchy

其下垂关系可表示为

式中，Rd为下垂系数。图4中直流母线电压通过PI调节器产生电流参考值。这里采用的是基于αβ模型的电流控制器，使用PR（比例谐振）调节器。

传统下垂控制属于有差调节，调节后，直流母线电压将低于v*dc。为了弥补由于下垂控制导致的直流母线电压跌落，可以引入第2层控制。图中虚线框部分即为第2层控制，将母线电压与参考值做差后经过PI调节器，将输出叠加到下垂控制产生的电压参考值v′dc上，从而使得母线电压恢复到参考值水平。然而，上述方法仅适用于接口变换器工作在整流模式下的控制，对于逆变模式需要另外设计控制策略，而模式的判断则由上层的控制器发出指令。为了实现整流和逆变模式的自主切换，可以对传统下垂控制策略进行改进。图5给出了3种可行的改进方案。

图5　3种改进下垂控制方法Fig.5 Three modified droop control methods

图5（a）将仅考虑第1象限的传统下垂控制拓展到第2象限［18］。当功率、考值P＞0时，变换器工作在整流模式；当P＜0时，变换器工作在逆变模式。图中UO为参考电压，UH、UL分别为直流母线电压上限和下限。此时的下垂关系为

式中，m为下垂系数，m＞0。可见，整流模式下，电压给定值总是小于参考值；逆变模式下，电压给定值总是大于参考值。此方法虽然简单易行，但当直流微网内部能量基本平衡而母线电压在参考值UO附近时，变换器可能在整流和逆变模式之间频繁切换，能量存在无谓的交换，降低了系统效率。为此，可以在参考值附近设置模式切换“死区”，防止变换器的频繁切换。

图5（b）给出了考虑死区的改进下垂控制，其下垂关系为：

式中：UthL为待机模式电压下限，UthH为待机模式电压上限。当U＜UthL时，直流微网存在功率缺额，此时功率参考值P＞0，变换器工作在整流模式；当U＞UthH时，直流微网存在功率富余，此时功率参考值P＜0，变换器工作在逆变模式；当UthL＜U＜UthH时，直流微网功率基本平衡，不需要母线间能量的传递，变换器待机。根据母线电压得出功率参考值后对接口变换器进行控制。可见，与图5（a）相比，这种方法更接近现实应用情况，在直流侧母线电压在参考值附近时，变换器不工作，从而提高整体效率。

图5（c）是另一种改进方法，目的在于进一步限制直流母线电压波动的范围。无论使用哪种下垂控制方法，其最终目的都是给出合适的有功功率参考值，再通过控制器令接口变换器按照功率给定工作。

可见，在并网模式下，对于单台接口变换器，使用直流恒电压控制即可以达到很好的控制效果；对于多台并联变换器，需要对传统直流下垂控制进行改进以适应能量双向流动。

3　孤岛模式下双向接口变换器的控制

孤岛模式下，交流母线电压失去了大电网的支撑，情况比并网模式复杂得多。对双向接口变换器的工作模式进行分类，结果如表1所示。此时认为交流微网中不存在类似于微型燃气轮机这种可以在孤岛情况下维持交流母线的设备。且仅将交流微网和直流微网视为一个能量供需的单元，而不考虑微网中存在敏感负荷等复杂的情况。

表1　孤岛模式下接口变换器工作模式Tab.1 Operation modes of interfacing converters under islanding mode

当交流侧和直流侧本地功率均供不应求时，各微网内部需要舍弃一些负荷以保证微网内功率的平衡，此时接口变换器处于待机状态。当交流侧功率供不应求而直流侧功率供大于求时，接口变换器应工作在逆变模式下，将直流侧多余功率传递到交流侧。当交流侧供大于求而直流侧供不应求时，接口变换器应工作在整流模式下，将交流侧多余功率传递到直流侧。当交流侧和直流侧功率都供大于求时，各微网内部必须关闭一些电源以保证微网内功率的平衡，此时接口变换器处于待机状态。可见，孤岛模式下接口变换器的作用在于“取长补短”，即将一侧富余的能量传递到另一侧。

早期研究中使用类似于并网模式下的恒电压控制法［13］，以交流侧电压为外环控制变量，其输出作为内环电流环的给定，达到稳定交流母线电压的目的。由于孤岛时直流母线和交流母线都没有电压支撑，所以只有在直流母线电压稳定的情况下才能达到较好的控制效果。使用恒电压控制时，必须通过调节直流微网的负荷、电源和储能的出力以维持直流母线的稳定，才能达到较好的控制交流母线电压的目的。与并网情况类似，也有很多学者将分布式发电中的下垂控制运用到接口变换器的控制。早期的方法需要首先判断交直流混合微网处于表1中的哪种情况，再决定采用直流下垂控制（整流模式）或者交流下垂控制（逆变模式），同时下垂曲线也需要进行改进［21-23］。可见，此方法下需要采用2套独立的控制策略，且需要接受来自中央控制器的指令以实现模式之间的切换。为了实现孤岛模式下无互联线并联接口变换器的控制，部分学者提出了直流-交流双向下垂控制［18，24-32］。这类方法同时考虑了直流侧P-V和交流侧P-f的关系，以归一化、滞回曲线等方式生成P-V-f下垂关系，从而实现接口变换器在整流和逆变模式之间的自主切换。

3.1单台接口变换器的控制

如前所述，孤岛模式下AC/DC双向接口变换器的控制要比并网模式下复杂很多。孤岛模式下由于交流侧失去大电网的支撑，使得交流侧电压幅值和频率也成为了变量。因此，在考虑交直流母线间能量传递时，不仅要保证直流母线电压的稳定，也要保证交流电压幅值和频率的稳定。与并网模式控制类似，对于单台接口变换器也可以采用简单的交流侧恒电压控制［13］。如图6所示为αβ坐标下的控制结构，即对变换器交流侧输出电压vα和vβ进行电压电流双闭环控制，而i*α和i*β的相位关系决定了变换器工作在整流模式还是逆变模式。

图6　交流恒电压控制Fig.6 AC constant-voltage control

上述恒电压控制也可以在dq坐标下进行，此时d轴对应有功功率。当i*d＞0时变换器工作在逆变模式，当i*d＜0时变换器工作在整流模式。当不考虑无功功率时，有i*d=0。恒电压控制法仅以控制交流母线电压为目标，方法简单，但没有考虑直流侧的功率平衡和母线电压稳定。此外，与并网模式下的直流恒电压控制类似，由于能量不可控，对于多台并联的双向接口变换器，有可能造成环流，降低系统可靠性和效率。

3.2多台并联接口变换器的控制

对于并联双向接口变换器，应当考虑采用下垂控制的方法，实现变换器间的能量分配。如前所述，孤岛模式下直流、交流侧电压均可变，不能像并网模式下简单地将传统直流下垂曲线进行延展，而是需要同时兼顾交流和直流下垂关系。为此，可以将交流P-f下垂曲线和直流P-U下垂曲线进行融合，得到适用于双向接口变换器的P-f-U下垂关系。

首先，需要对交流子网和直流子网的特性进行简要分析。一般情况下，子网内部的接口变换器都采用下垂控制，即直流侧采用P-U下垂控制，交流侧采用P-f/Q-U下垂控制。无论子网内部由哪些部分组成，都可以将各部分的下垂特性结合，得到子网整体的下垂特性曲线［18，25，26］，如图7所示。

图7　子网下垂特性曲线Fig.7 Droop character curves of subgrids

图中，子网整体的下垂特性曲线可以是线性的，也可以是非线性的，这与子网内部各个部分的下垂曲线特性有关。但无论各部分下垂曲线如何，都可以得出如图的子网整体的下垂曲线。根据下垂关系，对于直流子网，内部负荷越重，直流母线电压越低，即当直流微网母线电压下降时，子网内部可能存在功率缺额；对于交流微网，内部负荷越重，交流母线频率越低，即当交流微网母线频率下降时，子网内部可能存在功率缺额。从而，可以将直流母线电压和交流母线频率作为子网能量关系的判据——直流母线电压下降说明直流子网需要更多功率，交流母线频率下降说明交流子网需要更多功率。因此，电压和频率的变化可以作为交直流母线间双向接口变换器控制的依据。

图8　分层双向下垂控制Fig.8 Bidirectional droop control with hierarchy

图8所示为一类同时考虑直流侧和交流侧的双向下垂控制策略［29］。图中，Ku和Kf分别为直流侧和交流侧的下垂系数，ΔPu和ΔPf分别为直流下垂关系和交流下垂关系得到的有功功率参考值分量，Pref为接口变换器的有功功率参考值。通过下垂控制得到有功参考值Pref后，利用功率电流双闭环控制使得变换器输出给定的功率。无功功率可以按照需要给定，一般情况下设定Qref=0。则对于上述控制策略，有

由式（4）可知，变换器有功功率的最终参考值由交流下垂和直流下垂关系共同确定，两者之差是实际的变换器功率参考值（若P0=0）。当交流侧存在功率缺额或者交流侧功率缺额大于直流侧功率缺额时，交流母线电压的频率将下降，使得ΔPf＞ΔPu。由上述关系可知Pref＞0，变换器工作在逆变模式下，满足交流侧的功率需求。当直流侧存在功率缺额或者直流侧功率缺额大于交流侧功率缺额时，直流母线电压下降，使得ΔPu＞ΔPf。由上述关系可知Pref＜0，变换器工作在整流模式下，满足直流侧的功率需求。可见，利用这种控制方法可以使得能量总是流向功率缺额更大的一侧，而且这种能量流动不需要上级控制器给出指令，也不需要变换器间的通讯，适用于无互联线的并联接口变换器系统。

此外，图8中的第2层控制可以实现直流母线电压和交流母线频率的恢复。将ΔUdc分别经过死区模块和PI调节器后相乘，得到直流下垂功率补偿值Pcom_u；将Δf分别经过死区模块和PI调节器后相乘，得到交流下垂功率补偿值Pcom_f。死区模块的设置是为了防止两侧功率需求发生矛盾，只有当直流电压或者交流频率超出设置的阈值后，才引入功率补偿，防止电压或频率的进一步偏移。

此外，也可以使用归一化的方法进行下垂控制［24，25］。首先对直流母线电压和交流母线频率进行归一化处理，即

经过上述归一化处理，fH和UH对应数值1，fL和UL对应数值-1。此时，可以定义下垂关系为

式中：K为下垂系数；epn为归一化后频率与电压之差。上述关系如图9所示。图中给出了2台不同容量变换器的下垂曲线。由图得知，2台变换器的下垂系数与各自容量应当成反比，即Pref1/Prate1=K2/K1。图中eB为频率与电压之差的上限，由变换器额定功率决定。当eB＞0时，说明直流侧电压下降占主导，直流侧功率存在功率缺额或者直流侧功率缺额大于交流侧功率缺额；此时Pref＜0，变换器工作在整流模式。当eB＜0时，说明交流侧频率下降占主导，交流侧功率存在缺额或者交流侧功率缺额大于直流侧功率缺额，此时Pref＞0，变换器工作在逆变模式。可见，使用归一化的改进下垂控制方法，可以将能量传递到能量缺额更大的一侧，且不需要任何通讯装置。

图9　归一化下垂曲线Fig.9 Normalized droop control

此外，也可以从能量的角度将直流侧与交流侧联系起来，确定下垂关系［28］，则储存在直流侧的能量为Wdc=1/2CdcU2dc。如果忽略变换器损耗，则直流侧功率与交流侧功率有Pdc=Pac，那么直流侧能量的微分即为变换器直流侧与交流侧能量瞬时之差，即

而对于交流侧，令ω0为额定电网频率，ω为实际电网频率，则两者之差为

式中：Kω为交流子网整体的下垂系数；ΔP为交流侧瞬时能量变化值，等于式（7）中变换器交直流侧能量瞬时之差。联立式（7）、式（8），并以周期Ts对结果进行前向欧拉近似，可以得到

式（9）所示的交流-直流下垂关系如图10所示。

图10　交流-直流下垂曲线Fig.10 AC-DC droop control

根据图10得出直流电压或者交流频率的参考值，将其代入传统的直流下垂或者交流下垂关系中，从而得出接口变换器的功率参考值。图中当U2dcB＜U2dc＜U2dc0或ωB＜ω＜ω0时，交直流母线双向接口变换器不工作，相当于在死区范围，防止了变换器频繁动作；当U2dc＜UdcL或ω＜ωL时，接口变换器也不工作，此时需要各子网内部对直流电压和交流频率进行调节。对于表1中列出的四种情况，直流电压和交流频率情况如表2所示。

表2中的4种模式对应于表1中的4种模式。在模式Ⅰ、Ⅳ中，子网能量均供大于求或供不应求，此时接口变换器不工作。模式Ⅱ中，交流侧存在能量缺额，根据式（9）得出此时直流电压的参考值，将此参考值代入P-U下垂关系中，从而给出变换器功率参考值。模式Ⅲ中，直流侧存在功率缺额，根据式（9）得出此时交流频率参考值，将此参考值代入P-f下垂关系中，从而给出变换器功率参考值。

4　研究展望

基于已有的对于双向接口变换器的研究，对接口变换器未来可能的研究方向进行如下展望。

（1）并网孤岛模式切换研究。目前已有很多学者对直流微网和交流微网的模式切换进行了深入研究，提出了多种分层控制策略，满足孤岛和并网模式下不同的控制需求；但目前尚未有文献对模式切换时双向AC/DC接口变换器的控制进行讨论和研究。在实际应用中，交直流混合微网势必要具备模式切换的能力，因此对双向接口变换器的模式切换控制方法研究势在必行。

（2）与子网内变换器的协同控制研究。在已有对接口变换器的研究中，都将直流子网和交流子网视为一个整体；实际上，可以考虑接口变换器和子网内部变换器的协同控制。例如，直流微网中，可再生能源、储能系统通过接口变换器接入直流母线，那么这些变换器可以与接口变换器共同视为直流负荷的能量来源，从而采用类似于下垂控制的策略实现双向接口变换器与子网内变换器的功率分配。

（3）多并联变换器差异化控制研究。对于并联变换器，已有研究都采用改进下垂控制方法，各台变换器地位完全相同。实际应用中，并联变换器可能在容量、拓扑等方面存在差异，可能需要对各台变换器采取不同的控制策略。例如，将容量较大的变换器设置为电压源，稳定母线电压稳定；其余变换器设置为电流源，维持功率平衡。

（4）不对称条件和谐波条件下的控制研究。配电网内三相负荷不平衡、大容量单向负荷的突然接入以及不对称故障等原因，都可能造成交流母线电压的不对称；而非线性负载等原因可能在大电网中产生部分谐波。现有的控制策略与结构都只针对基波正序电网条件，在不对称和谐波条件下将无法正常运行。为此，有必要对不对称和谐波条件下双向接口变换器的控制进行研究，提高交直流混合微网对电网不理想状况的适应性。

5　结语

本文分别对并网模式和孤岛模式下双向AC/ DC接口变换器的主要控制方法进行了介绍。并网模式下由于交流母线由大电网提供支撑，接口变换器只需要维持直流母线的稳定即可。对于单台变换器，常采用恒电压控制，电流参考值的符号决定了功率的流向；对于并联变换器，采用改进后的直流下垂控制实现功率的双向流动和在变换器间的比例分配。孤岛模式下交流母线和直流母线电压均可能发生变化，接口变换器必须兼顾直流子网和交流子网的电压稳定和功率平衡。对于单台变换器，可以采用恒电压控制，维持交流母线电压和频率的稳定；对于并联变换器，采用同时考虑交直流侧的P-f-U新型下垂控制。无论并网还是孤岛模式，对于并联变换器，都是根据改进下垂控制得到变换器的功率参考值，再利用功率电流闭环对变换器进行控制。

表2　交流-直流下垂工作模式Tab.2 Operation modes with AC-DC droop control

目前对于双向接口变换器的研究相对比较有限，未来可能会在并网模式切换、与子网内变换器的协同控制、多并联变换器差异化控制、不对称条件和谐波条件下的控制等研究方向有进一步的发展。

参考文献：

［1］王峰，冯根福.优化能源结构对实现中国碳强度目标的贡献潜力评估［J］.中国工业经济，2011，4（4）：127-137.

Wang Feng，Feng Genfu. Contribution of improving energy mix to carbon intensity target in China：Potential Assessment［J］.China Industrial Economics，2011，4（4）：127-137 （in Chinese）.

［2］李虹，董亮，段红霞.中国可再生能源发展综合评价与结构优化研究［J］.资源科学，2011，33（3）：431-440.

Li Hong，Dong Liang，Duan Hongxia. On comprehensive evaluation and optimization of renewable energy development in China［J］. Resources Science，2011，33（3）：431-440（in Chinese）.

［3］徐德鸿，陈文杰，何国锋，等.新能源对电力电子提出的新课题［J］.电源学报，2014，12（6）：4-9，30.

Xu Dehong，Chen Wenjie，He Guofeng，et al. New power electronics topics brought by the development of renewable energy［J］. Journal of Power Supply，2014，12（6）：4-9，30 （in Chinese）.

［4］殷帅.我国光伏发电项目规模化发展研究［D］.北京：北京交通大学，2012.

Yin Shuai. Study on Scale Development of Photovoltaic Generation Project in China［D］. Beijing：Beijing Jiaotong University，2012（in Chinese）.

［5］李春曦，王佳，叶学民，等.我国新能源发展现状及前景［J］.电力科学与工程，2012，28（4）：1-8.

Li Chunxi，Wang Jia，Ye Xuemin，et al. Development and prospects of new energy in China［J］. Electric Power Science and Engineering，2012，28（4）：1-8（in Chinese）.

［6］孟良，段晓波，孟令明，等.微电网中电能质量问题及解决策略［J］.电源学报，2015，13（5）：62-68.

Meng Liang，Duan Xiaobo，Meng Lingming，et al. Power quality problems and solution strategy of micro-grid［J］. Journal of Power Supply，2015，13（5）：62-68（in Chinese）.

［7］Nejabatkhah F，Li Yunwei. Overview of power management strategies of hybrid AC/DC microgrid［J］. IEEE Transactions on Power Electronics，2015，30（12）：7072-7089.

［8］Li Yunwei，Vilathgamuwa D M，Loh P C. Design，analysis，and real-time testing of a controller for multibus microgrid system［J］. IEEE Transactions on Power Electronics，2004，19（5）：1195-1204.

［9］Hema V K，Dhanalakshmi R. Analysis of power sharing on hybrid AC-DC microgrid［C］.in Emerging Research Areas：Magnetics，Machines and Drives（AICERA/iCMMD），2014 Annual International Conference on，2014：1-6.

［10］Li Yunwei，Vilathgamuwa D M，Loh P C. Microgrid power quality enhancement using a three-phase four-wire grid-interfacing compensator［J］. IEEE Transactions on Industry Applications，2005，41（6）：1707-1719.

［11］Park S H，Choi J Y，Won D J. Cooperative control between the distributed energy resources in AC/DC hybrid microgrid［C］. in Innovative Smart Grid Technologies Conference（ISGT），2014 IEEE PES，2014：1-5.

［12］Zhang Junliu，Guo Diankui，Wang Fengping，et al. Control strategy of interlinking converter in hybrid AC/DC microgrid［C］. in Renewable Energy Research and Applications （ICRERA），2013 International Conference on，2013：97-102.

［13］冯磊.交直流混合母线微网中网侧双向变换器控制研究［D］.秦皇岛：燕山大学，2012.

Feng Lei. Study on Control Strategy of Grid Side Bidirectional Converter in Microgrid System With AC and DC Bus ［D］.Qinhuangdao：Yanshan University，2012（in Chinese）.

［14］Khajesalehi J，Sheshyekani K，Hamzeh M，et al. A new control strategy for a bidirectional qZSI as an interlink converter in a hybrid AC/DC microgrid［C］. in Power Electronics，Drive Systems and Technologies Conference（PEDSTC），2014：458-463.

［15］Liu Y，Escobar-Mejia A，Farnell C，et al. Modular multilevel converter with high-frequency transformers for inter-facing hybrid DC and AC microgrid systems［C］. in Power Electronics for Distributed Generation Systems（PEDG），2014 IEEE 5th International Symposium on，2014：1-6.

［16］Lu X，Guerrero J M，Sun K，et al. Hierarchical control of parallel AC-DC converter interfaces for hybrid microgrids ［J］.IEEE Transactions on Smart Grid，2014，5（2）：683-692.

［17］Guerrero J M，Vasquez J C，Matas J，et al. Hierarchical control of droop-controlled AC and DC microgrids-a general approach toward standardization［J］. IEEE Transactiosn on Industrial Electronics，2011，58（1）：158-172.

［18］刘佳易.交直流混合微电网中双向AC/DC功率变换器控制策略研究［D］.太原：太原理工大学，2014.

Liu Jiayi. Research on the control method of interlinkingconverter in hybrid microgrid［D］. Taiyuan：Taiyuan University of Technology，2014（in Chinese）.

［19］Lu X，Guerrero J，Teodorescu R，et al. Control of parallelconnected bidirectional AC-DC converters in stationary frame for microgrid application［C］. in Energy Conversion Congress and Exposition（ECCE），2011 IEEE，2011：4153-4160.

［20］Vandoorn T L，Meersman B，De Kooning J D M，et al. Analogy between conventional grid control and islanded microgrid control based on a global DC-link voltage droop ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery，2012，27（3）：1405-1414.

［21］Wang Haiyun，Zhou Zuochun，Yuan Qingfang，et al. A hierarchical control of microgrid based on droop controlled voltage source converter［C］. in Power and Energy Engineering Conference（APPEEC），2013 IEEE PES Asia-Pacific，2013：1-4.

［22］Niu H，Jiang M，Zhang D，et al.Autonomous micro-grid operation by employing weak droop control and PQ control ［C］. in Power Engineering Conference（AUPEC），2014 Australasian Universities，2014：1-5.

［23］Rouzbehi K，Miranian A，Candela J I，et al. A generalized voltage droop strategy for control of multiterminal DC grids ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications，2015，51 （1）：607-618.

［24］Loh P C，Li D，Chai Y K，et al. Autonomous control of interlinking converter with energy storage in hybrid AC-DC microgrid［J］. IEEE Transactions on Industry Applications，2013，49（3）：1374-1382.

［25］Loh P C，Li D，Chai Y K，et al. Autonomous operation of hybrid microgrid with AC and DC subgrids［J］. IEEE Transactions on Power Electronics，2013，28（5）：2214-2223.

［26］Akhter F，Macpherson D E，Harrison G P，et al. DC voltage droop control implementation in the AC/DC power flow algorithm：combinational approach［C］. in AC and DC Power Transmission，11th IET International Conference on，2015：1-6.

［27］Hema V K，Dhanalakshmi R. Operation of hybrid AC-DC microgrid with an interlinking converter［C］. in Advanced Communication Control and Computing Technologies（ICACCCT），2014 International Conference on，2014：38-42.

［28］Eghtedarpour N，Farjah E. Power control and management in a hybrid AC/DC microgrid［J］. IEEE Transactions on Smart Grid，2014，5（3）：1494-1505.

［29］高泽，杨建华，季宇，等.交直流混合微电网接口变换器双向下垂控制［J］.南方电网技术，2015，9（5）：82-87.

Gao Ze，Yang Jianhua，Ji Yu，et al. Bidirectional droop control of AC/ DC hybrid microgrid interlinking converter ［J］. Southern Power System Technology，2015，9（5）：82-87 （in Chinese）.

［30］刘佳易，秦文萍，韩肖清，等.交直流双向功率变换器的改进下垂控制策略［J］.电网技术，2014，38（2）：304-310.

Liu Jiayi，Qin Wenping，Han Xiaoqing，et al. Control method of interlink-converter in DC microgrid［J］. Power System Technology，2014，38（2）：304-310（in Chinese）.

［31］Akbari M，Golkar M A，Tafreshi S M M. Voltage control of a hybrid AC/DC microgrid in stand-alone operation mode ［C］. in Innovative Smart Grid Technologies-India（ISGT India），2011 IEEE PES，2011：358-362.

［32］Wooin C，Baek J B，Cho B H. Control design of coordinated droop control for hybrid AC/DC microgrid considering distributed generation characteristics［C］. in Energy Conversion Congress and Exposition（ECCE），2014 IEEE，2014：4276-4281.

王晓声

Review of Control Strategies for Bidirectional Interfacing Converters in Hybrid AC/DC Microgrid

WANG Xiaosheng1，SUN Kai1，LI Yunwei2
（1.State Key Lab of Security Control and Simulation of Power Systems and Large Scale Generation Equipments，Tsinghua Univesity，Beijing 100084，China；2.Department of Electrical and Computer Engineering，University of Alberta，Edmonton T6G1H9，Canada）

Abstract：In hybrid AC/DC microgrids，bidirectional AC/DC interfacing converters（IFC）are connected between AC and DC buses to fulfil bidirectional power flow between subgrids；its control strategy plays an important role in the stability of hybrid microgrids. Control strategies of IFC can be categorized into grid-connected mode and islanding mode according to operation modes of microgrids. The structure of hybrid microgrids is analyzed and discussed，and then the control strategies of one IFC and parallel IFC under grid-connected and islanding modes are introducted. These control strategies are summarized at last and the research direction of control for IFC in the future is forecast.

Keywords:microgrid；bidirectional AC/DC converter；grid-connected operation；islanding operation

DOI：10.13234/j.issn.2095-2805．2016．2．70中图分类号：TM 619

文献标志码：A

收稿日期：2015-10-30

作者简介：

王晓声（1990-），男，通信作者，硕士研究生，研究方向：电力电子与电力传动，E-mail：wangxs07@163.com。

孙凯（1977-），男，博士，副教授，研究方向：电力电子与电力传动，E-mail：sunkai@mails.tsinghua.edu.cn。

李运帷（1979-），男，博士，教授，研究方向：电力电子与电力传动，E-mail：yunwei.li@ualberta.ca。