新能源直流微网的控制架构与层次划分

新能源直流微网的控制架构与层次划分

高为举于浩然

（国电南瑞科技股份有限公司江苏南京210000）

摘要：孤岛运行作为微电网的重要特征之一，会对微电网的运行的稳定性造成较大影响。因为孤岛运行的电压和频率波动范围较大，原有的电网控制方式存在较大缺陷，无法实现对多个分布式电源的有效控制，为了对其进行改善，提出了新的微电网主从控制方法。文章以孤网运行状态下常用微电网运行控制方式为入手点，对多个分布式电源的微电网的主从控制措施进行了讨论，对仿真结果进行了分析，具有一定的借鉴和参考价值。

关键词：孤网运行；微电网；主从控制V/f控制

孤网运行状态下的微电网控制是非常复杂的，为了确保系统的正常运行，就需要保证微电网控制的科学性和有效性，所以便需要针对其中的不足之处进行改进。采用自适应主从控制方法对微电网进行控制，能够有效提高控制水平，确保电压和频率的稳定性，对微电网的平稳运行具有重要意义。

1孤网运行状态下的微电网运行控制方式

目前常用的对分布式电源的主从控制方式主要有有两种，分别为基于单个V/f电源的主从控制和基于Droop的主从控制，本文对此进行了分别讨论。

1.1基于单个V/f电源的主从控制

基于单个V/f电源的主从控制是一种常用的微电网主从控制方法，其核心理念为V/f控制和PQ控制的有机结合，在多个分布式电源中选出一个主电源，其他作为从电源，分别采用V/f控制方法和PQ控制方法进行控制，确保主电源电压和频率的稳定性，实现对多个电源功率的调节，使整个微电网系统的功率以相对稳定的形式输出，进而保证系统的平稳性。这种主从控制方法在很大程度上保证了微电网系统运行的平稳性，但是因为其核心为主电源，是以主电源的负荷要求为控制标准的，并且其容量大小会对电压和频率的稳定性造成影响，这就使得该控制方法具有较大的局限性，当主电源出现异常现象时，将无法起到有效的控制作用。

1.2基于Droop的主从控制

基于Droop的主从控制又叫做对等控制，该控制方法的核心思想是功率的共享，控制原理是依据微电网电源的下垂特性和与负荷之间的关系，通过采用P-f和Q-V下垂控制方法，对每一个分布式电源进行控制，将系统负荷变化引起的不平衡功率分摊给所有电源，以此来完成对系统功率的调节，保证其稳定性。微电网在这种控制模式下运行，分布式电源的稳态值会随着负荷的变化发生改变，具有较大的不确定性，前后电压和频率之间存在差值，无法保证输出功率的恒定；并且当负荷变化幅度较大时，电压和频率数值的改变也是较大的，其质量得不到保证，很容易超过允许偏差范围，系统无法达到平衡状态。

2多个分布式电源的微电网的主从控制措施

2.1多个V/f电源的协调合作

基于单个V/f电源的主从控制受主电源容量的限制较大，当主电源容量较小时便无法满足负荷需求，进而对系统的稳定性造成影响。针对这种现象，可以将V/f控制方法应用于多个电源中，以此来摆脱主电源容量的限制，通过其他电源来对系统功率进行调节。但是多个电源同时在V/f控制方式下运行时，意味着这些电源是并联关系，当电源的规格不同时，其额定电压和频率都是不一样的，彼此之间便会出现环流现象，不利于整个系统的平稳运行；即使是电源规格相同，在实际运行过程中，线路不同长度也会使得每处电源的电压和频率不同，进而出现环流现象，所以必须对多个V/f电源进行协调，使其相互配合。因为每个V/f电源是都可以采用V/f控制和PQ控制，所以可以通过设置一定的条件，使电源能够在满足条件时为主电源，不满足条件时为从电源，在两种控制模式下进行转换，能够避免电源在并联时出现环流现象。

2.2多个分布式电源的微电网的主从控制措施

因为单个V/f电源的主从控制以及Droop的主从控制方式都存在一定的缺陷，使多个V/f电源相互配合，提出一种自适应主从控制方式，能够有效改善其中的不足，在保证系统稳定方面能够发挥显著作用。根据每个分布式电源运行特点以及参数的不同，设置其成为主电源的相应条件，使其在满足条件时处于V/f控制模式下，进而能够根据负荷需求对电压和频率进行调节，保证输出功率的恒定，而其他时间处于PQ控制模式下，避免对电压和频率调控造成影响，当有需求的时候，可以通过电源下垂特性的变化，对电压和频率进行调节，与主电源的V/f控制形成配合作用，以此来保证微电网运行的平稳性。多个分布式电源的自适应主从控制是对单个V/f电源的主从控制的优化和升级，将其中的唯一主电源替换为可以自我调节的多个分布式电源，使系统拥有多个调节平衡点，扩大了功率的可调节范围，具有较强的灵活性，能够根据预先设置好的条件自动切換，摆脱了单个主电源的限制，容错性较好。

3仿真结果分析

为了对单个V/f电源的主从控制方式以及多个分布式电源的主从控制方式进行对比，利用仿真模型进行了分析。通过得出的具体结果，可以知道在微电网实际运行中，当电源的负荷不满足成为主电源的限制条件时，其控制方式为PQ控制方式；当电源负荷增加到预先的设定值时，便会成为新的主电源，其控制方式便会从PQ控制自动切换为V/f控制，参与到电压和频率的调节中。并且在系统负荷变化值较大时，在单个V/f电源主从控制方式下，系统的电压和频率变化值也较大，将会超过规定的允许偏差；而在多个分布式电源的主从控制方式下，系统的电压和频率在出现短暂的较大波动后，会经过调整趋于稳定，其变化值在允许范围内。

4结语

从仿真结果分析可以知道，基于多个分布式电源的微电网自适应控制方式，通过使多个电源形成配合，能够有效保证孤网状态下微电网输出功率的稳定性，改善了主电源容量对微电网主从控制影响的缺陷，提高了微电网主从控制水平和控制质量，具有较高的推广和应用价值。

参考文献

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