直流微电网如何与主电网实现柔性互联？
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湖南工业大学电气与信息工程学院、国家电能变换与控制工程技术研究中心（湖南大学）、长沙理工大学电气与信息工程学院的研究人员兰征、涂春鸣、姜飞，在2019年第8期《电工技术学报》上撰文（论文标题为“”基于虚拟电机技术的直流微电网与主电网柔性互联策略）指出，直流微电网接口变换器大多采用“刚性”的变流控制策略，由于直流微电网缺乏与主电网柔性互联的机制，导致接口处惯性与阻尼不足，且无法主动参与主电网功率调节。
本文提出一种基于虚拟电机技术的直流微电网与主电网柔性互联策略，接口变换器采用级联型电力电子变压器，交流侧和直流侧融合统一的虚拟电机控制，两侧同时模拟电机运行特性。通过模拟电机的阻尼和惯性，使直流微电网呈现出柔性特性，降低了其内部功率波动对主电网的冲击，且提升了直流母线电压的稳定性。同时，还可主动调节接口处的有功和无功功率，对主电网频率和电压给予一定的支撑。利用PSCAD/EMTDC的仿真结果证明了所提柔性互联方法的正确性和有效性。
随着新能源发电技术的不断发展，分布式发电规模不断扩大，已经成为传统集中发电的有益补充，推动电力系统迅速发展。各种分布式能源中，大部分为直流电源，如太阳能电池、燃料电池和蓄电池等，风力发电机、微型燃气轮机等交流电源由于电压或频率的不稳定，也需要经过直流环节的转换。
在日常生活中，如电动汽车、电视、计算机、LED灯和变频空调等负荷也均为直流形式。若分布式能源通过直流并网，可以省去冗余的AC-DC变流器环节，降低发电成本和损耗，大大提高发电效率，还能避免传统交流系统特有的无功、谐波等电能质量问题。因此，直流微电网已获得了越来越多的关注。
美国ABB公司提出的基于直流总线的微电网架构主要讨论了如何给用户提供高可靠性和高质量的电力供应。美国弗吉尼亚理工大学CPES中心提出的“Sustainable Building Initiative（SBI）”直流楼宇供电系统侧重于为未来家庭和楼宇提供直流电源，整个直流供电系统通过一台双向DC-AC变换器接入大电网。韩国智能微电网研究中心建立的直流微电网供电系统，重点研究了直流电分配、功率变换器和控制及通信系统三个方面。日本大阪大学提出的直流微电网结构可以通过电力电子变换器得到多种电力供应，前端低压交流电经降压变压器从6.6kV电网直接获得。
综上，目前直流微电网相关文献主要侧重于系统结构和运行方面的研究，文献中提出的接口变换器大多为低压交直流双向DC-AC功率变换器，需配合降压变压器使用，运行性能受传统变压器影响，且功能有限。
考虑到现阶段电网系统主体为交流形式，直流微电网与交流主电网间的接口变换器成为直流微电网运行时不可或缺的一部分，具有重要的研究价值，特别是可以使直流微电网直接接入中高压交流配电网的接口变换器。
近年来，美国北卡罗来纳州立大学FREEDM工程中心提出了新型的电力电子变压器，同时具备交流接口和直流接口，能将直流微电网直接接入中压交流配电网。随后，国内外许多研究机构也提出各种类型的电力电子变压器，同样具备交流和直流接口，可以很好地对接直流形式的分布式能源和负荷。可以看出，电力电子变压器是一种理想的直流微电网接口变换器，并且特别适合于直流微电网直接接入中压交流配电网的应用场合。
目前的相关研究工作中，电力电子变压器大多采用“刚性”的变流控制策略，导致直流微电网缺乏与主电网柔性互联的机制，接口处惯性与阻尼不足，且无法主动参与主电网功率调节。为使电力电子变流器具备惯性和阻尼，欧洲VSYNC工程首次提出了虚拟同步发电机技术。
经过多年发展，钟庆昌教授于2009年提出了“Synchronverter”，通过模拟同步发电机的二阶模型，使并网逆变器较为全面地模拟了同步发电机的电磁特性、转子惯性、调频和调压特性。随后，国内外学者对虚拟同步发电机（Virtual Synchronous Generator, VSG）技术展开了大量的研究工作，涉及光伏虚拟同步发电机、风机虚拟同步发电机、储能虚拟同步机和负荷虚拟同步机四个方面。然而，目前针对虚拟同步发电机控制的研究鲜有涉及直流变换器。
本文提出一种基于虚拟电机技术的直流微电网与主电网柔性互联策略，接口变换器采用级联型电力电子变压器，交流侧和直流侧融合统一的虚拟电机控制，两侧同时模拟电机运行特性。通过模拟电机的阻尼和惯性，使直流微电网呈现出柔性特性，降低了其内部功率波动时对主电网的冲击，且提升了直流母线电压的稳定性。同时，还可主动调节接口处的有功和无功功率，对主电网频率和电压给予一定的支撑。内部模块表现为一致的功率响应速度和分担能力，提升了接口变换器运行的稳定性。
仿真结果验证了所提柔性互联方法的正确性和有效性，为直流微电网接入主电网的研究提供了一种新的思路。
图1 直流微电网系统结构
图3 级联桥虚拟同步电机控制
图4 虚拟直流电机控制框图
直流微电网电以其高效、低成本等优势获得了越来越多的关注，连接交流主电网的接口变换器是直流微电网的关键设备之一，其拓扑结构和运行控制策略与直流微电网的稳定性和功率特性息息相关。
本文提出一种基于虚拟电机技术的直流微电网与主电网柔性互联策略，接口变换器采用级联型电力电子变压器，交流侧和直流侧融合统一的虚拟电机控制，两侧同时模拟电机运行特性，使交直流微电网之间的功率传输呈现柔性特性。利用PSCAD/ EMTDC的仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性，可以得到以下结论：
1）级联型电力电子变压器模拟电机的阻尼和惯性，功率传输呈现出柔性特性，避免了传输功率的阶跃变化，降低直流微电网的内部功率波动时对主电网的冲击，且提升了直流母线电压的稳定性。
2）级联型电力电子变压器可主动调节交流侧的有功和无功功率，对主电网频率和电压给予一定的支撑。同时，也可根据直流母线电压的波动调节直流侧输出功率，使交流电网和直流微电网功率互为支撑。
3）虚拟的同步电机和直流电机电磁转矩都能很好地跟踪机械转矩，虚拟直流电机设置相同的转动惯量和阻尼参数可以表现为一致的功率传输特性，提升了级联型电力电子变压器的运行稳定性。