采用状态跟随和预同步的方法实现微网并网向孤岛运行平滑切换研究

田素娟，王艺龙，田艳科

(1.包头职业技术学院 电气工程系，内蒙古 包头 014030；2.国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏 南京 211102；3.国网新疆电力有限公司检修公司，新疆 乌鲁木齐 830002)

目前，国内的微网技术已经取得了长足的发展，但是对于微网平滑切换的研究还不够深入。目前单一储能设备很难同时满足功率和能量的要求，加之微网平滑切换技术的不成熟，从而造成微网经济性和可靠性的下降，进一步阻碍国内微网的大规模普及应用。而国外在微网平滑切换方面的研究起步较早，加之其储能管理系统相对成熟，从而其微网系统的可靠性较高，微网的普及度较广。

在大型电磁暂态软件PSCAD/EMTDC中搭建的微电网系统如图1所示，DG1、DG2、DG3 3个微电源和敏感负荷L2、L3以及非敏感负荷L1共同组成低压交流微网系统，通过并网节点(PCC)接入到0.4kV的低压配电网中，通过控制并网节点(PCC)的开通与关断来改变微网的运行状态，其中，大电网采用三相交流电经10.5kV/0.4kV模拟低压配电网；DG1、DG2作为从控微源始终采用PQ控制策略，来保证微源功率的最大输出；DG3作为主控微源并网运行采用PQ控制，孤岛运行时需切换到V/f控制来给微网提供电压和频率的支撑。

图1 微电网结构

1 并网向孤岛模式切换试验研究

其仿真系统主要的参数设置如下微网系统内总负荷为0.69MW、0.222MVar；DG1输出100kW、25kVar；DG2输出80kW、20kVar；DG3在PQ控制下输出390kW、141kVar，使微源能够保证敏感负荷供电，V/f控制器给定参考电压为额定电压为0.38；额定频率为50Hz，当微网系统采用并网运行时，主控微电源DG3并网采用PQ控制，DG1、DG2作为从控微源，始终采用PQ控制，大电网还是采取理想三相交流电经变压器逆变为0.4kV模拟低压配电网。在1.5s时刻给并网节点PCC靠近大电网侧设置最严重的三相短路接地故障，此时PCC处的反时限过电流保护动作，断开PCC，微网转入孤岛运行，并切除非敏感负荷load1。在V/f控制器的输入端加入负反馈环节，将PQ控制器输出的参数反送在V/f控制器的输入端，使两者参数保持一致，当PCC处收到孤岛指令，PCC动作，由于反馈环节的PI控制的保持作用，从而减弱在切换瞬间PQ控制器和V/f控制器之间的不匹配度，从而减弱了模式切换时的暂态过程，实现系统的稳定过渡。

图2 DG1输出有功功率和无功功率波形

图3 DG2输出有功功率和无功功率波形

图2、图3分别为DG1、DG2输出有功功率和无功功率波形图，从波形中可以看出在1.5s时刻，外部电网故障，PCC动作，断开与大电网的连接，同时也对load1进行了切负荷动作，此时微网内的功率平衡，主控DG3由PQ控制转入V/f控制，由于2个控制器之间的参数保持匹配，DG1、DG2经短暂冲击迅速回升到额定功率输出，从而减缓了暂态过程。

图4 母线电压波形

图4为微网母线处的电压波形图，图5为微网母线处频率，从波形中可以看出在1.5s时刻，由于外部电网故障，PCC动作断开与大电网的连接，同时断开load1，造成了系统内的电压和频率下降，此时DG3动作由PQ控制器切换到V/f控制器，由于两个控制器切换瞬间，电能参数一致，从而使电压和频率在功率平衡的状态下迅速地回升到设定值。

图5 微网内频率波形

2 结论

从图2-图5的功率、电压、频率波形图可以看出，采用所建立的状态跟随的主控制器能够在保障敏感负荷供电的情况下，能够减缓切换瞬间的暂态过程，有效地改善了模式切换时的冲击过程。