采用状态跟随和预同步的方法实现孤岛向并网模式切换研究

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)

1 引言

首先在大型电磁暂态软件PSCAD/EMTDC中对微电网系统模型进行了搭建[1]，搭建的系统模型如图1所示。其中DG1、DG2、DG3为3个微电源，与敏感负荷L2、L3以及非敏感负荷L1共同组成低压交流微电网系统，且通过PCC接入0.4 kV的低压配电网中，通过控制并网节点的开关状态来改变微电网的实际运行状态[2]。大电网采用三相交流电经10.5 kV/0.4 kV模拟低压配电网[3]；DG1、DG2是从控微源，一直采用PQ控制策略，以保证微源功率的最大输出值[4]；DG3是主控微源，在并网运行时采用PQ控制[4]，在孤岛运行时需切换到压频比控制，给微电网提供电压和频率。

2 孤岛向并网模式切换试验研究

参数设置为DG3作为主控微源采用V/f控制设置参考电压为0.38 kV、频率为50 Hz，DG1、DG2作为从控微源，DG1给定有功功率和无功功率为：100 kW、20 kVar，DG2给定有功功率和无功功率为：200 kW、40 kVar，微网系统内总的负荷有功功率为0.69 MW[5]，还采用功率因数为0.95配置无功功率为0.222 MVar。采用建立的预同步控制仿真模块，大电网三相电压经过派克变换得到udgrid、uqgrid在分别与逆变器出口d轴和q轴的电压vd、vq进行比较，差值通过PI控制器与电流内环输出电压进行运算得到预同步后的参考电压ud1ref、uq1ref，再分别和vd、vd以及滤波电感电压补偿从而得到d轴、q轴的输出参考电压[6]。通过锁相环锁定大电网的相角PHI，然后与逆变器出口处相角thS进行比较，然后经PI调节器作用，在与设定频率运算，输出参考频率[7]。仿真时长为3 s,并网连接点PCC在1.5 s发出并网信号，微网检测电能参数，传输给微源，实现并网运行[8]。

图2 微网频率波形图

如图2为微网的频率波形图，图3为微网母线电压有效值，从中可以看出：由于采用了预同步的控制方式，使微网在并网时，其内部的电能参数与大电网一致，从而在1.5 s的并网瞬间电压和频率经过短暂波动，就迅速回升到稳态值[9]。

图4、图5分别为从控微源DG1、DG2的有功功率和无功功率的波形图，从中可以看出在1.5s并网瞬间，输出未出现大的波动[10]。

图3 微网电压有效值波形

图4 DG1有功功率与无功功率输出波形

图5 DG2有功功率和无功功率输出波形

从图2至图5的微网频率、电压、功率波形图可以看出：当微网由孤岛运行向并网运行模式切换时，对主控制器采用预同步的控制方法，能够匹配大电网电能参数，实现PCC两侧的对等，从而使微网内的电压和频率能够满足电能质量要求，从控微源DG1、DG2也能达到很好的功率输出。

3 结论

本研究课题，针对目前微网在并网与孤岛模式之间进行切换时，容易出现较大的电能波动展开的，提出对主控制器采用基于负反馈的状态跟随和预同步的综合控制策略，并对其进行了试验研究，验证了所提策略的可行性，能够有效改善模式切换时的冲击过程。微网的平滑切换是实现微网平稳运行以及风、光等可再生能源发电与现存电网友好相处的重要技术，具有很强的理论和实际意义。