微电网中分布式电源控制在不同负荷条件下的措施分析

姚翔

摘  要：文章从光伏发电机和风力发电机两个方面，对微电网中分布式电源进行分析，随后提出不同负荷条件下的微电网分布式电源控制措施，期望能够对微电网控制水平及运行稳定性的提升有所帮助。

关键词：微电网;分布式电源;控制

中图分类号：TM727 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）34-0109-02

Abstract： This paper analyzes the distributed generation in microgrid from two aspects of photovoltaic generator and wind turbine， and then puts forward the control measures of distributed generation in microgrid under different load conditions，in the hope of helping improve the control level and operation stability of microgrid.

Keywords： microgrid; distributed generation; control

1 微电网中的光伏与风力发电机

微电网实质上就是小型的电网系统，储能装置、分布式发电机是重要组成部分。在微电网当中，发电机分布在不同的位置处，主要有光伏以及风力发电机，均为独立运行。若是有需要，则可组合到一起，形成一个全新的系统，可以为用户提供所需的电能。当新系统中的某个发电机因故障退出后，它所负责的供电任务将会由系统中其它的發电机替代完成。

1.1 光伏发电机

光伏发电机是微电网中不可或缺的组成部分之一，它与微电网之间借助逆变器进行连接，逆变器可以对电能形式进行转化，将直流变为交流。只要微电网当中的分布式发电机发出的电能为直流，都可以借助逆变器转化为交流。

1.2 风力发电机

微电网中的风力发电机可以经定子绕组后连接大电网，由大电网负责提供定子电压，而转子则与变流器相连。因变流器能够提供频率可以变化的电流，通过变流器向转子注入电流，能达到补偿机械与电频率差的效果，这样便可确保定子侧的输出电压质量与微电网内的负载需求相符。

2 不同负荷条件下的微电网分布式电源控制措施

在微电网中，光伏发电机是核心部分，它以太阳能光伏电池板来完成能量转换。风力发电机以直驱式风电系统为主，其与双馈式风电机组最为明显的不同之处在于拓扑结构，并且直驱式无变速齿轮箱，降低了造价和故障几率。在微电网中，风电与光电的原理存在差别，但却有一个共性，即全部都是经逆变器与微电网相连，这个逆变器也被称为公共接口电路。本文重点研究的是在不同负荷条件下，微电网中分布式电源的控制措施，这里的电源具体是指光伏和风力发电机，而控制对象则是二者的逆变器，即公共接口电路，以此来实现并网发电。公共接口电路的总体框架如图1所示。

2.1 控制思路

公共接口电路在并联的方式下会具备相应的功率特性，针对这一特性，业内的专家学者提出基于电压幅值和频率下垂的控制思路，以此实现对微电网中分布式发电机的自动调控。具体的控制原理如下：光伏与风力发电机在公共接口电路并联的系统当中，对输出电流与电压进行实时检测，利用瞬时功率定理，能够计算出自身的输出功率，然后再借助下垂控制的曲线方程式，通过相关数值的带入，便可对输出电压给定值进行计算，此时系统中的逆变电源会按照自身特点对输出电压进行微调，从而使微电网当中的功率供需达到平衡状态。

通常情况下，采用反向调节的方法，能够使电网保持稳定、可靠的运行状态，由于反向调节是一个动态过程，故此需要进行实时监控和调整。光伏与风力发电机通过自我调节，可以使系统的电压幅值与频率始终保持在一个较为稳定的状态;利用下垂特性可以对功率进行合理分配，在确保微电网幅值频率稳定的前提下，使光伏与风力发电机完成相应的发电任务，这样在不通信的情况下，也可以使系统保持稳定运行。

2.2 控制器的设计方法

在公共接口电路中，主要的控制回路有下垂控制、电压电流以及虚拟阻抗等，下面重点对这些回路的设计过程进行分析。

2.2.1 下垂控制回路的设计

下垂控制回路的工作原理如下：

上式当中，P代表逆变器输出的有功功率;Q代表逆变器输出的无功功率;E代表逆变器的输出电压;V代表公共连接点位置处的电压幅值;？覫代表功率角;θ代表输出阻抗的角度。P、Q与E、V之间存在耦合的关系，在解耦时，可以进行如下两种假设：第一种是输出公共接口电路所在的线路阻抗为感性阻抗，在这个假设下，可将上式改写为：

微电网当中存在着数量众多的具有感性特征的滤波装置，并且输电线路的阻抗也以感性为主。由于公共接口电路当中的输出阻抗主要与所控制对象的回路特性有关。故此，可通过控制回路来达到改变输出阻抗的目的。可见，第一种假设在实际中完全成立。

第二种假设是？覫非常小，并满足如下条件：sin？覫≈？覫，cos？覫≈1，这样可以得到简化后的公式：

上式中的X代表输出阻抗幅值，P、Q与？覫、E之间呈现出一种典型的线性关系，在这个关系下，光伏、风力发电机本身的参数只要不发生较大的变化，控制算法便可以保持良好的稳态与动态性能，由此能够使发电机发出的电能满足用户的供电需求。上述两种假设在大多数实际场合中均具有良好的适用性。如果E-V的变化不大，那么？覫将会非常小，此时？覫主要与P相关，而公共接口电路与微电网的电压，则与无功功率有关，可采用调节有功功率的方法，对微电网的频率进行有效控制，即利用下垂特性方程控制电压幅值，这样能够使功率输出找到微电网的动态平衡点，从而使微电网能够对功率进行自动分配，确保电能质量。

在微电网系统当中，通过下垂控制回路的应用，能够有效解决如下问题：负荷发生变化时，确保电网的功率处于平衡状态。微电网存在大量的负载，当无法满足负载所需的功率时，便会影响到微电网的电压，从而引起不平衡的情况。可以通过下垂控制回路来进行处理，由电流控制环向逆变器输出参考电压值，这样便可使微电网的电压保持稳定。

2.2.2 电压电流回路的设计

在电压电流回路设计的过程中，需要先对三相静止坐标系进行转换，使其变为两相旋转坐标系，然后利用PI控制器对误差信号进行调节。对于三相逆变器而言，其电路三相具有对称的特点，所以只需要对其中的一相进行分析即可。相关研究结果表明，逆变器的输出电压变化后，电路中的电容电流将会受到一定程度的影响，而逆变器本身的输出电压则会受到电感电容的影响，根据这一原理，可以对电压电流控制回路进行设计。对电压外环进行控制，除了能够确保输出电压的稳定性之外，还可以大幅度增强对参考信号的跟踪能力，对于系统动态性能的保障具有重要意义。

2.2.3 虚拟阻抗回路的设计

采用下垂控制的微电网系统，其输出阻抗为感性电阻，功率的分配精度将会受到总输出阻抗的影响。故此，为确保下垂控制的假设条件能够成立，需要设计虚拟阻抗回路。通过该回路的加入，使输出总阻抗趋于感性。试验结果表明，虚拟阻抗的加入能够使输出阻抗发生改变，并无限接近于感性阻抗。在下垂控制回路当中，可以将阻抗的特性细分为以下两个部分，即线路和逆变器等效，当虚拟阻抗加入后，总的回路阻抗随之发生改变，达到预期效果。

三、结束语

综上所述，在不同负荷条件下，对微电网中的分布式电源进行控制时，可以采用下垂控制策略。我们可以依托公共接口电路，设计相关的回路，达到预期中的控制效果，从而提高微电网的运行稳定性。

参考文献：

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