微网并网控制策略的研究(1)

微网(MG)作为智能电网重要组成部分，目前在控制方面还存在一些问题，特别是微网的解列和并网控制。针对并网过程对微网和主电网电能质量的影响，通过研究电网中的频率和功率特性关系，对微网并网过程中的功率流动进行了详细的分析。最后使用电力系统仿真软件PSCAD/EMTDC对并网过程进行了仿真，通过比较最佳并网时刻前后的不同并网过程，分析了其频率和功率变化的不同。研究结果表明，微网和主电网电压相对相位的不同对并网过程的电能质量有很大的影响。

0 引言

随着我国对智能电网研究和规划的正式启动，作为智能电网基础部分的分布式电源(Distributed Generation， DG)越来越受到人们的关注。DG 主要包括微汽轮机、风能、太阳能、燃料电池、生物质能等。其一般和负载一起组成微网，作为一个可控单元接入主电网。在并网运行时，微网通过公共连接点和主电网连接，当主电网发生故障或者电能质量问题时，微网迅速与主电网断开，独立向内部负载供电，当故障解除、主电网恢复正常后，微网可以再次和主电网并网运行。为了保证在并网过程中微网和主电网的电压和频率等电能质量指标符合国家标准，并网过程一定要采取合理有效的控制策略，保证并网过程的顺利安全进行。

本研究中只考虑并网后电网向微网注入功率，而微网向电网注入功率的控制在以后的研究中进一步深入探讨。通过PSCAD /EMTDC仿真，重点研究并网过程的电压和频率波动，提出安全有效的并网控制方法。

1 典型微网结构

典型微网结构如图1所示，主要由分布式电源、储能系统、负载和保护装置组成一个低压电网( low voltage， LV)，通过变压器和主电网的中压电网(medium voltage， MV)连接，当主电网中发生重大电能质量问题时，微网控制中心(MicroGrid Control Center，MGCC)控制微网进入孤岛模式运行，保护微网内部敏感和重要设备。微网的并网是一个复杂的控制过程，在闭合之前需要对一些电能质量指标进行检查，只有这些指标满足同步并网要求，才能合上开关接入主电网。

2 并网后的功率流动

在电力系统中，当功率出现不平衡或者频率发生变化时，频率和功率的调整是由负荷和电源两者的调节效应来完成。系统中的频率和有功功率间的关系为：

$f = - Ks$P = - Ks(P0-P1) (1)

式中Ks系统的频率调节特性;$P系统有功功率的变化;P0、P1不同频率下对应的功率;$f系统频率的变化。

在孤岛模式下，DG提供了微网内部负载所需的所有功率。并网后DG产生功率的多少由微网控制中心的指令决定，微网所需功率的缺额部分再由电网注入。

图2 孤岛系统的频率-功率特性图

两个孤岛系统的频率-功率特性图如图2所示。在连接之前，DG(A)、DG(B)分别以不同频率独立向各自负载供电，DG(A)的频率为 fa，DG(B)的频率为fb，连接后成为含有两个DG的孤岛。在分开运行时A比B的频率要高，当它们并网连接后只能在同一个频率f0下运行。从图2可以看出，此时A由于频率下降增加了$Pa的功率输出，B由于频率上升减少了$Pb的功率输出，而整个网络的负载没有变化，所以$Pa等于$Pb，并网后功率从A流向了B。同样，如果并网前DG(A)的频率低于DG(B)，连接以后功率从B流向了A。这说明并网后功率会从并网前频率高的流向频率低的，所以要使并网以后功率从电网流向微网，必须保证并网前电网频率要稍高于微网频率。

上面这种情况在实际应用中也是很有可能遇到的，当发生重大事故后，所有DG都将和微网分离，在微网重新启动时，DG将依次接入微网。

3 同步并网控制策略

一般来说，并网前两个独立运行的系统，其运行频率很难调整到完全相同。并网前电网电压和微网电压分别为U#g和U#m，电压幅值Ug=Um，频率fgXfm。假设并网后功率从电网注入微网，根据并网后功率流动的分析，fm要稍低于fg，可得开关两侧的电压差Us为：

Us=Ugsin(Xgt+Ug)-Umsin(Xmt+Um) (2)

其中，Xg=2Pfg，Xm=2Pfm。

式(2)可变换为：