微网稳定运行与模式平滑切换综合控制策略
泰州市电能变换与控制工程技术研究中心（泰州学院）、东南大学电气工程学院的研究人员许胜、曹武等，在2018年第16期《电工技术学报》上撰文，提出一种基于下垂控制的微电网稳定运行与模式平滑切换综合控制策略。
经理论分析和仿真得到结论：①所设计LCL-VSC型微源闭环解耦控制系统，由于包含全部LCL滤波参数，高频谐波抑制能力较强；②所提基于自适应功率补偿的无功-电压和有功-频率稳定控制策略，能够有效抑制微网孤岛模式下负载对系统电压、频率的扰动；③所提微网运行模式平滑切换控制策略，可实现模式切换时电压、频率和功率的平滑过渡。
所提并网相位同步控制方法，由于融入了大电网电压锁相控制功能，取消了电网电压锁相环，并且，采取的相位调节方法消除了传统频率调节法对频率下垂控制的影响；所提离网功率同步控制方法，实现了离网瞬间微网输出功率与负载功率的同步，在稳定微网电压和频率的同时，确保电力开关的零负荷分断。
以新能源分布式发电（Distributed Generation, DG）为主体的微电网，具有区别于传统电力系统的电源特性和系统拓扑[1-3]，且存在并网和孤岛两种运行模式。因此，要求微网在两种模式下可靠稳定运行的同时，能够实现模式之间的平滑切换：一方面，为微网内电力负荷提供优良的电能质量；另一方面，确保大电网的可靠稳定运行。
微网主要存在P-Q控制[4]、U-f控制[5]以及下垂控制[6,7]等几种基本控制方法。当前，普遍采用P-Q和U-f双模式控制策略[8-10]，即在并网时采用P-Q电流源型控制模式，孤岛时采用U-f电压源型控制模式。该方法实现简单，但两种控制模式切换较为困难，要求切换时机准确，动作迅速，否则容易切换失败，造成对微网和大电网的暂态冲击[11]。
相对而言，下垂控制策略由于模拟了同步电机并网运行的外特性，基于该策略的多个微源构成了无通信联系的对等结构微网，能够自动实现功率分配，可在并网和孤岛两种模式下可靠运行。当并网和孤岛运行模式均采用下垂控制策略时，可以避免运行控制策略的切换，降低控制难度和风险。
然而，由于下垂控制的固有特性，孤岛模式下，微网电压和频率会受负载的扰动，威胁微网的稳定运行，降低微网供电质量。为此，一些文献[12,13]采用自适应下垂系数调节方法来抑制电压和频率波动，但此类方法会影响系统的稳定性以及功率分配的精度和响应速度[14]。
本文提出一种基于下垂控制的微网稳定运行与模式平滑切换综合控制策略。一方面，抑制微网孤岛状态下负载对系统电压和频率的扰动，改善微网电能质量；另一方面，平滑微网运行模式切换，降低对微网和大电网造成的电压、频率及功率冲击。基于同步旋转坐标系（Synchronous Rotating Frame, SRF），首先设计了一种LCL-VSC型微源电压电流双闭环解耦控制系统。
在此基础上，提出一种新型微网无功-电压和有功-频率稳定控制策略，通过自适应功率补偿控制，实时调节系统无功和有功功率指令，实现电压和频率的稳定控制。然后，重点阐述了微网运行模式切换控制策略，并分别提出一种并网相位同步控制方法和一种离网功率同步方法。最后，搭建Matlab/Simulink仿真平台，对相关理论研究结论进行了仿真验证。
图1 微源并网逆变器电路与控制结构
为了抑制微网负载对系统电压和频率的扰动，降低运行模式切换对微网和大电网造成的电压、频率以及功率冲击，本文提出了一种基于下垂控制的微电网稳定运行与模式平滑切换综合控制策略。理论研究和仿真结论如下：
1）所提基于SRF的LCL-VSC型微源电压电流双闭环控制系统的解耦控制方法，实现了微源系统dq解耦控制目标。同时，由于电压闭环控制系统包含了LCL滤波器的全部参数，一方面，具有较强的高频谐波抑制能力。另一方面，实现了微源逆变器等效输出阻抗完全可控，有利于一些具有输出阻抗可调要求的逆变器控制策略的实现。
2）所提基于自适应功率补偿的无功-电压和有功-频率稳定控制策略，能够有效抑制微网负载对系统电压和频率的扰动，改善微网电能质量，并且有利于模式切换时电压和频率的平滑对接。同时，由于不改变下垂控制系数，不会产生对下垂控制特性的影响。
3）所提微网运行模式平滑切换控制策略，模式切换时无需改变系统运行控制策略，即可实现电压、频率和功率的平滑过渡。其中：①所提并网相位同步控制方法，由于将大电网电压的相位锁存功能融入到了该控制方法中，无需另外获取大电网电压相位信息，节约了大电网电压相位锁相环；同时，消除了传统频率调节法对P-f下垂控制的影响。②所提离网功率同步控制方法，实现了离网瞬间微网输出功率与负载功率的同步，在稳定系统电压和频率的同时，确保电力开关的零负荷分断。