学术︱孤岛微电网无通信功率均分和电压恢复研究
中国电工技术学会定于2016年7月10~11日在北京铁道大厦举办“2016第十一届中国电工装备创新与发展论坛”，主题为“电工行业十三五规划研究与解读”，并设“智能制造与电工装备行业的转型升级”“智能开关设备的关键技术与最新发展”两个分论坛。
请感兴趣的读者扫描下方的二维码（或关注微信公众号“电气技术”），浏览会议详情和进行快速注册报名。注册时请准确填写相关信息，会议服务人员将及时与您确认参会事宜。
燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室的研究人员孙孝峰、郝彦丛等，在2016年第1期《电工技术学报》上撰文指出，分布式发电(DG)单元之间功率均分是孤岛微电网的关键问题。该文首先分析了传统下垂控制在功率均分中的局限性，然后提出一种新型下垂控制。
该控制策略利用本地脉冲高低电平分别实现电压恢复和功率均分，并且只采用DG单元本地信息，不存在各DG单元或控制层面之间的通信，继承了传统下垂控制无通信的优点，保证了微电网“即插即用”的特点。通过仿真和实验验证了理论与方案的正确性。
近年来，微电网以其微型、清洁、友好、自治以及即插即用等特点得到快速发展，它是分布式发电单元、负荷、储能装置、变流器及监控系统的有机结合[1]，有效缓解了当地用电压力，形成了环境友好型发电方式[2]。孤岛微电网各分布式发电单元的功率均分对于保证其可靠、安全、长期稳定运行十分重要，下垂控制可实现DG单元的即插即用，受到广泛关注。传统下垂控制功率分配的特点决定于两个独立变量：系统频率和基波电压幅值[3-5]。
由于系统频率为全局变量，所以受控于系统频率的功率可获得均分；由于各分布式发电单元的线路阻抗不一致，受电压控制的功率存在功率偏差[6-10]。而传统下垂控制只是提供了一定的功率分配方式，并不能消除功率偏差，实现功率均分。
采用中央控制器(Microgrid Central Controller，MGCC)中的次级控制将中央信号通过低带宽通信送入分布式的初级控制实现功率均分和电压的恢复，集中次级控制可靠性差，一旦MGCC或是低带宽通信出现故障，整个微电网系统便无法正常运行[15]。为了克服集中次级控制的缺陷，文献[16]提出分布式次级控制，在本地进行电压频率补偿和功率均分控制，增强了系统的可靠性，该方案仍需低带宽通信影响微电网的可靠性和即插即用。
文献[10-20]在无通信的情况下达到控制目的，但仍有自身的局限性。文献[10-12]添加与无功功率相关的主导虚拟阻抗，从而可忽略线路阻抗不一致性，获得功率均分，该方案增大了电压跌落，降低了DG单元的输出能力。
文献[13]提出负值虚拟阻抗的概念，在获得功率均分的同时降低线路阻抗压降，当电流中含有谐波成分时，添加虚拟阻抗势必会引入谐波电压，威胁DG单元的安全运行，此外，虚拟阻抗会影响基波功率的计算准确度[14]。
文献[17]提出了一种小信号注入方式，在获得功率均分的同时减小系统频率的偏差，该方案增加了控制的复杂程度，引起电压畸变。文献[18,19]调节下垂系数获得功率均分，然而下垂系数和系统闭环极点相关，调节下垂系数会影响系统的稳定性。文献[20]定义了虚拟矢量即电压的积分，通过控制虚拟矢量间接控制电压来实现功率均分，这种间接控制降低了系统的响应速度。
本文提出一种无需改变系统阻抗或下垂系数，实现无互联线功率均分的方案，控制过程完全无通信，保证了微电网的“即插即用”特点，控制算法简单，可实现功率均分和电压恢复，弥补了下垂控制电压精度低的缺陷，保证了DG单元输出电压在额定值附近。
图7 控制结构框图
结论
针对传统下垂控制根据各自线路阻抗进行功率分配而不能对功率进行均分调整，本文提出了新型下垂控制。在每个采样周期应用下垂控制，按照自身输出有功功率大小调节电压下垂程度，使得输出功率大的DG单元电压降落较大，从而获得功率均分；利用P-V下垂控制输出无功功率均分的特点，对输出电压进行补偿，使其恢复到额定电压附近；采用本地脉冲控制信号触发控制算法，低电平进行不同程度的电压下垂控制，高电平进行相同程度的电压补偿，在实现功率均分的同时维持电压在额定值附近。
该方案继承了传统下垂控制无通信的优点，克服了其不能进行功率均分调整的缺点，采用本地信息进行控制，不存在DG单元之间及控制层面之间的通信，保证了微电网“即插即用”，算法简单易行，可靠性高。
关注新能源行业技术发展动态