微电网并网运行模式下的控制方法研究

李令仪

摘  要：文章针对于微电网并网运行下的情况，结合微电源不同控制方法的特征，选取PQ控制法对微电网进行控制。在MATLAB/Simulink环境中搭建仿真模型进行模拟实验，并分析该方法的性能。所得仿真结果验证了PQ控制法运用在微电网并网情况下的有效性和正确性。

关键词：微电网;新能源;并网运行;PQ控制法

中图分类号：TM727        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）14-0132-02

Abstract： In this paper， according to the situation of microgrid operation， combined with the characteristics of different control methods of micropower supply， PQ control method is selected to control the microgrid. The simulation model is built in MATLAB/Simulink environment， and the performance of the method is analyzed. The simulation results verify the effectiveness and correctness of PQ control method in the case of microgrid connection.

Keywords： microgrid; new energy; grid-connected operation; PQ control method

引言

近年來，随着国家对低碳环保要求的不断提高，电网的发展规模逐渐扩大，越来越多的微电源加入到了电网中。传统集中式大电网存在以下弊端：化石能源容易对环境造成污染，加快了全球气候变暖的进程，不符合当今可持续发展的要求，而对于供电难度大、地理位置偏远的地区，用于输电线路架设和维护的成本都很高。

分布式发电技术的产生可以适当解决上述问题，提高电力系统供电的可靠性，以更好满足用户对较高电能质量的需求。但是在微电网中同样存在着一些问题，部分基于新能源发电的微电源无法提供恒定的功率，这将严重影响微电网运行的安全性与可靠性。因此，为了电网的稳定运行，对微电源的控制方法进行选取与研究是十分有必要的。

针对于各种微电源控制方法的研究，已取得许多成果。文献[2]介绍了不同类型的微电源，描述了微网中微电源控制方法的研究现状;文献[3]提出了一种户用型微电网恒功率控制方法，通过设计一种P-I控制器对母线功率进行控制;文献[7]针对微电网中含有感应电动机负荷的情况，将PQ控制与自适应暂态下垂控制方法相结合进行控制，该方法有效性较高。可见，不同情形下使用的微电源控制方法存在着一定差别。

微网中微电源的种类很多，如输出功率不稳定的光伏发电及风力发电等新能源类微电源，它们容易受到外部因素的影响，无法提供稳定的输出功率。为保证微电网并网运行时的安全性与稳定性，必须对这类微电源采取适当的控制方法。针对此种情况，希望微电网在运行时达到输出功率恒定的效果，因此采取恒功率控制方法较为合适[1]。

本文重点研究了微电网并网情况下恒功率控制法的性能。在MATLAB/Simulink仿真环境中搭建微电网并网模型，采用PQ控制法进行控制，检测系统中的各参数，如频率、电压等，根据仿真结果，分析该方法的可行性及有效性。

1 微电源控制方法

为使微电网的运行状态达到最优，需对其中微电源的控制方法进行分析研究。微电源的控制方式主要有三种：恒功率控制、恒压恒频控制及下垂控制[4]。基于微电源性质的不同，对于不同种类的微电源所选取的控制方法也不同[5]。对于无法提供恒定功率的新能源微电源，常采用PQ控制改善输出功率及输出电压的不稳定性;对于输出较为稳定的微电源，既可以采用PQ控制，也可以采用V/f、Droop控制来保证运行的稳定性。

微电源在孤网、并网以及两种状态之间相互切换的模式下，也存在着不同的控制方式[6]。当微电网接入大电网后，因微电网的容量太小，主要由大电网来承担调压调频的任务，只需控制微电源输出功率的大小使之与微电网功率相协调，该情况多采用PQ控制法对微电源进行控制。而当微电网处于孤网状态时，通常采用V/f控制或Droop控制方法。

2 恒功率（PQ）控制原理

恒功率控制也称为PQ控制，一般用于微电网并网模式[6]。其控制目标是使分布式电源输出的有功、无功功率值向其功率参考值方向进行改变，并最终根据设定值的大小进行输出。

在此控制策略中，首先给系统设置一个参考有功功率和无功功率值，将测得的微电源输出电压进行dq变换：通常首先通过同步锁相环技术，使微电源的旋转角频率与大电网相同，后经过dq变换将逆变器输出电压从三相静止坐标系转变到两相同步旋转坐标系，完成有功分量与无功分量的解耦。再将解耦后的有功、无功功率分别与给定值相比较，通过微电源输送相应的有功、无功功率差值。

3 并网模式下的PQ控制

在MATLAB/Simulink仿真环境中，搭建如图2所示的微电网并网模型。大电网用380V三相交流电源代替，频率为工频50Hz，三相交流电源用以维持微电网的频率和电压。分布式电源由受控源模拟，受控源发出的直流电经IGBT Inverter逆变为交流电，流经LCL滤波器滤过谐波，后通过变压器升压后接入电网。系统所接负荷的有功功率为10kW，无功为0Var。整个仿真分析过程的时间设置为5s。

为模拟在微电网并网情况下微电源受环境影响输出功率发生改变以及用户端负荷量变化时的情况，本文拟对PQ控制模型下的电源输出电压突变以及所接负载功率突变两方面进行研究。

3.1 电源输出电压突变

针对电源输出电压突变情况考虑到分布式电源多具有输出随机性的特点，选取阶跃信号作为受控源的输入。阶跃信号的初始值为90，在0.3s时，将其从90突降到70并保持到仿真结束。故受控源的起始电压幅值为90V，0.3s后降至70V，以此模拟电源输出电压的突变情况。运行过程中，检测并记录系统中的各项参数，其中频率f的变化情况如图3。

由实验结果可知，在系统运行稳定后，当微电源电压发生突变时，系统电压及频率几乎可维持不变，且不产生波动，此时系统的电压幅值和频率均保持在规定范围。系统电流有轻微下降，因电压保持不变，所以系统有功功率也随之下降。总体而言，该方法在微电网并网运行的情况下可以有效保证在负载功率突变的情况下系统运行的稳定性，具有一定的有效性。

3.2 负载功率突变

针对负载功率突变情况，整个系统共接有两个负载R和R1，负荷R通过断路器breaker2接入系统中，通过timer模块控制断路器，设定在0.3秒时负载R退出系统，0.4s时又将负载R接入系统。运行过程中，检测并记录系统内的各项参数，其中频率f的变化情况如图4。

由上述实验结果可知，在系统运行稳定后，当系统接入的负荷发生突变时，系统输出的电压和电流几乎不发生变化，此时系统频率发生微小波动，但仍满足±2%的误差以内，不会对系统的正常运行造成影响。因此该方法可以有效保证在负载功率突变的情况下系统运行的稳定性。

4 结束语

本文重点讨论了恒功率控制法，在MATLAB/Simulink仿真环境中对微电源的PQ控制法进行了仿真模拟，验证了该方法在微电网并网情况下的可行性。PQ控制能有效保证系统的电压值与频率不受外界影响，系统内的电压、频率的变化量主要由电网来承担，且PQ控制响应速度快，波动时间短，能较快使系统达到稳定状态，可以有效保证系统内部的电能质量。该仿真结果为微电网中微电源控制方法的选取提供了一定的参考依据。

参考文献：

[1]谭远锋.微电网并网的控制策略研究与应用[D].燕山大学，2016.

[2]娄宝磊，周桢钧.交流微电网中微电源控制研究综述[J].中国电力，2016，49（S1）：138-143.

[3]康家玉，刘甲琛，王素娥.户用型微电网恒功率控制方法的研究[J].现代电子技术，2017，40（24）：151-153+159.

[4]吕婷婷.微电源控制方法与微电网暂态特性研究[D].山东大学，2010.

[5]陈汝昌，陈飞，张帆，等.新能源电网中微电源并网控制策略研究[J].电力系统保护与控制，2015，43（12）：55-60.

[6]郭文明，刘仲，牟龙华.微电源控制策略及微电网分层管理体系[J].电器与能效管理技术，2015（24）：64-70.

[7]唐昆明，王俊杰，張太勤.基于自适应下垂控制的微电网控制策略研究[J].电力系统保护与控制，2016，44（18）：68-74.