基于PCS变主从协同控制的微电网平滑离网技术*

doi:10.11985/2023.04.033

基于PCS变主从协同控制的微电网平滑离网技术^*

刘永辉^,, 张国澎^,, 孙新迪^,, 张思宇^,

河南理工大学电气工程与自动化学院焦作 454003

Microgrid Smooth Off Grid Technology Based on PCS Variable Master-slave Cooperative Control

LIU Yonghui^,, ZHANG Guopeng^,, SUN Xindi^,, ZHANG Siyu^,

School of Electrical and Automation, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003

通讯作者: 张国澎，男，1981年生，博士，副教授。主要研究方向为大功率电力电子变换器。E-mail：hpoyz@163.com

收稿日期: 2022-11-12 修回日期: 2023-06-24

基金资助:

*国家重点研发计划(2018YFC0604502)
河南省科技攻关(202102210294)
河南省自然科学基金(212300410147)

Received: 2022-11-12 Revised: 2023-06-24

作者简介 About authors

刘永辉，男，1996年生，硕士研究生。主要研究方向为电力电子。E-mail：2394921421@qq.com

孙新迪，男，1996年生，硕士研究生。主要研究方向为CLLC谐振变换器。E-mail：1361260983@qq.com

张思宇，女，1999年生，硕士研究生。主要研究方向为电力电子。E-mail：1252546653@qq.com

摘要

当微电网由并网模式进入离网模式时，储能变流器和光伏逆变器采用传统控制方式可能会造成微电网系统振荡、储能系统过充和过放的问题。采用储能变流器和光伏逆变器并联运行的微电网结构，通过分析微电网各电源出力情况，提出一种在微电网离网时刻，考虑储能系统荷电状态(State of charge，SOC)的变主从协同控制策略，即将主从控制、对等控制、分层控制的优势结合起来，实现储能变流器在二次调压调频的下垂控制和PQ控制间灵活切换，实现微电网的平滑离网，防止储能系统过充和过放。最后搭建仿真模型，对所提方法的有效性进行验证。

关键词： 储能变流器; 变主从协同控制; 二次调压调频; 过充和过放

Abstract

The microgrid changes from grid connected mode to off grid mode. The traditional control methods of energy storage converter and photovoltaic inverter may cause the problems of microgrid system oscillation and overcharge and discharge of energy storage system. The microgrid structure with energy storage converter and photovoltaic inverter running in parallel is adopted. By analyzing the output power of each power supply of microgrid, a method is proposed when microgrid is off grid. Considering the variable master-slave cooperative control strategy of the charged state of the energy storage system, that is, the advantages of master-slave control, peer-to-peer control and hierarchical control are combined to complete the flexible switching of the energy storage converter between the droop control and PQ control of secondary voltage and frequency regulation, realize smooth off grid of microgrid, and prevent overcharge and over discharge of the energy storage system. Finally, a simulation model is built to verify the effectiveness of the proposed method.

Keywords： Power conversion system; variable master-slave cooperative control; secondary voltage and frequency regulation; overcharge and over discharge

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本文引用格式

刘永辉, 张国澎, 孙新迪, 张思宇. 基于PCS变主从协同控制的微电网平滑离网技术^*[J]. 电气工程学报, 2023, 18(4): 310-319 doi:10.11985/2023.04.033

LIU Yonghui, ZHANG Guopeng, SUN Xindi, ZHANG Siyu. Microgrid Smooth Off Grid Technology Based on PCS Variable Master-slave Cooperative Control[J]. Chinese Journal of Electrical Engineering, 2023, 18(4): 310-319 doi:10.11985/2023.04.033

1 引言

随着经济发展和科技进步，用户对微电网的电能质量有了更高的要求。为保证由储能系统(Energy storage system，ESS)和光伏发电系统组成的微电网系统的电能质量，要求微电网系统在并网和离网模式下，电压和频率均能维持在额定值，同时实现并离网的平滑切换^[1⇓-3]。并网时，微电网通过公共连接点(Point of common coupling，PCC)与大电网连接，由大电网维持系统电压和频率的稳定以及功率的平衡；发生非计划性孤岛或计划性孤岛时，微电网系统失去大电网的支持，存在电压和频率不稳定以及功率不平衡造成的ESS过充和过放等问题，影响微电网系统的电能质量，甚至会导致系统崩溃^[4]。因此，实现微电网的平滑离网以及ESS的过充与过放保护具有重要意义^[5]。

文献[6]提出了一种将电压控制与电流控制相结合的逆变器控制策略，系统并网运行时逆变器为电压控制方式，离网时切换为电流控制方式，可实现微电网并离网的平滑切换，但需要在两种控制器间进行切换，系统电压会产生畸变。文献[7]提出了一种改善模式切换时系统波动的复合控制结构，将微电网并网时PQ控制的电流环和孤岛时下垂控制的电流环相结合，使系统离网前两种控制方式下电流环给定值保持一致，减小电压和频率波动，但电容电压参考值的选取依赖于孤岛检测，而孤岛检测期间系统的稳定性和电能质量无法得到保障。文献[8]提出了一种间接电流控制策略，并网时，将逆变器作为电流源，当脱离大电网后自动切换为电压控制，无需孤岛检测即可实现平滑切换，但此方法运用于小功率系统和提供远程供电时电能质量较差，对逆变器的可靠性要求较高。文献[9]提出一种无需孤岛检测环节就可实现并离网平滑切换的控制策略，采用了一种统一并网电流控制结构，解决了微电网系统对远程通信线路的依赖问题，保证了负载的供电质量，但没有考虑ESS的过充和过放问题。文献[10]提出一种微电网ESS过充过放保护方案，当ESS的SOC超过限制值，将储能变流器(Power conversion system，PCS)由电压控制模式切换至功率控制模式，调整PCS的输出功率，实现ESS的过充和过放保护，但没有考虑负载的需求功率情况，具有一定的局限性。

针对微电网离网时主控部分的PCS在传统下垂控制方式下会存在系统振荡、ESS过充和过放的问题，提出一种基于PCS变主从协同控制策略的微电网系统的ESS过充和过放保护方案，在微电网离网时，采用PCS变主从协同控制策略，由中央控制器(Mlicrogrid central controller，MGCC)根据系统功率分布和ESS的SOC情况，灵活调整PCS的控制方式、光伏逆变器的指令值以及负载切投状况，并对传统下垂控制进行二次调压调频，实现ESS的过充、过放保护和微电网的平滑离网。

2 微电网离网的初始状态

微电网通常包含发电、配电、储电、用电四类设备。为简化分析，忽略微电网中的配电部分，考虑包含两套ESS、两套光伏发电系统和负载的小型新能源微电网，如图1所示。其中，S_pcc为PCC处的并离网开关，ESS包括储能电池和PCS；光伏发电系统包括光伏逆变器和光伏电池板，P_PV1、Q_PV1和P_PV2、Q_PV2分别为两套光伏发电系统提供的有功功率和无功功率。负载包含一种主要负载和一种次要负载，P_load1、Q_load1和P_load2、Q_load2分别为主要负载和次要负载所需要的有功功率和无功功率。

图1

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图1 微电网结构示意图

S_pcc开关闭合时，微电网运行于并网模式，电压和频率由大电网提供；S_pcc断开后微电网进入离网模式，微电网需要能建立自身的电压和频率，稳定运行^[11-12]。

微电网离网运行时，光伏发电系统持续为微电网系统提供功率，考虑ESS的SOC影响，ESS具有如下的初始运行状态。

(1) 微电网离网时刻系统满足P_load=P_PV、Q_load=Q_PV，存在以下状态。

① ESS1、ESS2均无充放电现象。

(2) 微电网离网时刻系统满足P_load>P_PV、Q_load>Q_PV，存在以下状态。

② SOC1<20%、SOC2<20%，ESS1、ESS2均停止放电。

③ SOC1<20%，SOC2>20%，ESS1停止放电，ESS2为系统提供恒定功率^[11]。

④ SOC1>20%，SOC2>20%，ESS1、ESS2均为微电网系统提供功率。

(3) 微电网离网时刻系统满足P_load<P_PV、Q_load<Q_PV，存在以下状态。

⑤ SOC1>90%、SOC2>90%，ESS1、ESS2均停止充电。

⑥ SOC1>90%，SOC2<90%，ESS1停止充电，ESS2继续充电。

⑦ SOC1<90%、SOC2<90%，ESS1、ESS2均进行充电。

综上所述，微电网离网时，ESS的初始运行状态受ESS的SOC状态和微电网系统功率分布情况影响。

3 PCS的控制方式

微电网离网运行时，选择具有高可控性的ESS作为主控部分，维持微电网系统电压和频率的稳定；选择低可控性的光伏发电系统作为从控部分，为微电网系统提供恒定功率。微电网系统的功率平衡由系统内部单元实现。在忽略功率损耗的情况下，从控部分和主控部分的输出总功率与负载的需求功率保持一致，通过调整从控部分的输出功率和负载的需求功率可实现对主控部分输出功率的控制。ESS的状态与PCS的控制方式有关，第2节中ESS的7种初始状态对应如下PCS控制方式。

(1) PCS1、PCS2保持下垂控制方式不变。

(2) 为避免ESS的过度放电，切除次要负载，保证负载的需求功率不超过光伏单元的输出功率，两个PCS继续作为主控单元运行于二次调压调频下垂模式。

(3) PCS1为下垂控制方式，ESS1停止放电，PCS2由下垂控制切换为PQ控制方式，ESS2继续为系统提供功率。当SOC2<20%，PCS2由PQ控制方式切换至下垂控制方式，ESS1、ESS2均停止放电，若PCS2运行于PQ控制方式下，系统提供的总功率依旧小于负载所需功率，则切除其他次要负载，满足负载需求不超过系统总输出功率。

(4) PCS1、PCS2为下垂控制方式保持不变，均继续放电。当出现SOC1<20%(或SOC2<20%)时，两个PSC控制方式与(3)相同。

(5) 为避免储能单元的过度充电，调整光伏逆变器PQ控制中P和Q的指令值，使光伏发电系统输出功率等于负载需求功率，PCS1、PCS2均为下垂控制方式，ESS1、ESS2均停止充电。

(6) PCS2由下垂控制方式变成PQ控制方式，ESS2继续充电，PCS1为下垂控制方式，ESS1停止充电。当SOC2等于90%，将光伏逆变器PQ控制中P和Q的指令值调整至负载需求的功率值，PCS2切换至下垂控制方式，ESS1、ESS2均停止充电。

(7) PCS1、PCS2为下垂控制方式保持不变，ESS1、ESS2均继续充电，当SOC1=90%时，PCS2由下垂控制方式切换为PQ控制方式，ESS2充电，PCS1为下垂控制，ESS1停止充电；当SOC2=90%时，调整光伏逆变器PQ控制的功率指令值，并将PCS2由PQ控制方式切换为下垂控制方式，ESS1、ESS2均停止充电。

综上所述在各种情况下，PCS的控制方式如表1所示。

表1 各种情况下PCS的控制方式以及ESS的状态

光伏单元输出功率与负载需求功率关系	储能系统SOC情况	PCS的控制方式	ESS1和ESS2的状态
光伏单元输出功率=负载需求功率	SOC1>90%，SOC2>90%	PCS1为下垂控制，PCS2为下垂控制	ESS1和ESS2均无充放电
	SOC1>90%，20%<SOC2<90%
	SOC1>90%，SOC2<20%
	20%<SOC1<90%，SOC2<20%
	SOC1<20%，SOC2<20%
光伏单元输出功率<负载需求功率	SOC1>90%，SOC2>90%	PCS1为下垂控制，PCS2为下垂控制	ESS1放电，ESS2放电
	SOC1>90%，20%<SOC2<90%	PCS1为下垂控制，PCS2为下垂控制	ESS1放电，ESS2放电
	SOC1>90%，SOC2<20%	PCS1为PQ控制，PCS2为下垂控制	ESS1放电，ESS2停止放电
	20%<SOC1<90%，SOC2<20%	PCS1为PQ控制，PCS2为下垂控制	ESS1放电，ESS2停止放电
	SOC1<20%，SOC2<20%	PCS1为下垂控制，PCS2为下垂控制	ESS1停止放电，ESS2停止放电
光伏单元输出功率>负载需求功率	SOC1>90%，SOC2>90%	PCS1为下垂控制，PCS2为下垂控制	ESS1停止充电，ESS2停止充电
	SOC1>90%，20%<SOC2<90%	PCS1为下垂控制，PCS2为PQ控制	ESS1停止充电，ESS2充电
	SOC1>90%，SOC2<20%	PCS1为下垂控制，PCS2为PQ控制	ESS1停止充电，ESS2充电
	20%<SOC1<90%，SOC2<20%	PCS1为下垂控制，PCS2为PQ控制	ESS1充电，ESS2充电
	SOC1<20%，SOC2<20%	PCS1为下垂控制，PCS2为下垂控制	ESS1充电，ESS2充电

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4 PCS变主从协同控制

4.1 变主从协同控制

将主从控制、对等控制、分层控制相结合，发挥各自的优势，实现PCS的变主从协同控制，最终实现微电网的平滑离网。PCS变主从协同控制结构和基于PCS的变主从协同控制的微电网平滑离网流程分别如图2和图3所示。

图2

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图2 变主从协同控制结构图

图3

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图3 微电网平滑离网流程图

微电网系统中含有各种类型的电源，在不同运行模式下，其特性以及控制地位也不相同，选取ESS作为主控部分，光伏发电系统作为从控部分。采用对等控制的两个主控单元在系统状态变化时，可迅速调整系统的功率分配情况，且当一个主控单元发生故障时，可将其切除，不影响系统的正常运行，提高系统稳定性。MGCC优化系统功率分配可以避免储能单元的过充和过放。

PCS在下垂控制方式和PQ控制方式间切换时，下垂控制和PQ控制的电流环一致，切换时共用电流内环，只需要切换外环，采用传统的切换方法，在切换时刻，PQ控制方式下的功率环输出状态与下垂控制方式下的电压环输出状态不同，即电流环的指令值发生突变，PCS的输出电流和功率会产生一个大的振荡，影响系统的稳定运行。在下垂控制切换至PQ控制时，采用缓启的思想，将PQ控制的初始指令值与下垂控制的输出功率保持一致，以合适的斜率到达预期指令值；在PQ控制切换至下垂控制时，采用状态跟踪法，保证电流环指令值不发生突变，减小PCS控制方式切换时，系统电流和功率的振荡，控制原理如图4所示。

图4

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图4 变主从协同控制原理图

MGCC获取微电网系统各个部分的状态信息，并做出合适的调整，根据负载需求功率、光伏发电系统和ESS的输出功率以及ESS的SOC状态调整PCS的控制方式，实现系统的平滑离网。PCS的控制方式由图4中开关K1、K2、K3、K4的状态决定。PCS为PQ控制方式时，状态开关K1、K2、K3和K4分别与点b、c、e和h接触，此时，下垂控制方式下的电压环输出量i_dref1和i_qref1将跟随PQ控制方式下的功率环输出量i_dref2和i_qref2，实现两种控制方式切换时，电流环的指令值相同，减少系统电流和功率的振荡；PCS由PQ控制方式切换为下垂控制方式时，调整状态开关K1、K2、K3和K4的状态，使其分别与点a、d、f和g接触，实现PCS控制方式的平滑切换。图4中i_dref1、i_qref1、i_dref2、i_qref2可根据式(1)、(2)求解得到。

(1)

\{\begin{cases} i_{d ref1} = (k_{ip1} + \frac{k_{ii1}}{s}) (u_{d ref} - u_{d}) \\ i_{q ref1} = (k_{ip1} + \frac{k_{ii1}}{s}) (u_{q ref} - u_{q}) \end{cases}

式中，u_dref、u_qref为下垂控制方式下电压环的指令值。

(2)

\{\begin{cases} i_{d ref2} = (k_{ip2} + \frac{k_{ii2}}{s}) (P_{ref} - P) \\ i_{q ref2} = (k_{ip2} + \frac{k_{ii2}}{s}) (Q_{ref} - Q) \end{cases}

式中，P_ref、Q_ref为PQ控制方式下有功功率和无功功率的指令值。

4.2 主控单元控制方式

传统下垂控制存在静态误差，负载突变会引起电压和频率的振荡，甚至造成系统崩溃，对传统下垂控制进行二次调压调频，可实现无差调节进而提高系统稳定性^[13⇓-15]。二次调压调频下垂控制由功率环和采用PI控制的电压电流双闭环三部分构成。其控制结构和控制原理分别如图5和图6所示。

图5

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图5 二次调压调频下垂控制结构图

图6

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图6 二次调压调频下垂控制原理图

图5中U_abc和i_abc分别为PCS输出的电压和电流有效值，经坐标变换后，由式(3)得到有功功率和无功功率平均值；根据二次调压调频的下垂特性得到输出电压幅值指令值U_ref和频率指令值f_ref，U_ref、f_ref的表达式为式(4)；对U_ref、f_ref进行电压合成，然后进行坐标变换得到d轴和q轴的电压分量，并将其作为电压外环的参考电压送入电压电流双闭环控制环节得到调制信号，最后将调制信号进行空间矢量调制得到开关信号传输至逆变器。

(3)

\{\begin{cases} P = \frac{3}{2} \frac{ω_{c}}{s + ω_{c}} (u_{d} i_{d} + u_{q} i_{q}) \\ Q = \frac{3}{2} \frac{ω_{c}}{s + ω_{c}} (u_{q} i_{d} - u_{d} i_{q}) \end{cases}

式中，s为拉普拉斯算子； $ω_{c}$ 为低通滤波器的截止频率；u_d、u_q和i_d、i_q为坐标变换后d轴和q轴的电压和电流分量。

(4)

\{\begin{cases} f_{ref} = (k_{fp} + \frac{k_{fi}}{s}) (f_{n} - f_{ref}) + f_{n} + m (P - P_{n}) \\ U_{ref} = (k_{up} + \frac{k_{ui}}{s}) (U_{n} - U_{ref}) + U_{ref} + n (Q - Q_{n}) \end{cases}

式中，U_n、f_n分别为系统的额定电压和额定频率；P_n、Q_n为系统的额定有功功率和额定无功功率；P、Q为低通滤波器输出的有功和无功功率；m、n分别为PCS的有功-频率下垂系数和无功-电压下垂系数^[16⇓-18]。

4.3 从控单元控制方式

微电网在并网模式和离网模式下，系统电压和频率的稳定分别由大电网和主控部分维持，而从控部分则为系统提供稳定的功率，从控部分的逆变器运行于PQ控制方式，PQ控制结构图如图7所示。

图7

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图7 PQ控制原理图

PQ控制由功率环和电流环组成，功率外环为电流内环产生电流指令值，电流内环输出电压的控制信号V_d和V_q，经过反dq坐标变换得到调制信号后，将调制信号进行空间矢量调制得到逆变器的驱动信号^[19-20]。电流环指令值为

(5)

\{\begin{cases} V_{sd} = (k_{vp} + \frac{k_{vi}}{s}) (i_{d ref} - i_{d}) + u_{d} - ω L i_{q} \\ V_{sq} = (k_{vp} + \frac{k_{vi}}{s}) (i_{q ref} - i_{q}) + u_{q} + ω L i_{d} \end{cases}

式中，i_dref、i_qref为功率环输出的电流参考值；L为滤波电感。

5 仿真验证

为了验证PCS变主从协同控制的有效性，基于图1所示的微电网系统结构，在Matlab/Simulink中搭建了微电网系统的总仿真模型，其中PCS变主从协同控制的仿真模型如图8和图9所示，图8、图9是根据图4、图6和图7所示原理图进行搭建的，为了简化分析，将储能和光伏电源用直流源替代，滤波电路的设计以及参数的选择也保持一致，微电网仿真模型的具体参数如表2所示。

图8

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图8 下垂控制和PQ控制的外环仿真模块图

图9

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图9 PCS控制方式切换的仿真模块图

表2 系统仿真参数

参数	数值
大电网相电压、频率值	380 V、50 Hz
ESS直流侧电压	U_dc1=U_dc2=800 V
光伏发电系统直流侧电压	U_dc3=U_dc4=800 V
滤波电路电容、电感	L_f=0.6 mH、C_f=1 500 μF
下垂控制有功、无功指令值	P_n=10 kW、Q_n=0 kVar
下垂系数下垂控制电压、频率额定值 PQ控制指令值	m=1×10^-5、n=3×10^-4 U_n=380 V、f_n=50 Hz P_PV=20 kW、Q_PV=20 kVar

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图9中的K1、K2、K3和K4与图4中的K1、K2、K3和K4对应，根据案例1和案例2的工况要求，合理设置控制开关状态的脉冲模块的参数，当PCS为下垂控制方式时，使系统中与四个开关上部连接的电路导通，当PCS为PQ控制方式时，使系统中与四个开关下部连接的电路导通。在微电网离网时刻，一共有七种工况，因在工况④的条件下，PCS控制方式和负载切投情况的调整包含了工况①~③条件下的调整情况；在工况⑦的条件下，PCS控制方式和PQ控制指令值的调整包含了工况⑤~⑥的调整情况，故设计了案例1和案例2分别对工况⑦和工况④进行验证。

5.1 案例1

并网运行时，系统满足P_load<P_PV、Q_load<Q_PV的条件，选取两个恒功率负载，负载1：P₁=35 kW，Q₁=35 kVar；负载2：P₂=10 kW，Q₂=10 kVar，0 s时微电网系统并网启动，负载1投入运行，在0.5 s时，断开S_pcc，系统进入离网模式，此时，SOC1<90%、SOC2<90%，PCS1、PCS2为下垂控制方式；2 s时，SOC1=90%、SOC2<90%，将PCS2切换为PQ控制方式，PQ控制初始指令值为P₀=-2.5 kW、Q₀=-2.5 kVar，以2 500的斜率分别增加至期望指令值-5 kW和-5 kVar；6 s时，SOC1=90%、SOC2=90%，调整光伏逆变器PQ控制指令值，P_PV1=17.5 kW、Q_PV1=17.5 kVar，将PCS2切换为下垂控制方式；8 s时，将负载2投入运行；10 s时，断开开关K1，PCS2脱离微电网系统；12 s系统运行结束。

由图10、11可知，系统在0.5 s、2 s、6 s、8 s、10 s时，频率分别波动了0.001 Hz、0.000 5 Hz、0.001 Hz、0.000 5 Hz和0.000 5 Hz左右，电压分别波动了0.5 V、1 V、2 V、3 V和5 V左右。在所提控制策略下，此系统在离网时刻、PCS控制方式切换时刻、负载突变时刻以及PCS切投时刻，电压和频率均可稳定在额定值附近，保证了系统电压和频率的稳定性。

图10

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图10 微电网系统频率波形

图11

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图11 微电网系统单相电压波形

由图12、13可知，0.5 s时光伏发电系统和ESS总输出功率等于负载需求功率，系统离网运行，ESS1、ESS2均以恒功率充电；4 s左右PCS2的功率到达PQ控制的指令值，PCS1的功率达到0，此时ESS1停止充电，ESS2以恒功率充电；6 s时，光伏发电系统的输出功率等于负载需求功率，PCS1、PCS2的输出功率均为0，ESS1、ESS2均停止充电；8 s时，PCS1、PCS2的输出功率相同，ESS1、ESS2和光伏发电系统一同为负载提供功率；10 s时，PCS2输出功率为0，ESS2脱离系统，由ESS1和光伏发电系统为负载提供功率。结果表明此系统在应对系统突然离网、PCS控制方式切换、负载突变和PCS切投等情况仍可维持正常运行。

图12

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图12 微电网系统各单元有功功率

图13

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图13 微电网系统各单元无功功率

5.2 案例2

并网运行时，系统满足P_load>P_PV、Q_load>Q_PV的条件，设置两个光伏发电单元的指令值均为P_PV=15 kW、Q_PV=15 kVar，选取两个恒功率负载，负载1：P₁=30 kW，Q₁=30 kVar；负载2：P₂=5 kW，Q₂=5 kVar，0 s时微电网系统并网启动，负载1、负载2均投入运行，在0.5 s时断开S_pcc，系统进入离网模式，SOC1>20%、SOC2>20%，PCS1、PCS2为下垂控制方式；2 s时，SOC1=20%、SOC2>20%，将PCS2切换为PQ控制方式，PQ控制初始指令值为P₀=2.5 kW、Q₀=2.5 kVar，以2 500的斜率增加至期望指令值5 kW、5 kVar；6 s时，SOC1=20%、SOC2=20%，切除负载2，将PCS2切换为下垂控制方式；12 s系统运行结束。

由图14、15可知，系统在0.5 s、2 s、6 s时，频率分别波动了0.001 Hz、0.000 5 Hz和0.000 5 Hz左右，电压分别波动了2 V、1 V和2 V左右。在所提控制策略下，此系统在离网时刻和PCS控制方式切换时刻的电压和频率均可稳定在额定值附近，保证了系统电压和频率的稳定性。

图14

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图14 微电网系统频率波形

图15

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图15 微电网系统单相电压波形

由图16、17可知，0.5 s时光伏发电系统和ESS总输出功率等于负载需求功率，系统离网运行，ESS1、ESS2均以恒定功率为负载提供功率；在5 s左右PCS2的有功和无功功率均到达PQ控制的指令值，PCS1的功率达到0，此时ESS1停止放电，ESS2以恒定功率为负载提供功率；6 s时，在切除次要负载后，光伏发电系统的输出功率等于负载需求功率， PCS1、PCS2的输出功率均逐渐向0靠近，在10 s时PCS1、PCS2的输出功率均为0，此时ESS1、ESS2均停止为负载提供功率。仿真结果表明此微电网系统在应对系统突然离网和PCS控制方式切换的情况时，仍然可以确保系统正常运行。

图16

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图16 微电网系统各单元有功功率

图17

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图17 微电网系统各单元无功功率

6 结论

在对传统下垂控制进行二次调压调频的基础上，提出了一种基于PCS变主从协同控制的微电网平滑离网方案，通过仿真验证所提方案的正确性和可行性，得出以下结论。

(1) PCS为改进型下垂控制方式时，当微电网运行模式切换和负载突变时，系统电压和频率可维持在额定值，实现无差调节。

(2) 在微电网离网时刻，光伏发电系统输出功率小于系统负荷时，考虑ESS的SOC可通过切除负荷、改变PCS控制方式等方法实现ESS的过充过放保护和平滑离网。

(3) 在微电网离网时刻，光伏发电系统输出功率大于系统负荷时，可通过调整光伏发电系统输出功率、改变PCS控制方式等方法实现ESS的过充过放保护和平滑离网。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

李红萍, 杨洪耕, 曾巧燕, 等.

孤岛型微电网中改进下垂控制策略

[J]. 电力系统及其自动化学报, 2017, 29(4):49-54.