陈曦　朱欣颖　潘晓东

摘要：该文设计了一个包含两个DR（分布式电源）的微网系统，系统采用主从控制策略，当微网处于孤岛运行模式时，其中一个DR或储能装置采取V/f控制，用于向微网中其它DR提供一定的电压和频率参考，而其它DR则可采取PQ控制。在并网运行时微网中所有的DR均采用PQ控制。建立了基于单相逆变电源的微电网控制系统MATLAB仿真模型，并通过仿真实验对其进行验证分析。

关键词：分布式发电；微网；主从控制

中图分类号：TP313 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）30-7205-03

近年来分布式发电得到了更多的重视和研究应用，而以小容量分布式电源为核心形成的微网研究更加令人关注。在不改变现有配电网络结构的前提下，为了削弱分布式电源对其运行造成的负面影响，美国电力可靠性技术解决方案协会提出了能更好地发挥分布式发电潜能的一种组织形式——微网（Micro Grid）。微网有并网运行和孤岛运行两种模式，并能在两种运行模式之间无缝隙转换。[1]

1 系统总体设计

本文所设计的微网系统采用主从控制策略，即当微网处于孤岛运行模式时，其中一个DR或储能装置采取V/f控制，用于向微网中其它DR提供一定的电压和频率参考，而其它DR则可采取PQ控制。在并网运行时微网中所有的DR均采用PQ控制，即微网不参与频率调节，只输出指定的有功和无功功率。储能装置、DR单元均可独立或联合作为主控单元。DR经并网开关和变压器馈入配电网。

2 微网中DR的控制策略

在逆变电源的无线并联模式下，各个逆变DR只可以根据自身的输出功率通过一定的控制算法来调节各自的输出电压频率、幅值和相位。[2]当系统输出电压大小已知且不变时，各并联逆变器可通过检测自身的输出功率值，并依据本身容量把幅值与频率这两个主要参数分别通过无功和有功功率进行近似的解耦控制。

2.1 下垂控制策略

下垂控制特性指DR输出有功功率和频率呈线性关系而无功功率和电压幅值成线性关系。在逆变电源的联络系统中，逆变器进行自身功率检测，根据下垂控制系数得出输出电压的幅值及频率的参考输入值，再经过相应控制装置反相微调自身输出电压幅值和频率从而实现系统无功和有功功率的合理分配。输出功率较大的单元能根据V/f下垂特性降低其输出；同样，输出功率相对较小的单元可依此增加其输出，这种不断进行的自身调节过程将一直持续到系统进入最小环流点。[3]

2.2 PQ控制策略

微电网在并网模式下运行时，系统的参考电压的控制策略主要是保证微电源输出的功率大小在可控的范围内变化。微网电压可通过电流控制环等调节逆变器的输出电流，实现无功和有功功率的解耦控制[4]。

由图1可知PQ控制器主要由2个整体环节串联构成，即前半部分的外功率控制装置与后半部分的内电流控制环串联构成，可以对有功和无功功率进行解耦控制，并经过锁相环技术向系统提供频率支撑。通过调节功率得到电流的参考输入，再将其与反馈所得的实际电流信号进行偏差分析，根据所得值进行快速调节，产生参考电压控制信号，使得输出电压信号跟踪参考电压值。在电流环设计中需要进行解耦控制，以增加前馈控制减少电网电压对控制系统的影响。

2.3 V/f控制策略

当电网运行在孤岛模式时，系统采用主从控制策略，主控电源采用V/f控制策略，达到控制微电源的输出电压频率和幅值，以分担并网时大电网向微电网传输的功率，同时可以向微网提供参考频率和电压，其它微源采用PQ控制。V/f控制器的结构如图2所示。

V/f控制器的输出电压用作电压、电流双环控制的参考信号。图中加入PI控制器起到保持输出电压精度不变的作用。

3 系统仿真及其结果分析

PQ控制有功功率和无功功率输出波形图如图3所示，，其中设定的有功功率期望是8kw，无功功率期望值是460Kvar，由图中可以看出系统几乎没有超调，响应时间小于0.3s，满足期望要求。

第一个通道上的波形按幅度高低分别是负载电压和电网电压。第二个通道是并网开关，在并网时并网开关自动闭合置“1”。从图4中可以看出经过频率相位跟踪电网电压和并网电流在0.098s可以并网，这时并网开关闭合，电网电压与负载电压同步，此时系统向电网送电，从而可以验证频率和相位跟踪算法的正确性。

4 结束语

对于微网内不同DR采用不同的控制方法，可以优化微网系统的运行。该文详细分析了微网主从型PQ-V/f控制方法，并对该控制策略做了仿真分析，证明了该方法的科学性和可行性。分布式并网发电具有广阔的发展前景，微网控制这一关键问题还有待不懈探索，智能的微网控制策略将是未来发展的一个新方向。[5]

参考文献：

[1] 鲁宗相，周双喜.微电网研究综述[D].北京：清华大学电机系，2011.

[2] 王成山，肖朝霞，王守相.微网综合控制与分析[J].电力系统自动化，2008（7）：98-102.

[3] Guerrero J M， Matas J， De Vicna L G， et al.Decentralized control for parallel operation of distributed generation inverters using resistive output impedance.IEEE Trans on Industrial Electronics，2007，54（2）：994-1004.

[4] 朱昊，韦纲，吴万禄，等.城市微电网控制策略的研究[J]. 力与能源，2013（34）：3-4.

[5] 崔艳龙.含分布式发电的配电网规划研究[D].成都：西南交通大学，2013.endprint

摘要：该文设计了一个包含两个DR（分布式电源）的微网系统，系统采用主从控制策略，当微网处于孤岛运行模式时，其中一个DR或储能装置采取V/f控制，用于向微网中其它DR提供一定的电压和频率参考，而其它DR则可采取PQ控制。在并网运行时微网中所有的DR均采用PQ控制。建立了基于单相逆变电源的微电网控制系统MATLAB仿真模型，并通过仿真实验对其进行验证分析。

关键词：分布式发电；微网；主从控制

中图分类号：TP313 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）30-7205-03

近年来分布式发电得到了更多的重视和研究应用，而以小容量分布式电源为核心形成的微网研究更加令人关注。在不改变现有配电网络结构的前提下，为了削弱分布式电源对其运行造成的负面影响，美国电力可靠性技术解决方案协会提出了能更好地发挥分布式发电潜能的一种组织形式——微网（Micro Grid）。微网有并网运行和孤岛运行两种模式，并能在两种运行模式之间无缝隙转换。[1]

1 系统总体设计

本文所设计的微网系统采用主从控制策略，即当微网处于孤岛运行模式时，其中一个DR或储能装置采取V/f控制，用于向微网中其它DR提供一定的电压和频率参考，而其它DR则可采取PQ控制。在并网运行时微网中所有的DR均采用PQ控制，即微网不参与频率调节，只输出指定的有功和无功功率。储能装置、DR单元均可独立或联合作为主控单元。DR经并网开关和变压器馈入配电网。

2 微网中DR的控制策略

在逆变电源的无线并联模式下，各个逆变DR只可以根据自身的输出功率通过一定的控制算法来调节各自的输出电压频率、幅值和相位。[2]当系统输出电压大小已知且不变时，各并联逆变器可通过检测自身的输出功率值，并依据本身容量把幅值与频率这两个主要参数分别通过无功和有功功率进行近似的解耦控制。

2.1 下垂控制策略

下垂控制特性指DR输出有功功率和频率呈线性关系而无功功率和电压幅值成线性关系。在逆变电源的联络系统中，逆变器进行自身功率检测，根据下垂控制系数得出输出电压的幅值及频率的参考输入值，再经过相应控制装置反相微调自身输出电压幅值和频率从而实现系统无功和有功功率的合理分配。输出功率较大的单元能根据V/f下垂特性降低其输出；同样，输出功率相对较小的单元可依此增加其输出，这种不断进行的自身调节过程将一直持续到系统进入最小环流点。[3]

2.2 PQ控制策略

微电网在并网模式下运行时，系统的参考电压的控制策略主要是保证微电源输出的功率大小在可控的范围内变化。微网电压可通过电流控制环等调节逆变器的输出电流，实现无功和有功功率的解耦控制[4]。

由图1可知PQ控制器主要由2个整体环节串联构成，即前半部分的外功率控制装置与后半部分的内电流控制环串联构成，可以对有功和无功功率进行解耦控制，并经过锁相环技术向系统提供频率支撑。通过调节功率得到电流的参考输入，再将其与反馈所得的实际电流信号进行偏差分析，根据所得值进行快速调节，产生参考电压控制信号，使得输出电压信号跟踪参考电压值。在电流环设计中需要进行解耦控制，以增加前馈控制减少电网电压对控制系统的影响。

2.3 V/f控制策略

当电网运行在孤岛模式时，系统采用主从控制策略，主控电源采用V/f控制策略，达到控制微电源的输出电压频率和幅值，以分担并网时大电网向微电网传输的功率，同时可以向微网提供参考频率和电压，其它微源采用PQ控制。V/f控制器的结构如图2所示。

V/f控制器的输出电压用作电压、电流双环控制的参考信号。图中加入PI控制器起到保持输出电压精度不变的作用。

3 系统仿真及其结果分析

PQ控制有功功率和无功功率输出波形图如图3所示，，其中设定的有功功率期望是8kw，无功功率期望值是460Kvar，由图中可以看出系统几乎没有超调，响应时间小于0.3s，满足期望要求。

第一个通道上的波形按幅度高低分别是负载电压和电网电压。第二个通道是并网开关，在并网时并网开关自动闭合置“1”。从图4中可以看出经过频率相位跟踪电网电压和并网电流在0.098s可以并网，这时并网开关闭合，电网电压与负载电压同步，此时系统向电网送电，从而可以验证频率和相位跟踪算法的正确性。

4 结束语

对于微网内不同DR采用不同的控制方法，可以优化微网系统的运行。该文详细分析了微网主从型PQ-V/f控制方法，并对该控制策略做了仿真分析，证明了该方法的科学性和可行性。分布式并网发电具有广阔的发展前景，微网控制这一关键问题还有待不懈探索，智能的微网控制策略将是未来发展的一个新方向。[5]

参考文献：

[1] 鲁宗相，周双喜.微电网研究综述[D].北京：清华大学电机系，2011.

[2] 王成山，肖朝霞，王守相.微网综合控制与分析[J].电力系统自动化，2008（7）：98-102.

[3] Guerrero J M， Matas J， De Vicna L G， et al.Decentralized control for parallel operation of distributed generation inverters using resistive output impedance.IEEE Trans on Industrial Electronics，2007，54（2）：994-1004.

[4] 朱昊，韦纲，吴万禄，等.城市微电网控制策略的研究[J]. 力与能源，2013（34）：3-4.

[5] 崔艳龙.含分布式发电的配电网规划研究[D].成都：西南交通大学，2013.endprint

摘要：该文设计了一个包含两个DR（分布式电源）的微网系统，系统采用主从控制策略，当微网处于孤岛运行模式时，其中一个DR或储能装置采取V/f控制，用于向微网中其它DR提供一定的电压和频率参考，而其它DR则可采取PQ控制。在并网运行时微网中所有的DR均采用PQ控制。建立了基于单相逆变电源的微电网控制系统MATLAB仿真模型，并通过仿真实验对其进行验证分析。

关键词：分布式发电；微网；主从控制

中图分类号：TP313 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）30-7205-03

近年来分布式发电得到了更多的重视和研究应用，而以小容量分布式电源为核心形成的微网研究更加令人关注。在不改变现有配电网络结构的前提下，为了削弱分布式电源对其运行造成的负面影响，美国电力可靠性技术解决方案协会提出了能更好地发挥分布式发电潜能的一种组织形式——微网（Micro Grid）。微网有并网运行和孤岛运行两种模式，并能在两种运行模式之间无缝隙转换。[1]

1 系统总体设计

本文所设计的微网系统采用主从控制策略，即当微网处于孤岛运行模式时，其中一个DR或储能装置采取V/f控制，用于向微网中其它DR提供一定的电压和频率参考，而其它DR则可采取PQ控制。在并网运行时微网中所有的DR均采用PQ控制，即微网不参与频率调节，只输出指定的有功和无功功率。储能装置、DR单元均可独立或联合作为主控单元。DR经并网开关和变压器馈入配电网。

2 微网中DR的控制策略

在逆变电源的无线并联模式下，各个逆变DR只可以根据自身的输出功率通过一定的控制算法来调节各自的输出电压频率、幅值和相位。[2]当系统输出电压大小已知且不变时，各并联逆变器可通过检测自身的输出功率值，并依据本身容量把幅值与频率这两个主要参数分别通过无功和有功功率进行近似的解耦控制。

2.1 下垂控制策略

下垂控制特性指DR输出有功功率和频率呈线性关系而无功功率和电压幅值成线性关系。在逆变电源的联络系统中，逆变器进行自身功率检测，根据下垂控制系数得出输出电压的幅值及频率的参考输入值，再经过相应控制装置反相微调自身输出电压幅值和频率从而实现系统无功和有功功率的合理分配。输出功率较大的单元能根据V/f下垂特性降低其输出；同样，输出功率相对较小的单元可依此增加其输出，这种不断进行的自身调节过程将一直持续到系统进入最小环流点。[3]

2.2 PQ控制策略

微电网在并网模式下运行时，系统的参考电压的控制策略主要是保证微电源输出的功率大小在可控的范围内变化。微网电压可通过电流控制环等调节逆变器的输出电流，实现无功和有功功率的解耦控制[4]。

由图1可知PQ控制器主要由2个整体环节串联构成，即前半部分的外功率控制装置与后半部分的内电流控制环串联构成，可以对有功和无功功率进行解耦控制，并经过锁相环技术向系统提供频率支撑。通过调节功率得到电流的参考输入，再将其与反馈所得的实际电流信号进行偏差分析，根据所得值进行快速调节，产生参考电压控制信号，使得输出电压信号跟踪参考电压值。在电流环设计中需要进行解耦控制，以增加前馈控制减少电网电压对控制系统的影响。

2.3 V/f控制策略

当电网运行在孤岛模式时，系统采用主从控制策略，主控电源采用V/f控制策略，达到控制微电源的输出电压频率和幅值，以分担并网时大电网向微电网传输的功率，同时可以向微网提供参考频率和电压，其它微源采用PQ控制。V/f控制器的结构如图2所示。

V/f控制器的输出电压用作电压、电流双环控制的参考信号。图中加入PI控制器起到保持输出电压精度不变的作用。

3 系统仿真及其结果分析

PQ控制有功功率和无功功率输出波形图如图3所示，，其中设定的有功功率期望是8kw，无功功率期望值是460Kvar，由图中可以看出系统几乎没有超调，响应时间小于0.3s，满足期望要求。

第一个通道上的波形按幅度高低分别是负载电压和电网电压。第二个通道是并网开关，在并网时并网开关自动闭合置“1”。从图4中可以看出经过频率相位跟踪电网电压和并网电流在0.098s可以并网，这时并网开关闭合，电网电压与负载电压同步，此时系统向电网送电，从而可以验证频率和相位跟踪算法的正确性。

4 结束语

对于微网内不同DR采用不同的控制方法，可以优化微网系统的运行。该文详细分析了微网主从型PQ-V/f控制方法，并对该控制策略做了仿真分析，证明了该方法的科学性和可行性。分布式并网发电具有广阔的发展前景，微网控制这一关键问题还有待不懈探索，智能的微网控制策略将是未来发展的一个新方向。[5]

参考文献：

[1] 鲁宗相，周双喜.微电网研究综述[D].北京：清华大学电机系，2011.

[2] 王成山，肖朝霞，王守相.微网综合控制与分析[J].电力系统自动化，2008（7）：98-102.

[3] Guerrero J M， Matas J， De Vicna L G， et al.Decentralized control for parallel operation of distributed generation inverters using resistive output impedance.IEEE Trans on Industrial Electronics，2007，54（2）：994-1004.

[4] 朱昊，韦纲，吴万禄，等.城市微电网控制策略的研究[J]. 力与能源，2013（34）：3-4.

[5] 崔艳龙.含分布式发电的配电网规划研究[D].成都：西南交通大学，2013.endprint