摘要：在世界范围的能源和环境危机显现的背景下，微电网成为节约能耗、提高电力系统稳定性和可靠性的发展趋势。分布式微电源作为微电网的基本组成部分，具有清洁环保、能源利用率高、控制方式多样的特点。微电网作为分布式发电的载体，能够很好地发挥分布式发电技术的优势，也能够较好地满足用户侧对供电可靠性和电能质量的要求。微电网能够实现并网和离网两种运行模式，因而其具有灵活性与经济性的优势。本文对储能变流器的微电网无缝切换控制进行简要论述。
关键词：分布式发电；微电网；变流器；双模式控制器；无缝切换
引言
微电网有诸多优点，例如可以有效解决风能、光伏等分布式发电单元的并网问题；电力运输距离短，线路损耗非常低；在出现自然灾害或者配电网故障的时候，微电网可以持续提供电力，确保本系统内负荷的稳定运行；还可以解决部分调峰和备用问题。进入本世纪以来，微电网技术不断发展，太阳能、风能等新能源的度电成本及其相应的储能成本在逐年下降，设备生产成本也随着新材料的出现和生产工艺的改进而不断降低，规模微电网和小型微电网都将迎来建设的高峰。
1无缝切换技术概述
微电网有并网和孤岛两种运行模式。目前，在这两种模式下的运行控制技术均已经相当成熟，并网式和孤岛式微电网都能够长时间稳定运行。而在离网转孤岛和孤岛转离网两种工况下的切换控制则成为研究的热门方向。无缝切换技术指的是在微电网两种模式相互转换过程中保证系统内电能质量的稳定，保证转换过程中的不间断供电，不影响受电负荷的稳定运行，在转换时确保暂态的稳定性。无缝转换的前提是微电网与大电网的系统电压、频率和相位均保持一致。其中在孤岛转并网模式时，要求系统电压波动较小，基本无电流冲击，微电网内的主控微电源不会因为同期问题而跳机；在并网转孤岛模式后，要求微电网内微电源所发出电能必须满足网内负荷，模式切换时负载端的电压没有明显变化。如果没有采取针对微电网的模式切换的控制措施，则一般会有电气暂态的突变或震荡。
2微电网无缝切换方法
无论微电网处于并网还是离网运行模式，其都必须保证其内部频率稳定，电能质量符合配网要求；另一方面，当微电网在进行并/离网工作模式切换时，需保证其内部电压幅值、频率没有太大变化，不能有过大的冲击电流导致系统失去稳定，若是满足以上条件，则认为微电网无缝切换成功。
微电网通常处于并网运行状态，当配电网发生故障或者检测到PCC点的电能质量不满足要求时，迅速打开STS，使微电网脱离配网转为离网运行状态，储能的控制方式由P/Q控制转为V/F控制；当主网恢复正常运行时，需要闭合STS使微电网重新并网运行，此时，储能的控制方式又会由V/F控制转为P/Q控制。当微电网运行模式发生切换时，由于控制目标和控制策略的改变，会导致电压或电流的突变，并对系统造成冲击[3]。为避免在切换过程中受到较大冲击，以及能够在离网运行时保证电压、频率的稳定，本文提出一种双环补偿控制方案，并网运行采用P/Q控制时，在内环添加了微分反馈补偿控制；离网运行时采用V/F控制，在外环添加了微分前馈补偿控制，并与内环微分反馈控制共同工作，从而消除了切换过程中的冲击现象。本文提出的基于储能的微电网运行模式无缝切换控制方式如图1所示。
图1中反馈补偿和前馈补偿微分环节增益为K0。在外环增加前馈补偿微分控制，实质上使原本的PI控制器变为了PID控制器，利用微分补偿环节改善系统的动态特性，使得输入偏差信号值在变化太大之前，引入一个有效的早期修正信号以减少调节时间，增加控制系统的调节速度；在模式切换前由于内环PI控制器的输出已经是稳定值，切换后输出结果有一个从零到稳定的重新调整的过程，故在内环控制器添加反馈补偿环节，将切换前的输出补偿到切换后的控制器输入当中，意味着在切换后进行电压控制时，内环电流控制器有一个参考初值，避免了电流冲击的现象。
3基于储能变流器的无缝切换控制策略
主从式微电网在并离网两种模式之间相互转换时，容易出现暂态电压和电流突变情况，如不采取一定的措施，将导致电力系统的过电流冲击和持续的暂态震荡，损坏系统的电气设备，瞬时的功率或电流过大会引发网内继电保护装置的动作，甚至导致系统崩溃。因此，必须采取一定的控制方法，使微电网模式切换时能够平滑切换至下一状态，以缓解切换暂态过程中对微电源、负荷、电气元件的干扰和冲击，保证微电网内负载的供电可靠性，也可以减小对外部电网的影响。这就是微电网在并离网过程中的的平滑切换控制。目前，对微电网领域的这一问题已经提出多种解决方案，其中主要有以下三种：
（1）瞬时电压控制法（instantaneousvoltagecontrol）
该方法是在切换过程中，控制主控电源的逆变器产生与初始网侧电流成比例的一个电压差，当电网电流到达过零点时逆变器并网。该方法因其切换时间确定，适用于计划性并网。
（2）零电流控制法（zerocurrentcontrol）
切换时原电流控制模式不作改变，但设定电流的参考值为零。在电流过零点时，并网断路器动作，系统切换至并网运行。但因为零电流检测方法的灵敏性限制，并网切换与逆变器控制方式的转变存在一定的时间差，这样可能导致电压难以有效控制。一般情况下零电流控制的动态响应很快，导致的电压失控时间也较短暂，在暂态电压要求不是十分精确的时候适用该方法。在大电网侧发生短路故障或存在剧烈干扰的时候适宜采用该控制方案。
（3）电压幅值控制法（voltageamplitudecontrol）
在微电网的模式切换过程中保证交流电压的相角不变，通过减小或增加电压的幅值来限制冲击电流。在电网电流过零点时，并网断路器闭合，逆变器出口电压参考值恢复到正常值。该方法可使切换较快完成，将电压的异常波动降到最低。
上述三种方法各有优缺点，但在切换过程中还是会有不同程度的暂态电流或电压的冲击问题。本文针对主从控制模式的微电网在模式切换时产生的瞬时过电压或电流冲击问题及其产生原因，设计了实现并离网切换的平滑切换控制方法。
结束语
可再生能源成为首要的一次能源是未来电网系统的发展趋势，微电网将会大量建设并与传统大电网并存。我国的微电网技术发展相对发达国家较晚，很多还处于试验阶段，商业化发展的程度也不够高。根据我国第十三个五年计划的规划和国家能源政策的调整，我国的微电网研究与建设将成为重点发展的领域。微电网因其特殊的结构和控制方式，属于比较复杂的系统。虽然本课题对分布式发电模型的建立和微电网并离网两种模式的切换进行了一定的研究，然而由于经验、实验条件及时间的限制，微电网领域所涉及的很多相关问题及技术还未进行深入探讨，仍然有很多理论和实践问题需要深入研究和解决。
参考文献
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论文作者:刘春波
论文发表刊物:《中国电业》2019年第11期
论文发表时间:2019/9/29
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