交直流混合微电网运行控制策略研究.pdf

第４３卷第９期２０１５年５月１日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｖｏ１．４３ＮＯ．９Ｍａｙ１．２０１５交直流混合微电网运行控制策略研究丁明，田龙刚，潘浩，张雪松。，周金辉。（１．合肥工业大学电气与自动化工程学院，电力科学研究院，安徽合肥２３０００９；２．国网浙江省电力公司浙江杭州３１００１４）摘要：为解决交直流混合微电网中功率波动、交直流系统之间功率平衡、直流侧源荷比相对较大光伏利用率不高的问题，研究了交直流混合微电网并网运行时，在蓄电池的平抑作用下，直流侧光伏发电以恒定的功率通过交流侧并入大电网，提高直流侧光伏利用率。孤岛运行时，蓄电池作为平衡节点，和双向ＡＣ／ＤＣ变换器一起维持整个系统的电压、频率稳定，并实现交、直流系统之问功率平衡的控制方案。最后利用ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ软件对系统功率波动、并网运行向非计划孤岛运行切换、孤岛运行向并网运行切换进行了仿真验证，运行结果表明该控制方案能有效平抑系统功率波动，维持交直流混合微电网稳定运行。关键词：交直流混合微电网；光伏发电；蓄电池储能；功率平衡ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｈｙｂｒｉｄＡＣ／ＤＣｍｉｃｒｏｇｒｉｄＤＩＮＧＭｉｎｇ１，ＴＩＡＮＬｏｎｇｇａｎｇ，ＰＡＮＨａｏ１，ＺＨＡＮＧＸｕｅｓｏｎｇ２，ＺＨＯＵＪｉｎｈｕｉ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ；２．Ｚ（Ｐ）ＥＰＣＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｈｙｂｒｉｄＡＣ／ＤＣｍｉｃｒｏｇｒｉｄｐｏｗｅｒｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ，ｐｏｗｅｒｂａｌａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅＡＣａｎｄＤＣｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄｌｏｗＰＶｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｂｅｃａｕｓｅｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌａｒｇｅＤＣｓｉｄｅｐｏｗｅｒｌｏａｄｒａｔｉｏ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓｔｈａｔｉｎ—ｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｕｎｄｅｒｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇｒｏｌｅｏｆｔｈｅｂａｔｔｅｒｙ，ｔｈｅＤＣｓｉｄｅｏｕｔｐｕｔｓｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｉｎｔｏｔｈｅｇｒｉｄｃｏｎｓｔａｎｔｌｙｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＡＣｓｉｄｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅＤＣｓｉｄｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｉｎｉｓｌａｎｄｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｂａｔｔｅｒｙａｓｔｈｅｂａｌａｎｃｅｎｏｄｅｓｍａｉｎｔａｉｎｓｔｈｅｅｎｔｉ￣ｓｙｓｔｅｍｖｏｌｔａｇｅ，￣ｅｑｕｅｎｃｙｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄａｃｈｉｅｖｅｓｔｈｅｐｏｗｅｒｂａｌａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅＡＣａｎｄＤＣｓｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈｔｈｅｂｉ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＡＣ／ＤＣｃｏｎｖｅ￣ｅＬＦｉｎａｌｌｙｔｈｅＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｙｓｔｅｍｐｏｗｅｒｆ—ｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ，ｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｗｉｔｃｈｉｎｇｔｏｎｏｎ－ｐｒｏｇｒａｍｉｓｌａｎｄｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ａｎｄｉｓｌａｎｄｅｄ—ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｗｉｔｃｈｉｎｇｔｏｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｔａｂｉｌｉｚｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｐｏｗｅｒｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓａｎｄｍａｉｎｔａｉｎｔｈｅｈｙｂｒｉｄＡＣ／ＤＣｍｉｃｒｏｇｒｉｄｓｔａｂｌｅｏｐｅｒ￣ｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｂｒｉｄＡＣ／ＤＣｍｉｃｒｏｇｒｉｄ；ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｂａｔｔｅｒｙｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅ；ｐｏｗｅｒｂａｌａｎｃｅ中图分类号：ＴＭ７３２文献标识码：Ａ文章编号：１６７４．３４１５（２０１５）０９．０００１．０８０引言近年来，越来越多的可再生能源通过接入微电网得到了极大的利用。微电网从网架结构和供电方式上可分为交流微电网、直流微电网和交直流混合微电网［１－２］。随着数字社会的发展，直流用电设备越来越多，如电动汽车、新型家用电器、电脑通信设备等，未来将会出现直流设备与交流设备共享市场的格局。为了降低单纯的交流／直流微电网在应用中基金项目：国网浙江省电力公司项目（５２１１０１１３０６ｚ６）因多重ＡＣ／ＤＣ或ＤＣ／ＡＣ变换带来的功率损耗、谐波电流及控制难度，提高系统的可靠性和经济性，也为了各式各样的可再生能源和用电设备更好地接入微电网，交直流混合微电网得到了国内外的重视与研究Ｊ。交直流混合微电网具有非常明显的特点：（１）交直流混合微电网系统包括交流子系统（交流母线）、直流子系统（直流母线）、交直流母线问双向ＡＣ／ＤＣ变换器；ｆ２）既可以直接向交流负载供电，又可以直接向直流负载供电，降低因多重变换器带来的损耗；（３）交、直流子系统问功率可双向流动，各子系统可独立控制也可协调控制，混合微电网可电力系统保护与控制以在并网模式与孤岛模式之间切换运行［１－４，８－９Ｊ。光伏发电容易受到环境温度和光照的影响，其发电功率具有不稳定性，本文在直流侧配置蓄电池储能，通过双向ＤＣ／ＤＣ变换器控制蓄电池的充放电来平抑光伏发电及负荷的功率波动。在交直流混合微电网并网运行时，交流母线电压和频率由大电网支撑，直流母线电压可以通过交直流母线间双向ＡＣ／ＤＣ变换器控制，也可以通过储能系统来控制【９Ｊ。针对目前因直流负荷较小而直流侧光伏发电容量较大（安装时考虑到未来直流负荷增长）导致的直流侧源荷比较大的问题，本文采用储能系统来控制直流母线电压，而双向ＡＣ／ＤＣ变换器采用Ｐ／Ｏ控制，在满足直流侧负荷的情况下，将直流侧光伏发电功率定额并入大电网，提高直流侧光伏利用率。在交直流混合微电网孤岛运行时，双向ＡＣ／ＤＣ变换器则切换到Ｖ／ｆ控制，以蓄电池为平衡节点来支撑系统母线电压、频率稳定，实现交直流系统之间的功率平衡。在交直流混合微电网切换运行时，交直流系统之间的功率通过双向ＡＣ／ＤＣ进行平衡，切换前后缺额功率由蓄电池平抑，保证切换前后系统稳定运行。１系统结构及仿真模型１．１交直流混合微电网系统结构如图１所示，交直流混合微电网系统由交流子系统、直流子系统、功率交换系统、微电网控制器组成。交流子系统中，光伏发电单元通过ＤＣ／ＡＣ逆变器连接至交流母线，实现ＭＰＰＴ及单位功率因数控制，交流负荷直接接至交流母线。直流子系统中，光伏发电单元通过Ｂｏｏｓｔ变换器实现最大功率跟踪，蓄电池储能通过双向ＤＣ／ＤＣ变换器实现充放电控制，直流负荷直接接至直流母线。功率交换单元由隔离变压器及双向ＡＣ／ＤＣ变换器构成。整个系统通过交流侧的并网接口可以在并网和孤岛模式间切换运行。微电网控制器除了要完成孤岛检测、图１交直流混合微电网系统结构Ｆｉｇ．１ＨｙｂｒｉｄＡＣ／ＤＣｍｉｃｒｏｇｒｉｄｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ自动并网功能外，还需要通过通信系统、储能变流器、负荷控制器和光伏控制器等，实现微电网不同工况的稳定运行和顺利切换。１．２光伏电池仿真模型根据图２所示的光伏电池等效电路，可以得到光伏电池的函数方程为【ｌＵＪ一｛ｅＸｐ１ｌ＿１｝－㈣‰其中：为光电流（Ａ）；厶为反向饱和电流（Ａ）；Ｒｐ为光伏电池并联电阻（Ｑ）；Ｒ为光伏电池串联电阻（；ｑ为电子电荷（１．６ｘ１０Ｃ）；Ａ为二极管因子；Ｋ为玻尔兹曼常数（１．３８ｘ１０肌；Ｔ为绝对温度（Ｋ）。Ｉ＋ｌｌ１ＩＩ＞。口［１０ｌ—ｌ图２光伏电池等效电路Ｆｉｇ．２Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｃｅｌｌｓｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔ根据式（１）在ＰｓＣＡＤ／ＥＭＴＤｃ搭建光伏电池模型，其参数为己１２００Ｖ，Ｕｏ。＝１２８０Ｖ，＝ｌ０．２５℃Ａ，厶。＝１０．６５Ａ，标准温度为２８，标准光照为１０００—ｋＷ／ｍ。在温度不变、改变光照的情况下卜ＰＶ曲线如图３（ａ）、图３（ｂ）所示。≤媛羽解光伏输出电压／ｖ（ａ）光伏电池曲线光伏输出电压—（ｂ）光伏电池Ｐ曲线图３光伏电池特・眭曲线Ｆｉｇ．３ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃＨｒｖｅｓｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｃｅｌｌｓ丁明，等交直流混合微电网运行控制策略研究在光伏发电中，常采用最大功率跟踪控制，即ＭＰＰＴ控制，常用的最大功率计算方法有电导增量法、扰动观测法，牛顿拉夫逊法等，其中牛顿拉夫逊法计算速度快，精度高，得到了广泛应用。本文在求解最大功率点电流和电压时采用了牛顿拉夫逊迭代算法【ｌｌＪ，基本原理是应用牛顿拉夫逊迭代法对式（２）进行迭代求解，经过ｋ次迭代，当Ｉ一ＵＩ＜占时，Ｕｍａｘ１，对应的电流为，此时，Ｐｍａｘ＝Ｕｍａｘａｘ。—Ｕｋ＋。＝ＵｋＰ（）／（ｕｋ）式中：】和分别为的第斛１次和第ｋ次迭代值；Ｐ（）和Ｐ（）分别是第ｋ次迭代下Ｐ对的一阶和二阶导数；ｓ为迭代精度。１．３蓄电池仿真模型蓄电池作为分布式发电中的储能设备，其作用不言而喻，但是蓄电池内部参数之间的关系较为复杂，而且相互之间呈高度非线性关系，这成为蓄电池建模的难点。常用的蓄电池模型有谢菲尔德模型［１、戴维南模型Ｌ１３Ｊ以及通用模型【ｌ４Ｊ。本文所采用的蓄电池模型为通用模型，其物理模型如图４所示，由受控电压源和一个定值电阻串联组成，其中缸由式（３）确定。／Ｏ］，、：Ｅｏ－ＫＩ市Ｊ唧（书Ｊ出）图４通用蓄电池模型Ｆｉｇ．４Ｕｎｉｖｅｒｓａｌｂａｔｔｅｒｙｍｏｄｅｌ其中：扯为蓄电池空载时的电压（Ｖ）；Ｅｏ为蓄电池额定电压（Ｖ）；为极化电压（Ｖ）；９为蓄电池容量（Ａｈ）；Ｉａｒｔｅｒｙｄｔ为实际充放电电量（Ａｈ）；Ａ为指数域电压降落值（Ｖ）；Ｂ为指数域时间常数倒数（Ａｈ）；拙为蓄电池实际端电压（Ｖ）；Ｒｂ为终端电阻）；甜。Ｈ为蓄电池充放电电流（Ａ）。根据式（３）在ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ中搭建通用蓄电池模型进行充放电仿真，参数为：蓄电池容量Ｑ＝６００Ａｈ，蓄电池额定电压Ｅ０＝１５０Ｖ，初始ＳＯＣ＝８０％，充放电电流４０Ａ，为了保护蓄电池，设置了ＳＯＣｍ￣＝９５％和ＳＯＣｍｉ＝３５％以限制过充过放，该蓄电池充放电结果如图５所示。加图５蓄电池充放电ＳＯＣ、端电压曲线Ｆｉｇ．５ＳＯＣ／ｔｅｒｍｉｎａｌｖｏｌｔａｇｅｃＨｒｖｅｏｆｂａｔｔｅｒｙｃｈａｒｇｅａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｅ２交直流混合微电网控制策略２．１直流侧光伏发电控制策略直流侧光伏发电单元通过Ｂｏｏｓｔ变换器连接至直流母线，其拓扑结构如图６所示，所采用的控制策略为电压环控制模式，控制策略如图７所示。光伏电池输出电压经过牛顿拉夫逊迭代计算后得到最大功率点对应的电压，将作为光伏电池出口电压的参考值，经过ＰＩ调节后做为调制波与载波比较后，输出来信号驱动开关管，以实现最大功率跟踪。图６直流侧光伏发电拓扑结构Ｆｉｇ．６ＴｏｐｏｌｏｇｙｏｆＤＣｓｉｄｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｌ苎兰ｌ图７直流侧光伏发电控制策略Ｆｉｇ．７ＣｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆＤＣｓｉｄｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ２．２交流侧光伏发电控制策略交流侧光伏发电单元通过Ｄｃ／ＡＣ变换器连接至交流母线，其拓扑结构如图８所示，所采用的控制策略为电压．无功（ｕＱ）控制，即以直流电压、无功功率为外环控制，电流为内环控制，通常将无功设置为０，可实现单位功率因数控制，控制策略如图９所示。与光伏电池出口电压的差值经过ＰＩ∞∞㈣如鲫加如柏瑚瑚鲫Ｂ糨Ａ／磐糨．．４．．电力系统保护与控制调节后输出为直轴电流参考值，无功参考值与实测值的差值经过ＰＩ调节后输出为交轴电流参考值，然后与交、直轴电流实测值的差经过ＰＩ控制器调节，再经过解耦，输出值经过砌反变换输入到ＰＷＭ发生器来驱动开关管。该控制策略不但可以实现最大功率跟踪，也可以实现单位功率因数控制。图８交流侧光伏发电拓扑结构Ｆｉｇ．８ＴｏｐｏｌｏｇｙｏｆＡＣｓｉｄｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ图９交流侧光伏发电控制策略Ｆｉｇ．９ＣｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆＡＣｓｉｄｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ２．３蓄电池充放电控制策略蓄电池通过双向ＤＣ／ＤＣ变换器来控制充放电，其拓扑结构如图１０所示，其为Ｂｕｃｋ／Ｂｏｏｓｔ变换器，Ｋ１开通，Ｋ２关断，为Ｂｏｏｓｔ变换器，蓄电池放电，Ｋ１关断，Ｋ２开通，为Ｂｕｃｋ变换器，蓄电池充电。所采用的控制策略为电压外环电流内环控制，电压外环控制直流母线电压稳定，电流内环控制蓄电池充放电电流，控制策略如图１１所示。己，ｄｃ与直流母线电压参考值的差值经过ＰＩ调节后输出为蓄电池充放电图１０蓄电池充放电控制拓扑结构Ｆｉｇ．１０Ｔｏｐｏｌｏｇｙｏｆｏｆｂａａｅｒｙｃｈａｒｇｅａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｅｃｏｎｔｒｏｌ图１１蓄电池充放电控制策略Ｆｉｇ．１１Ｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｂａｔｔｅｒｙｃｈａｒｇｅａｎｄｄｉｓｃｈａｒｇｅ电流参考，与充放电电流实测值的差值经过ＰＩ调节，输入到ＰＷＭ发生器来驱动开关管Ｋ】和Ｋ２。２．４ＡＣ／ＤＣ变换器控制策略连接交、直流子系统，实现系统功率平衡的是交直流母线间ＡＣ／ＤＣ变换器，其拓扑结构同图８虚线框内所示。ＡＣ／ＤＣ变换器在交直流混合微电网稳定运行中的作用主要有三方面：一是孤岛运行时，采用ｖ／ｆ控制，支撑交流母线电压、频率稳定，实现交、直流系统之间的功率平衡；二是并网运行时，采用Ｐ／Ｑ控制，将直流侧盈余光伏发电功率定额通过交流侧并入大电网，提高直流侧光伏利用率；三是并网运行与孤岛运行切换时，使交、直流侧功率进行平衡，保证切换前后系统稳定运行。Ｐ／Ｏ控制采用功率外环电流内环控制方式，Ｖ／ｆ控制采用电压外环电流内环控制方式。两种控制可共用一个电流内环，切换运行时，只需切换外环控制，其控制策略如图ｌ２所示。模式１表示ｖ／ｆ控制，模式２表示Ｐ／Ｑ控制，Ｖ／ｆ控制时，砌变换的相位角由一个设定的标准５０Ｈｚ正弦电压提供，电压外环经ＰＩ调节后做为电流内环参考；Ｐ／Ｑ控制时。砌变换的相位角为网侧相位角，功率外环经ＰＩ调节后做为电流内环参考。两种控制共用一个电流内环，控制模式之间的切换由并网点ＰＣＣ发出信号。。．，，．．．．．．Ｌ丁明，等交直流混合微电网运行控制策略研究图１２ＡＣ／ＤＣ变换器控制策略Ｆｉｇ．１２ＣｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆＡＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒ３算例仿真分析３．１仿真参数在ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ中搭建如图１所示的交直流混合微电网，系统参数如表１所示。表１微电网仿真参数Ｔａｂｌｅ１Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ仿真参数数值交流母线电压直流母线电压交流侧光伏最大电压交流侧光伏最大电流直流侧光伏最大电压直流侧光伏最大电流交流侧重要负荷交流侧次要负荷直流侧重要负荷直流侧次要负荷蓄电池容量蓄电池额定电压蓄电池初始ＳＯＣ并网运行直流侧输出有功并网运行直流侧输出无功℃光伏发电假设温度一直为２０，光照为１０００ｋｗ／ｍ，４Ｓ光照开始减弱，到６Ｓ时降为７００ｋＷ／ｍ，９Ｓ光照又开始增强，到１２Ｓ时变为１１００ｋＷ／ｍ。则交直流两侧光伏发电功率尸ｐ、Ｐｐｄ。和交流侧输出电压跟踪如图１３所示，光伏输出功率随着光照的变化而波动，己能够很好地跟踪。蓄电池容量设计对于系统稳定运行至关重要，本文采用工程上的经验公式确定蓄电池容量。厂１＾ｒ蓄电池容量＝兰ｆＡｈ１式中：为安全系数，取１．１－１．４２＿问；ＱＩ为负载日Ⅳ平均耗电量；Ｌ为最长连续阴雨天数；兀为温度修℃℃正系数，一般０￣Ｃ以上取１，一１０以上取１．１，－１０以下取１．２；Ｃｃ为蓄电池放电深度，浅循环型蓄电池取５０％，深循环型蓄电池取７５％。之丑嚣ｓ（ｂ）交流例光伏最大电压和输出电压图１３交、直流侧光伏发电功率及电压曲线Ｆｉｇ．１３ＰＶｐｏｗｅｒａｎｄｖｏｌｔａｇｅｃｕｒｖｅｏｆＡＣ／ＤＣｓｉｄｅ本文中，交流侧重要负荷１０ｋＷ，主要为空调用电，日平均供电４ｈ，负载同时率０．８；次要负荷２ｋｗ，为白天照明用电，日平均供电８ｈ，负载同时率０．８。直流侧主要负荷３ｋｗ，其中２ｋＷ为机房通信用电，日平均供电２４ｈ，负载同时率１；１ｋＷ为直流展厅白天照明用电，日平均供电４ｈ，负载同时率０．８；次要负荷２ｋＷ，供直流展厅电子产品充电，日平均供电４ｈ，负载同时率０．８。由此计算得负载日平均耗电量ＱＬ＝１０２．４ｋＷｈ。蓄电池容量：：：：６００．７４７ｆＡｈ）～．６．电力系统保护与控制其中：安全系数取１．１；根据本地气象信息，最长连阴雨天数取４天；温度修正系数取１；根据蓄电池类型，放电深度取７５％。蓄电池的额定电压１５０Ｖ，蓄电池ＳＯＣ在３５％～９５％范围内，其端电压范围为１５５～２５５Ｖ，直流母线电压为３８０Ｖ，考虑到不同工况切换时的电压波动并留一定裕度，取储能逆变器的最高工作电压１０００Ｖ。交直流混合微电网系统直流侧最大负荷５ｋＷ，直流侧光伏最大输出功率１０ｋＷ，交流侧最大负载１２ｋＷ，交流侧光伏最大输出功率１２ｋＷ。储能逆变器的功率选择要考虑如下要素：一能完全吸收新能源功率，此时储能逆变器的最大输入功率为２２ｋＷ；二能在孤岛运行且阴雨时满足全部负荷，此时储能逆变器的最大输出功率为１７ｋＷ；考虑一定的裕度，取储能逆变器最大输入／输出功率均为５０ｌ（＿Ｗ。３．２运行仿真分析将交直流两侧光伏发电功率、负荷功率，直流侧输入到交流侧的平衡功率分别表示为：，Ｐｐｖｄｃ，ＰＬａｃ，ＰＬｄｃ，Ｐｅｘｃｈ。３．２．１并网运行（０～８Ｓ，１８．５～２０ｓ１—ａ）ｔ＝－Ｏ￣２ｓ：ＰＬｄｃ为５ｋＷ，ＰＬｄｃ＜尸ＤｖｄｃＰｅｘｃｈ，蓄电池充电；ｂ）ｔ＝２－４ｓ：２Ｓ时ＰＬｄ。突增到６ｋＷ，ＰＬｄ。＜Ｐｐｖｄ。一尸＿ｅｘｃｈ，蓄电池充电，４Ｓ时ＰＤｄ。因光照减弱开始减小；ｃ）户４～４．８ｓ：４Ｓ时ｄｃ恢复到５ｋＷ，ＰＬｄｅ＜Ｐｐｄ－ｐ。。ｈ，蓄电池充电；ｄ）ｔ－－４．８～８ｓ：ＰＬｄｃ保持为５ｋＷ，４．８Ｓ时因Ｐｐｖｄ。降低，ＰＬｄｃ＞Ｐｐｄ。－ｐ。。ｈ，蓄电池放电。ｅ）ｔ＝ｌ８．５～２０ｓ：ＰＬｄ。＞ＰＤｄｃ－Ｐｅｘｃｈ，蓄电池充电。３．２．２孤岛运行（卢８～１８．５ｓ）ａ）ｔ＝－８－９．６ｓ：ＰＬａ。＋＞尸ｐｄ。＋Ｐｐ。，蓄电池放电，９Ｓ时Ｐｐｄｃ、尸ｌｐｖ因光照增强开始变大，随着的增大，直流侧输入到的交流侧的平衡功率尸ｅｘｃｈ开始减小；ｂ）ｔ＝９．６～１８．５ｓ：ＰＬｄ。＋尸ｌＬ＜Ｐｐｖｄ。＋ＰＤｖ，蓄电池充电，ｌ１．５Ｓ时尸Ｄ＝ＰＬ。，交流侧光伏功率开始盈余，交流侧向直流侧输入光伏功率，Ｐｅｃｈ＜Ｏ，为了延长孤岛模式下蓄电池的使用时间，１２Ｓ时直流侧次要负荷切除，１５Ｓ时交流侧次要负荷切除。仿真结果如图１４（ａ）～图１４（ｅ）所示，由图ｌ４可知，并网运行时，交流母线电压、频率由大电网支撑，直流侧光伏功率波动及负荷突变能够被蓄电池平抑，维持直流母线电压稳定，且定额向交流侧输入光伏功率。孤岛运行时，蓄电池平抑了光伏、负荷功率波动，维持了直流系统电压稳定，双向ＡＣ／ＤＣ变换器维持了交流系统电压、频率稳定，并作为桥梁实现了两侧的功率平衡。ｌ４Ｏ１２－０１Ｏ・０８・Ｏ垂６．０骷４．０２，００—２・０—４０ｌ１ＯｌＯ０蔷９０８０莩７０６０５０４４０４２０》４００蠹３８ｏ曹３６０蔷３４ｏ３２０４４０４２０＞南４００蠹３８０甘３６０覆３４０３２０￡ｊｓｆａ１交直流侧负荷及平衡功率ｔ／ｓ（ｂ）蓄电池如化曲线ｔ／ｓ（ｃ）赢流母线电压一……一…０２．０４．０６．０８．０ｌ０．０ｌ２．０１４．０１６０１８．０２０．０ｓ（ｄ）交流母线电压均方根５０．０７５５０．０５０５Ｏ．０２５槲５００００蓄４９－９７５羲４９ｌ９５ｏ４９．９２５０２．０４．０６．０８．０１００１２．０１４．０１６．０１８．０２０．０ｔ（ｅ）交流母线频率图１４交直流混合微电网运行仿真结果Ｆｉｇ．１４ＯｐｅｒａｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｈｙｂｒｉｄＡＣ／ＤＣｍｉｃｒｏｇｒｉｄ丁明，等交直流混合微电网运行控制策略研究一７．３．２．３切换运行８ｓ时，大电网故障，ＰＰＣ发出信号，交直流混合微电网由并网运行向非计划孤岛切换。切换前后，因蓄电池和双向ＡＣ／ＤＣ变换器在实时维持系统稳定、功率平衡，因此在切换瞬间，蓄电池能够快速将切换功率缺额平抑，保证切换前后系统稳定运行。由图１４（ａ）可知，切换前，微电网与大电网之间有功率交换尸ｐ。。＿尸ｐｗ）ｅｘｃｈ－ＰＬ。此系统切换前Ｐｐ。ｃ＝ｌｋＷ，即微电网向大电网输送功率１ｋＷ，切换时蓄电池减小放电电流以平抑此输送功率，记为工况１，如图１５（ａ）所示。将交流侧次要功率从２ｋＷ增加为３ｋＷ，可以使得切换前。。＝０ｋＷ，即微电网与大电网无功率交换，记为工况２，如图１５（ｂ１所示，切换时蓄电池放电电流不变。将交流侧次要功率从２ｋＷ增加为４ｋＷ，可以使得切换前ＰＤ一１ｋＷ，即微电网从大电网吸收功率１ｋＷ，记为工况３，如图１５（ｃ）所示，切换时蓄电池增大放电电流以平抑此吸收功率。切换瞬间因蓄电池平抑切换功率缺额，直流母线电压会有短暂的波动，如图１４（ｃ）所示，切换瞬间三相交流电压暂态波形如图１６所示。综上，不论切换前后微电网与大电网是否有功率交换，交直流混合微电网均可实现从并网运行顺利切换到非计划孤岛运行。１８．５Ｓ时，大电网供电恢复，ＰＣＣ发出信号，交直流混合微电网由孤岛运行向并网运行切换，切换前交流母线电压幅值、频率、相角与大电网保持一致，顺利切换，如图１４（ｄ）、图１４（ｅ）所示。由图ｌ７可知此时尸ｅｘｃｈ由一３ｋＷ变５ｋＷ，蓄电池将增加运６００一５００一是４００３００｛妇，ｎ０７．０８．０９．０１０．０～ｓ（ａ）工况１：ＰｐＣＣ、切换时７００ｒＩ袅４００｝ｆ（ａ）工况２：ｅｐｃｃ、切换时蓄电池电流ｔｆｓｔ；ｓ（ｃ）工况３：．Ｏｐｅｃ、切换时蓄电池电流图１５；ＦＮ－ｒ￣ＴＰｐ切换时蓄电池电流波形Ｆｉｇ．１５ｐｐｃｃａｎｄｂａＲｅｒｙｃｕｒｒｅｎｔｉｎｓｗｉｔｃｈｉｎｇｍｏｍｅｎｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ充电电流以平抑，因此直流母线电压会有一个波动，但很快就稳定，如图１４（ｃ）所示，切换瞬间三相交流电压暂态波形如图ｌ８所示。综上，交直流混合微电网能够从孤岛运行顺利切换到并网运行。之茸媛￡图１６并网向非计划孤岛切换交流电压Ｆｉｇ．１６ＡＣｖｏｌｔａｇｅｏｆｇｒｉｄ・ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｗｉｔｃｈｉｎｇｔｏｎｏｎ－ｐｒｏｇｒａｍｉｓｌａｎｄｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎ参；喜一９《２００鎏一４００盎一６００磊图１７孤岛向并网切换ｃｈ、蓄电池电流Ｆｉｇ．１７Ｐｅｘｅｈａｎｄｂａｔｔｅｒｙｃｕｒｒｅｎｔｏｆｉｓｌａｎｄｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｗｉｔｃｈｉｎｇｔｏｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｆ／ｓ图１８孤岛向并网切换交流电压Ｆｉｇ．１８ＡＣｖｏｌｔａｇｅｏｆｉｓｌａｎｄｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｗｉｔｃｈｉｎｇｔｏｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎ４结论（１）建立了光伏发电、蓄电池储能模型并进行了光伏电池ＭＰＰＴ控制、蓄电池充放电仿真，验证了所建模型的正确性。（２）交直流混合微电网并网运行时，针对目前直流侧源荷比较大，在蓄电池的平抑作用下，直流侧光伏发电以恒定的功率通过交流侧并入大电网，提高直流侧光伏利用率。（３）交直流混合微电网孤岛运行时，蓄电池作为平衡节点，和双向ＡＣ／ＤＣ变换器一起维持系统的稳定运行，并实现交直流两侧的功率平衡。（４）交直流混合微电网由并网运行向非计划孤岛运行切换、孤岛运行向并网运行切换时，蓄电池一８．电力系统保护与控制都能够平抑切换功率缺额，实现顺利切换。参考文献［１］ＬＩＵＸｉｏｎｇ，ＷＡＮＧＰｅｎｇ，ＬＯＨＰＣ．ＡｈｙｂｒｉｄＡＣ／ＤＣｍｉｃｒｏｇｒｉｄａｎｄｉｔｓｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＳｍａｒｔＧｒｉｄ，２０１１，２（２）：２７８－２８６．［２］黄文涛，邰能灵，范春菊，等．微电网结构特性分析与设计［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１２，４０（１８）：１４９．１５５．ＨＵＡＮＧＷｅｎｔａｏ，ＴＡＩＮｅｎｇｌｉｎｇ，ＦＡＮＣｈｕｎｊｕ，ｅｔａ１．Ｓｔｕｄｙｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｉｎｇｏｆｍｉｃｒｏｇｒｉｄ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１２，４０（１８、：１４９－１５５．［３］ＧＵＥＲＲＥＲＯＪＭ，Ｌ０ＨＰＣ，ＬＥＥＴＬ，ｅｔａ１．Ａｄｖａｎｃｅｄｃｏｎｔｒｏｌａｒｃｈｉｔｅｃｔ——ｕｒｅｓｆｏｒｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｉｃｒｏｇｒｉｄｓ。。ｐａｒｔＩＩ：ｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙ，ｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅ，ａｎｄＡＣ／ＤＣｍｉｃｒｏｇｒｉｄｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０１３，６０（４）：１２６３１２７０．［４］唐磊，曾成碧，苗虹，等．交直流混合微电网中ＡＣ／ＤＣ双向功率变流器的新控制策略［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１３，４１（１４）：１３－１８．ＴＡＮＧＬｅｉ，ＺＥＮＧＣｈｅｎｇｂｉ，ＭＩＡＯＨｏｎｇ，ｅｔａ１．Ｏｎｅ—ｎｏｖｅｌｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｔｈｅＡＣ／ＤＣｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｐｏｗｅｒ—ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｉｎｍｉｃｒｏｇｒｉｄ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１３，４１（１４）：１３－１８．［５］陆晓楠，孙凯，ＧＵＥＲＲＥＲＯＪ，等．适用于交直流混合微电网的直流分层控制系统［Ｊ］．电工技术学报，２０１３，２８（４）：３５－４２．ＬＵＸｉａｏｎａｎ，ＳＵＮＫａｉ，ＧＵＥＲＲＥＲＯＪ，ｅｔａ１．ＤＣｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｍｉｃｒｏｇｒｉｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１３，２８（４）：３５－４２．［６］吴卫民，何远彬，耿攀，等．直流微电网研究中的关键—技术［Ｊ］．电工技术学报，２０１２，２７（１）：９８１１３．ＷＵＷｅｉｍｉｎ，ＨＥＹｕａｎｂｉｎ，ＧＥＮＧＰａｎ，ｅｔａ１．Ｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｍｉｃｒｏ－ｇｒｉｄｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａ—ＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１２，２７（１）：９８１１３．［７］张犁，孙凯，吴田进，等．基于光伏发电的直流微电网能量变换与管理【Ｊ】．电工技术学报，２０１３，２８（２）：２４８．２５４．ＺＨＡＮＧＬｉ，ＳＵＮＫａｉ，ｗＵＴｉａｎｊｉｎ，ｅｔａ１．ＥｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｆｏｒＤＣｍｉｃｒｏｇｒｉｄｂａｓｅｄｏｎｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１３，２８（２）：２４８・２５４．［８］陆晓楠．交直流混合微电网中电力电子接口变换器控制策略研究【Ｄ］．北京：清华大学，２０１３．ＬＵＸｉａｏｎａｎ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｉｎＡＣａｎｄＤＣｈｙｂｒｉｄｍｉｃｒｏｇｒｉｄｓ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２Ｏ１３．［９］董博．交直流混合母线微电网运行控制与储能系统能量管理研究【Ｄ］．北京：清华大学，２０１２．ＤＯＮＧＢｏ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｈｙｂｒｉｄＡＣ－－ａｎｄＤＣ－－ｂｕｓｍｉｃｒｏｇｒｉｄａｎｄｅｎｅｒｇｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍ［Ｄ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１２．［１Ｏ］周念成，闫立伟，王强钢．光伏发电在微电网中接入及动态特性研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，３８（１４）：Ｉ１９－１２７．ＺＨＯＵＮｉａｎｃｈｅｎｇ，ＹＡＮＬｉｗｅｉ，ＷＡＮＧＱｉａｎｇｇａｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌ￣ｉｃｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｎｍｉｃｒｏｇｒｉｄｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（１４）：１１９－１２７．［１１］茆美琴，余世杰，苏建徽．带有ＭＰＰＴ功能的光伏阵列Ｍａｔｌａｂ通用仿真模型［Ｊ］．系统仿真学报，２００５，—１７（５）：１２４８１２５１．ＭＡＯＭｅｉｑｉｎ，ＹＵＳｈｉｊｉｅ，ＳＵＪｉａｎｈｕｉ．ＶｅｒｓａｔｉｌｅＭａｔｌａｂｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｆｏｒｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｒｒａｙｗｉｔｈＭＰＰＴｆｕｎｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｙｓｔｅｍＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，２００５，１７（５）：１２４８．１２５１．［１２］金晓东，丁明，茆美琴．分布式发电系统中的蓄电池模型［Ｊ】＿仪器仪表用户，２００８，１５（２）：８８．９０．ＪＩＮＸｉａｏｄｏｎｇ，Ｄ１ＮＧＭｉｎｇ，ＭＡＯＭｅｉｑｉｎ．Ｂａｔｔｅｒｙｍｏｄｅｌｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＣｕｓｔｏｍｅｒ，２００８，１５（２）：８８－９０．［１３１ＨＥＨｏｎｇｗｅｎ，ＸＩＯＮＧＲｕｉ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏｗｅｉ，ｅｔａ１．Ｓｔａｔｅ－－ｏｆ－ｃｈａｒｇｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｉｔｈｉｕｍ－－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙｕｓｉｎｇａｎａｄａｐｔｉｖｅｅｘｔｅｎｄｅｄＫａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒｂａｓｅｄｏｎａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｖｅｎｉｎｍｏｄｅｌ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＶｅｈｉｃｕｌａｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，６０（４）：１４６１－１４６９．［１４］ＷＡＮＧＳｈｕｚｈａｏ．ＷＵＨｏｎｇｂｉｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ—ｏｆｔｈｅｓｔａｎｄａｌｏｎｅＰＶ／ｂａｔｔｅｒｙｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１４．８６０：１６８．１７１．—收稿日期：２０１４－０８０１；修回日期：２０１４－０９－２７作者简介：丁明（１９５６－），男，硕士，教授，博士生导师，主要研究方向为电力系统规划及可靠性、新能源及其利用、柔性输电系统的仿真与控制等；田龙刚（１９８８－），男，硕士研究生，主要研究方向为分布式发电与微电网技术；Ｅ．ｍａｉｌ：ｔｌｇ１２３６３４＠１６３．ｃｏｒｎ潘浩（１９９２－），男，博士研究生，主要研究方向为电力系统规划及可靠性。（编辑周金梅）