官云1 倪璐佳2
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摘要：文中介绍了微电网发展的背景、发展的意义，微电网的结构以及微电网发展现状。为了提高关键负荷的供电可靠性，要求微电网能够在并网模式下可靠运行。本文基于单台逆变器的情况下，考虑微电网并联运行模式，分别提供能量等于、大于、小于三种不同情况下运行的稳定性做了仿真研究。并介绍了PQ控制以及其在本模型中的应用。
关键词：分布式发电；微电网；并网运行PQ控制
1 引言
微电网是包括分布式电源、储能装置、能量变换装置、负荷、保护装置集中而成的小型电力系统。
2 微电网运行与控制策略
在微电网和大电网并网运行时，由于微电网在结构和功能上和传统的分布式发电系统有所不同，原有传统分布式发电系统的控制策略将不再适用于微电网中的微电源，需要一套相适应的微电网控制策略。
2.1 PQ控制
PQ控制的主要目的是使微电网中分布式电源输出的有功功率和无功功率等于其参考功率，实质是将有功功率和无功功率解耦后分别进行控制。当系统中有功功率不足时，会引起系统频率下降；有功功率过剩时，系统的频率会升高。而当系统中的两节点电压存在差异时，无功功率将从节点电压高的一端流向低的一端。控制原理是在允许的范围内通过改变频率和电压来调控有功和无功。频率与有功功率、电压和无功功率的关系如图2.1所示： 
图2.1 恒功率控制原理
分布式发电系统(Distributed Generation, DG)的初始运行点在A处，此时输出的有功功率和无功功率是给定的参考值，母线处的频率和电压分别为f0、u0。系统发生扰动时，为维持有功和无功的稳定，让频率和电压在允许的范围内变化。PQ控制方法用在微电网并网运行时，将大电网认为是理想电源，微电网内部的变化不足以影响到大电网的电压频率。这种情况下母线处的电压和频率被大电网钳位，大电网对微电网在电压和频率上提供刚性支撑，PQ控制方式使得微电网产生的功率能更有效地传输。
3 模型的搭建及仿真
为了验证上述理论分析，在MATLAB仿真系统中搭建微电网模型，通过系统仿真的方法来验证各种控制方式的可行性。
3.2 并网运行仿真
微电网中的常用的逆变器包含两种：电压源型逆变器（VSI）和电流源型逆变器（CSI），因为VSI能更好地满足分布式电源的并网要求，VSI比CSI应用的更多，在本次仿真中考虑的是VSI。根据平均逆变器模型的拓扑结构，在MATLAB中搭建的仿真模型。在并网运行时，采用电流内环功率外环控制，如图3.1所示。电流控制和功率控制均采用PI调节。
图3.1 PQ控制模块
在母线处测量三相电压和电流，将测量的电压和电流进行pack变换，计算出对应的有用功率和无功功率，计算公式如下：
测量计算得到的有功P和无功Q值与给定的参考值相比，将得到的误差进行PI调节，将输出量分别作为d轴和q轴电流的参考值、，再对电流进行PI调节最终得出DG的输出电压。其中功率PI调节环节称其为外环控制，电流PI调节环节为内环控制，在控制策略变换的时候只会改变外环的控制方式，内环控制保持不变。
将搭建的控制器嵌入到微电网模型中进行仿真，在并网时DG与负载之间能量的关系有等于、大于、小于三种情况，下分别在这三种情况下进行仿真：
3.2.1 DG提供能量等于负荷
当分布式电源提供的功率刚好能满足负载的需求时，大电网不对负载提供能量，负载完全由微电网内部负担。
PQ控制器能够在并网运行时满足负荷的功率要求。下面通过仿真查看系统频率和母线处电压是否也能稳定住，仿真结果如下：
频率仿真波形图 d轴电压仿真波形图
q轴电压仿真波形图
图3.2频率、电压仿真波形
由仿真结果可以看出，系统的频率稳定在了给定的60HZ，母线处电压稳定在了额定值。由上面两组仿真结果可以看出，该设计的PQ控制器在微电网和大电网并联运行，负荷匹配的情况下可以满足运行要求。
3.2.2 DG提供能量大于负荷
（下转第259页）
当DG提供的能量大于负载需求时，分布式电源除了承担负荷外，还会向大电网注入功率。在这个模型中，通过改变负载值使得其消耗功率减少来模拟这种状况，从有功和无功的仿真结果可以看出， PQ控制策略也能够很好地将功率稳定，符合要求。系统频率和母线处电压的仿真结果如下：
图3.3 频率、电压仿真波形
由仿真结果可以看出，在PQ控制下，系统的频率稳定在了设定的60HZ，母线处电压稳定在了额定值。由上面两组仿真结果可以看出，设计的PQ控制器在微电网和大电网并联运行，且分布式电源提供功率大于负荷消耗功率的情况下可以满足要求。
3.2.3 DG提供能量小于负荷
当DG提供的能量不能满足负载需求时，微电网不能独自承担负荷，必须要接受大电网注入的功率。在这个模型中，通过改变负载值使得其消耗功率减少来模拟，从有功和无功的仿真结果可以看出，在这种运行情况下，PQ控制策略也能够将功率稳定，符合要求。系统频率和母线处电压的仿真结果如下：
频率仿真波形图 d轴电压仿真波形图
Q轴电压仿真波形图
图3.4 频率、电压仿真波形
由仿真结果可以看出，系统的频率稳定在设定的60HZ，母线处电压稳定在额定值，由上面两组仿真结果可以看出，设计的PQ控制器在微电网和大电网并联运行，且分布式电源提供功率小于负荷消耗功率的情况下可以满足要求。
4 小结
通过对微电网的各种可能工作状态进行仿真得到的结果可知，设计的此PQ控制器能在一个比较宽的范围内，实现对微电网运行的稳定控制，满足要求。
总之，分布式发电作为一种新型的、可再生的能源有着极为广阔的应用前景，关于分布式发电的研究将会越来约深入，在理论和实际两方面将会有着巨大的发展空间。
参考文献：
[1]鲁宗相，王彩霞，闵勇，周双喜，吕金祥，王云波. 微电网研究综述. 电力系统自动化 .2007
[2]方文弟. 分布式能源系统微型电网技术. 四川: 四川电力技术.2008
[3]洪峰，陈金福，段献忠. 微网发展现状研究及展望. 新能源发电.
论文作者:官云1,倪璐佳2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/19
标签：电网论文; 功率论文; 电压论文; 频率论文; 分布式论文; 母线论文; 波形论文; 《防护工程》2018年第14期论文;