采用狀態(tài)跟隨和預(yù)同步的方法實(shí)現(xiàn)孤島向并網(wǎng)模式切換研究

田素娟，王藝龍，田艷科

(1.包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系，內(nèi)蒙古 包頭 014030；2.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京 211102；3.國網(wǎng)新疆電力有限公司檢修公司，新疆 烏魯木齊 830002)

1 引言

首先在大型電磁暫態(tài)軟件PSCAD/EMTDC中對微電網(wǎng)系統(tǒng)模型進(jìn)行了搭建[1]，搭建的系統(tǒng)模型如圖1所示。其中DG1、DG2、DG3為3個微電源，與敏感負(fù)荷L2、L3以及非敏感負(fù)荷L1共同組成低壓交流微電網(wǎng)系統(tǒng)，且通過PCC接入0.4 kV的低壓配電網(wǎng)中，通過控制并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的開關(guān)狀態(tài)來改變微電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)[2]。大電網(wǎng)采用三相交流電經(jīng)10.5 kV/0.4 kV模擬低壓配電網(wǎng)[3]；DG1、DG2是從控微源，一直采用PQ控制策略，以保證微源功率的最大輸出值[4]；DG3是主控微源，在并網(wǎng)運(yùn)行時采用PQ控制[4]，在孤島運(yùn)行時需切換到壓頻比控制，給微電網(wǎng)提供電壓和頻率。

2 孤島向并網(wǎng)模式切換試驗(yàn)研究

參數(shù)設(shè)置為DG3作為主控微源采用V/f控制設(shè)置參考電壓為0.38 kV、頻率為50 Hz，DG1、DG2作為從控微源，DG1給定有功功率和無功功率為：100 kW、20 kVar，DG2給定有功功率和無功功率為：200 kW、40 kVar，微網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)總的負(fù)荷有功功率為0.69 MW[5]，還采用功率因數(shù)為0.95配置無功功率為0.222 MVar。采用建立的預(yù)同步控制仿真模塊，大電網(wǎng)三相電壓經(jīng)過派克變換得到udgrid、uqgrid在分別與逆變器出口d軸和q軸的電壓vd、vq進(jìn)行比較，差值通過PI控制器與電流內(nèi)環(huán)輸出電壓進(jìn)行運(yùn)算得到預(yù)同步后的參考電壓ud1ref、uq1ref，再分別和vd、vd以及濾波電感電壓補(bǔ)償從而得到d軸、q軸的輸出參考電壓[6]。通過鎖相環(huán)鎖定大電網(wǎng)的相角PHI，然后與逆變器出口處相角thS進(jìn)行比較，然后經(jīng)PI調(diào)節(jié)器作用，在與設(shè)定頻率運(yùn)算，輸出參考頻率[7]。仿真時長為3 s,并網(wǎng)連接點(diǎn)PCC在1.5 s發(fā)出并網(wǎng)信號，微網(wǎng)檢測電能參數(shù)，傳輸給微源，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行[8]。

圖2 微網(wǎng)頻率波形圖

如圖2為微網(wǎng)的頻率波形圖，圖3為微網(wǎng)母線電壓有效值，從中可以看出：由于采用了預(yù)同步的控制方式，使微網(wǎng)在并網(wǎng)時，其內(nèi)部的電能參數(shù)與大電網(wǎng)一致，從而在1.5 s的并網(wǎng)瞬間電壓和頻率經(jīng)過短暫波動，就迅速回升到穩(wěn)態(tài)值[9]。

圖4、圖5分別為從控微源DG1、DG2的有功功率和無功功率的波形圖，從中可以看出在1.5s并網(wǎng)瞬間，輸出未出現(xiàn)大的波動[10]。

圖3 微網(wǎng)電壓有效值波形

圖4 DG1有功功率與無功功率輸出波形

圖5 DG2有功功率和無功功率輸出波形

從圖2至圖5的微網(wǎng)頻率、電壓、功率波形圖可以看出：當(dāng)微網(wǎng)由孤島運(yùn)行向并網(wǎng)運(yùn)行模式切換時，對主控制器采用預(yù)同步的控制方法，能夠匹配大電網(wǎng)電能參數(shù)，實(shí)現(xiàn)PCC兩側(cè)的對等，從而使微網(wǎng)內(nèi)的電壓和頻率能夠滿足電能質(zhì)量要求，從控微源DG1、DG2也能達(dá)到很好的功率輸出。

3 結(jié)論

本研究課題，針對目前微網(wǎng)在并網(wǎng)與孤島模式之間進(jìn)行切換時，容易出現(xiàn)較大的電能波動展開的，提出對主控制器采用基于負(fù)反饋的狀態(tài)跟隨和預(yù)同步的綜合控制策略，并對其進(jìn)行了試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了所提策略的可行性，能夠有效改善模式切換時的沖擊過程。微網(wǎng)的平滑切換是實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行以及風(fēng)、光等可再生能源發(fā)電與現(xiàn)存電網(wǎng)友好相處的重要技術(shù)，具有很強(qiáng)的理論和實(shí)際意義。