本發(fā)明屬于微電網(wǎng)運行控制領域，具體來說，涉及一種基于內(nèi)?？刂频奈㈦娋W(wǎng)并離網(wǎng)平滑切換控制方法。

背景技術：

隨著傳統(tǒng)能源供應短缺以及對用電可靠性的提高，以高效、清潔的分布式電源(distributedgeneration，DG)為基礎，結合儲能單元、負荷和相關控制裝置的微電網(wǎng)成為一種靈活、先進的新型供電方式，是近年來國內(nèi)外研究的熱點。微網(wǎng)中的微源包括光伏、風電、蓄電池、微型燃氣輪機等，通常通過電力電子裝置(如變流器)并聯(lián)運行。對于光伏、風機等微源，其輸出功率大小受天氣影響較大，一般按最大功率或恒功率輸出，稱之為從電源；對于蓄電池、燃料電池等具有儲能特性的微源，控制相對靈活，既可采用恒功率控制，也可在孤島模式下作為電壓源應用，稱之為主電源。

微網(wǎng)既可以與大電網(wǎng)并聯(lián)運行，也可以在電網(wǎng)故障下孤島運行，獨立為本地負載供電，具有較高的供電安全性和可靠性。微網(wǎng)的主要控制方法可歸結為主從控制和下垂控制。由于主從控制可以方便地應用現(xiàn)有的商用逆變器，現(xiàn)階段微網(wǎng)示范工程及相應研究仍以主從結構為主。它是依托一臺功率穩(wěn)定且容量較大的電源擔負組網(wǎng)電源(如儲能變流器)，在并網(wǎng)時采用PQ控制；在孤島時工作于v/f模式，靈活快速調(diào)整有功/無功功率的吞吐，為其他DG提供電壓頻率支撐。因此，當微網(wǎng)在并網(wǎng)/孤島模式間進行切換時，主逆變器的控制結構也需要進行相應調(diào)整，如何減少不同控制器的結構切換對系統(tǒng)動態(tài)性能的擾動，一直以來是主從結構下模式轉(zhuǎn)換的難點。此外相對于傳統(tǒng)電網(wǎng)，微電網(wǎng)慣性小，不論風、光等間歇性電源的輸出功率波動、負載消耗功率以及模型參數(shù)攝動等一系列擾動均將引起顯著的瞬時波動，如何保證DG快速、準確響應功率需求，保持負載電壓穩(wěn)定，對微電網(wǎng)的控制方法提出了挑戰(zhàn)，尤其是實現(xiàn)并網(wǎng)/孤島模式的平滑切換，已成為微網(wǎng)控制的重要技術特征。因此，微電網(wǎng)必須要有一套有效的控制系統(tǒng)，主動抑制微電網(wǎng)運行過程中供需功率擾動和控制結構擾動對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響，使影響控制在合理范圍內(nèi)，甚至消除擾動，提升微網(wǎng)穩(wěn)定性、動態(tài)性能，提高電能質(zhì)量。

技術實現(xiàn)要素：

技術問題：本發(fā)明所要解決的技術問題是：提供一種基于內(nèi)?？刂频奈㈦娋W(wǎng)并離網(wǎng)平滑切換控制方法，該控制方法能夠避免微電網(wǎng)并離網(wǎng)運行模式切換時不同逆變器控制環(huán)路切換帶來的擾動，而且基于擾動觀測器的內(nèi)?？刂瓶芍鲃右种乒┬韫β蕯_動，并具有理想的跟蹤性能和抗擾性能。

技術方案：為解決上述技術問題，本發(fā)明采取以下技術方案：

一種基于內(nèi)模控制的微電網(wǎng)并離網(wǎng)平滑切換控制方法，該控制方法包括下述步驟：

步驟10)利用微電網(wǎng)能量管理器采集主電網(wǎng)運行信息，根據(jù)主電網(wǎng)的運行信息選擇微電網(wǎng)操作模式，并下發(fā)操作指令到微電網(wǎng)主逆變器；若主電網(wǎng)正常運行，微電網(wǎng)工作于并網(wǎng)模式；若主電網(wǎng)發(fā)生故障，微電網(wǎng)工作于離網(wǎng)模式；

步驟20)主逆變器功率環(huán)采用下垂控制方式，產(chǎn)生主逆變器參考電壓及參考頻率，如式(1)和式(2)所示：

w_inv＝w_n-m(P-P_n) 式(2)

式中，表示主逆變器本地輸出電壓參考指令，單位：千伏；v_n表示主逆變器輸出電壓的額定值，單位：千伏；n表示分布式電源的電壓下垂特性系數(shù)，單位：千伏/兆乏；Q表示分布式電源實際輸出無功功率，單位：兆乏；Q_n表示在額定電壓下，分布式電源輸出無功功率，單位：兆乏；w_inv表示主逆變器本地角頻率參考指令，w_n表示主逆變器角頻率額定值，單位：弧度/秒；m表示分布式電源的頻率下垂特性系數(shù)，單位：弧度/秒·兆瓦；P表示分布式電源實際輸出有功功率，單位：兆瓦；P_n表示在額定角頻率下，分布式電源輸出有功功率，單位：兆瓦；

步驟30)采集微電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，將基于擾動觀測器的內(nèi)模控制應用于電壓電流雙環(huán)控制器，提高控制系統(tǒng)魯棒性和跟蹤性能；

步驟40)根據(jù)微電網(wǎng)運行模式，進行電壓和相位的控制：微電網(wǎng)由并網(wǎng)模式切換至離網(wǎng)模式時，保持上一時刻操作值，避免暫態(tài)擾動；微電網(wǎng)由離網(wǎng)模式切換至并網(wǎng)模式時，進行預同步操作，使偏差減小至允許范圍內(nèi)。

作為優(yōu)選例，所述的步驟30)包括：電壓外環(huán)采用比例積分控制器，如式(3)所示：

式中，表示在dq參考坐標系下，電流環(huán)參考設定值的d軸分量，單位：千安；k_up表示電壓比例積分控制器中比例項系數(shù)，k_ui表示電壓比例積分控制器中積分項系數(shù)，1/s表示積分作用；表示在dq參考坐標系下，的d軸分量，v_od表示在dq參考坐標系下，主逆變器輸出電壓v_o的d軸分量，C_f表示逆變器終端所連接的LC濾波器中電容器數(shù)值，單位:法拉；表示在dq參考坐標系下，主逆變器輸出電壓v_o的q軸分量，單位：千伏；表示在dq參考坐標系下，電流環(huán)參考設定值的q軸分量，單位：千安；表示在dq參考坐標系下，的q軸分量，單位：千伏；dq參考坐標系是指將abc交流坐標系經(jīng)過派克變換得到的直流旋轉(zhuǎn)坐標系；

電流內(nèi)環(huán)采用比例控制器，如式(4)所示：

式中，v_id表示在dq參考坐標系下，主逆變器電流控制器輸出的調(diào)制波電壓的d軸分量，v_iq表示在dq參考坐標系下，主逆變器電流控制器輸出的調(diào)制波電壓的q軸分量，單位：千伏；k_ip表示電流比例控制器中比例項系數(shù)，i_id表示在dq參考坐標系下，主逆變器輸出電流值的d軸分量，i_iq表示在dq參考坐標系下，主逆變器輸出電流值的q軸分量，單位：千安；L_f表示逆變器終端所連接的LC濾波器中電感數(shù)值，單位：亨利；

根據(jù)式(3)和式(4)，建立電壓電流雙環(huán)模型作為廣義被控對象，如式(5)所示：

式中，G(s)表示廣義被控對象，k_pwm表示主逆變器電壓增益，R_f表示濾波器中濾波電阻，s表示表示微分；

內(nèi)?？刂破髑梆來椚缡?6)所示，擾動觀測器前饋項如式(7)所示：

式中，f(s)表示內(nèi)模控制前饋項的低通濾波器，G_n(s)表示廣義被控對象的標稱模型；λ表示f(s)的濾波時間常數(shù)，單位：秒；表示L_f的標稱值；表示C_f的標稱值；表示R_f的標稱值；Q(s)表示擾動觀測器前饋項的低通濾波器，T_f表示Q(s)的濾波時間常數(shù)，單位:秒；

內(nèi)模控制前饋項對應控制系統(tǒng)跟蹤性能，通過前饋補償將輸入輸出傳遞函數(shù)單位化，提高設定值跟蹤性能；擾動觀測器前饋項對應控制系統(tǒng)抗擾性能，實時估計微電網(wǎng)運行工況下等效功率擾動，并通過前饋補償于電流環(huán)設定值，提高系統(tǒng)魯棒性，將基于擾動觀測器的內(nèi)?？刂茟糜陔妷弘娏鳝h(huán)，提高控制系統(tǒng)動態(tài)性能。

作為優(yōu)選例，所述的步驟30)中，主逆變器本地輸出電壓參考指令與主逆變器輸出電壓v _o的差值由電壓外環(huán)消除。

作為優(yōu)選例，所述的步驟30)中，擾動觀測器前饋項實時估計微電網(wǎng)運行工況下等效功率擾動，所述擾動包括分布式電源功率輸出擾動、負載消耗功率擾動以及模型參數(shù)攝動。

作為優(yōu)選例，所述的步驟40)具體包括：首先對電網(wǎng)電壓鎖相，采集電網(wǎng)側(cè)相角θ_g與主逆變器相角θ_inv進行比較，經(jīng)過積分作用得到頻率補償量Δw_c，將頻率補償量Δw_c補償于主逆變器本地角頻率參考指令w_inv中；為保證微網(wǎng)側(cè)頻率及相角同時跟隨電網(wǎng)側(cè)額定值，需維持兩側(cè)相角重合狀態(tài)一定時間，當滿足設定時間時，頻率預同步完成；對于幅值預同步，采集主逆變器輸出電壓v_o與電網(wǎng)側(cè)額定電壓v_g進行比較，經(jīng)過積分作用得到電壓補償量Δv_c，將電壓補償量補償于主逆變器本地輸出電壓參考指令中；當微網(wǎng)側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的相角偏差和電壓幅值偏差同時減小至允許范圍內(nèi)，預同步過程完成，進行并網(wǎng)操作。

有益效果：與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：在并網(wǎng)模式和離網(wǎng)模式下，主逆變器功率環(huán)都采用下垂控制產(chǎn)生電壓環(huán)參考值及頻率參考值，避免了常規(guī)算法中模式轉(zhuǎn)換過程引起的控制環(huán)路切換，為實現(xiàn)微網(wǎng)工作模式的平滑過渡奠定基礎；將基于擾動觀測器的內(nèi)模控制應用于電壓電流雙環(huán)控制結構，不僅能夠有效抵消系統(tǒng)中供需功率不平衡的影響并提高對模型參數(shù)攝動的魯棒性，同時優(yōu)化控制環(huán)路跟蹤性能，進一步改善模式切換過程的動態(tài)品質(zhì)。該控制方法實現(xiàn)簡單，只是在傳統(tǒng)方案上增加線性控制結構，適用于采用數(shù)字信號處理器DSP等實現(xiàn)的逆變器算法，具有較好的實際推廣價值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的流程圖；

圖2(a)是本發(fā)明實施例中電壓下垂控制結構圖；

圖2(b)是本發(fā)明實施例中頻率下垂控制結構圖；

圖3是本發(fā)明實施例中基于內(nèi)?？刂频碾妷弘娏麟p環(huán)控制結構圖；

圖4(a)是本發(fā)明實施例中微電網(wǎng)過渡過程中相位預同步控制框圖；

圖4(b)是本發(fā)明實施例中微電網(wǎng)過渡過程中電壓預同步控制框圖；

圖5是本發(fā)明實施例中中采用的微電網(wǎng)仿真系統(tǒng)圖；

圖6(a)是本發(fā)明實施例中并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤島模式主逆變器輸出電壓仿真結果；

圖6(b)是本發(fā)明實施例中并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤島模式主逆變器輸出電流仿真結果；

圖7(a)是采用傳統(tǒng)無內(nèi)?？刂频牟⒕W(wǎng)轉(zhuǎn)孤島模式主逆變器輸出電壓仿真結果；

圖7(b)是采用傳統(tǒng)無內(nèi)?？刂频牟⒕W(wǎng)轉(zhuǎn)孤島模式主逆變器輸出電流仿真結果；

圖8(a)是本發(fā)明實施例中孤島模式主逆變器輸出電壓仿真結果；

圖8(b)是本發(fā)明實施例中孤島模式主逆變器輸出電流仿真結果；

圖8(c)是本發(fā)明實施例中孤島模式微電網(wǎng)角頻率仿真結果。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施案例對本發(fā)明進行深入地詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施案例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明實施例的一種基于內(nèi)?？刂频奈㈦娋W(wǎng)并離網(wǎng)平滑切換控制方法，包括下述步驟：

步驟10)利用微電網(wǎng)能量管理器采集主電網(wǎng)運行信息，根據(jù)主電網(wǎng)的運行信息選擇微電網(wǎng)操作模式，并下發(fā)操作指令到微電網(wǎng)主逆變器。若主電網(wǎng)正常運行，微電網(wǎng)工作于并網(wǎng)模式；若主電網(wǎng)發(fā)生故障，微電網(wǎng)工作于離網(wǎng)模式。

步驟20)主逆變器功率環(huán)采用下垂控制方式，產(chǎn)生主逆變器參考電壓及參考頻率，如式(1)和式(2)所示：

w_inv＝w_n-m(P-P_n) 式(2)

式中，表示主逆變器本地輸出電壓參考指令，單位：千伏；v_n表示主逆變器輸出電壓的額定值，單位：千伏；n表示分布式電源的電壓下垂特性系數(shù)，單位：千伏/兆乏；Q表示分布式電源實際輸出無功功率，單位：兆乏；Q_n表示在額定電壓下，分布式電源輸出無功功率，單位：兆乏；w_inv表示主逆變器本地角頻率參考指令，w_n表示主逆變器角頻率額定值，單位：弧度/秒；m表示分布式電源的頻率下垂特性系數(shù)，單位：弧度/秒·兆瓦；P表示分布式電源實際輸出有功功率，單位：兆瓦；P_n表示在額定角頻率下，分布式電源輸出有功功率，單位：兆瓦。

實際中，v_n和w_n取為電網(wǎng)側(cè)額定值。微電網(wǎng)并網(wǎng)運行時，主逆變器本地輸出電壓參考指令和角頻率參考指令w_inv受大電網(wǎng)鉗制，輸出有功功率P_n、無功功率Q_n。微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時，主逆變器作為主電源承擔系統(tǒng)的電壓/頻率支撐，維持功率平衡。

步驟30)采集微電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，將基于擾動觀測器的內(nèi)?？刂茟糜陔妷弘娏麟p環(huán)控制器，提高控制系統(tǒng)魯棒性和跟蹤性能。

具體來說，步驟30)包括：電壓外環(huán)采用比例積分控制器，如式(3)所示：

式中，表示在dq參考坐標系下，電流環(huán)參考設定值的d軸分量，單位：千安；k_up表示電壓比例積分控制器中比例項系數(shù)，k_ui表示電壓比例積分控制器中積分項系數(shù)，1/s表示積分作用；表示在dq參考坐標系下，的d軸分量，v_od表示在dq參考坐標系下，主逆變器輸出電壓v_o的d軸分量，C_f表示逆變器終端所連接的LC濾波器中電容器數(shù)值，單位:法拉；表示在dq參考坐標系下，主逆變器輸出電壓v_o的q軸分量，單位：千伏；表示在dq參考坐標系下，電流環(huán)參考設定值的q軸分量，單位：千安；表示在dq參考坐標系下，的q軸分量，單位：千伏；dq參考坐標系是指將abc交流坐標系經(jīng)過派克變換得到的直流旋轉(zhuǎn)坐標系；

電流內(nèi)環(huán)采用比例控制器，如式(4)所示：

式中，v_id表示在dq參考坐標系下，主逆變器電流控制器輸出的調(diào)制波電壓的d軸分量，v_iq表示在dq參考坐標系下，主逆變器電流控制器輸出的調(diào)制波電壓的q軸分量，單位：千伏；k_ip表示電流比例控制器中比例項系數(shù)，i_id表示在dq參考坐標系下，主逆變器輸出電流值的d軸分量，i_iq表示在dq參考坐標系下，主逆變器輸出電流值的q軸分量，單位：千安；L_f表示逆變器終端所連接的LC濾波器中電感數(shù)值，單位：亨利；

根據(jù)式(3)和式(4)，建立電壓電流雙環(huán)模型作為廣義被控對象，如式(5)所示：

式中，G(s)表示廣義被控對象，k_pwm表示主逆變器電壓增益，R_f表示濾波器中濾波電阻，s表示表示微分；

內(nèi)?？刂破髑梆來椚缡?6)所示，擾動觀測器前饋項如式(7)所示：

式中，f(s)表示內(nèi)?？刂魄梆來椀牡屯V波器，G_n(s)表示廣義被控對象的標稱模型；λ表示f(s)的濾波時間常數(shù)，單位：秒；表示L_f的標稱值；表示C_f的標稱值；表示R_f的標稱值；Q(s)表示擾動觀測器前饋項的低通濾波器，T_f表示Q(s)的濾波時間常數(shù)，單位:秒；

內(nèi)模控制前饋項對應控制系統(tǒng)跟蹤性能，通過前饋補償將輸入輸出傳遞函數(shù)單位化，提高設定值跟蹤性能；擾動觀測器前饋項對應控制系統(tǒng)抗擾性能，實時估計微電網(wǎng)運行工況下等效功率擾動，并通過前饋補償于電流環(huán)設定值，提高系統(tǒng)魯棒性，將基于擾動觀測器的內(nèi)模控制應用于電壓電流環(huán)，提高控制系統(tǒng)動態(tài)性能。

作為優(yōu)選，所述的步驟30)中，為提高電流內(nèi)環(huán)響應速度，電流內(nèi)環(huán)采用比例控制器，主逆變器本地輸出電壓參考指令與主逆變器輸出電壓v _o的差值由電壓外環(huán)消除。

步驟30)中，擾動觀測器前饋項實時估計微電網(wǎng)運行工況下等效功率擾動，所述擾動包括分布式電源功率輸出擾動、負載消耗功率擾動以及模型參數(shù)攝動。

步驟30)中，內(nèi)?？刂破髑梆來椉皵_動觀測器前饋項的設計重點分別為濾波時間常數(shù)λ和T_f。在實際調(diào)試過程中，首先假設模型無差，調(diào)試λ使控制器跟蹤性能最優(yōu)；再加入擾動觀測器前饋項，調(diào)試T_f提高系統(tǒng)抗擾性能。

步驟40)根據(jù)微電網(wǎng)運行模式，進行電壓和相位的控制：微電網(wǎng)由并網(wǎng)模式切換至離網(wǎng)模式時，保持上一時刻操作值，避免暫態(tài)擾動；微電網(wǎng)由離網(wǎng)模式切換至并網(wǎng)模式時，進行預同步操作，使偏差減小至允許范圍內(nèi)。所述的步驟40)具體包括：首先對電網(wǎng)電壓鎖相。本實施例中優(yōu)選使用二階廣義積分提取正序分量，可以避免不平衡負載等影響。采集電網(wǎng)側(cè)相角θ_g與主逆變器相角θ_inv進行比較，經(jīng)過積分作用得到頻率補償量Δw_c，將頻率補償量Δw_c補償于主逆變器本地角頻率參考指令w_inv中；為保證微網(wǎng)側(cè)頻率及相角同時跟隨電網(wǎng)側(cè)額定值，需維持兩側(cè)相角重合狀態(tài)一定時間，當滿足設定時間時，頻率預同步完成；對于幅值預同步，采集主逆變器輸出電壓v_o與電網(wǎng)側(cè)額定電壓v_g進行比較，經(jīng)過積分作用得到電壓補償量Δv_c，將電壓補償量補償于主逆變器本地輸出電壓參考指令中；當微網(wǎng)側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的相角偏差和電壓幅值偏差同時減小至允許范圍內(nèi)，預同步過程完成，進行并網(wǎng)操作。

通過以上步驟，形成了基于內(nèi)?？刂频奈㈦娋W(wǎng)平滑切換控制方法。在微電網(wǎng)離網(wǎng)/并網(wǎng)模式下，功率環(huán)采用下垂控制，避免不同運行模式切換引起的控制環(huán)路切換；將基于擾動觀測器的內(nèi)?？刂茟糜陔妷弘娏鳝h(huán)，實現(xiàn)了微電網(wǎng)操作過程中功率擾動影響的主動抑制以及設定值跟蹤性能的改善，提升了系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)性能。相比于其他微電網(wǎng)平滑切換方法，本控制方法同時抑制了控制結構擾動和功率擾動。

本發(fā)明實施例中的微電網(wǎng)電壓下垂控制框圖如2(a)所示，頻率下垂控制框圖如圖2(b)所示。電壓下垂控制通過主逆變器輸出無功功率與輸出電壓之間的關系得到電壓參考值。頻率下垂控制通過主逆變器輸出有功功率與頻率之間的關系得到逆變器參考頻率，進而得到逆變器相角。

本發(fā)明實施例中的基于內(nèi)?？刂频碾妷弘娏麟p環(huán)控制框圖如3所示，該控制框圖主要包括三部分，一部分是基本的電壓電流雙環(huán)控制器，一部分是擾動觀測器前饋項，最后一部分是內(nèi)?？刂破髑梆來?。電壓電流雙環(huán)中電流內(nèi)環(huán)采用比例控制器，環(huán)路誤差由電壓控制器消除。擾動觀測器通過比較電流環(huán)設定值與逆變器輸出電壓，實時估計出等效功率擾動，并前饋補償于電流設定值中。內(nèi)?？刂破髑梆來椡ㄟ^設定值前饋補償將輸入輸出傳遞函數(shù)單位化，提高了跟蹤性能。通過上述作用，反饋通道與前饋通道相互補充，滿足二自由度設計準則，實現(xiàn)了微電網(wǎng)操作過程中跟蹤性能與抗擾性能的同步改善，提升了系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)。

本發(fā)明實施例中的相角預同步控制框圖如4(a)所示，通過電網(wǎng)相位提取環(huán)節(jié)基于二階廣義積分提取電網(wǎng)側(cè)dq變換參考相位，為微電網(wǎng)并網(wǎng)運行或者預同步操作過程提供相角參考；當預同步指令觸發(fā)預同步模塊時，通過比例積分調(diào)整逆變器側(cè)角頻率使逆變器側(cè)相角同步跟隨電網(wǎng)側(cè)相角。本發(fā)明實施例中的電壓幅值預同步控制框圖如4(b)所示，通過比例積分調(diào)整逆變器輸出電壓跟隨電網(wǎng)側(cè)電壓幅值。當微電網(wǎng)側(cè)與電網(wǎng)側(cè)相角差、電壓幅值差都小于閥值時下發(fā)并網(wǎng)指令，有效實現(xiàn)了離網(wǎng)至并網(wǎng)模式的無縫切換。

下面例舉一個實施例。

仿真系統(tǒng)如圖5所示，由能量管理器、靜態(tài)開關STS、主逆變器(儲能單元)和若干從逆變器(光伏逆變器/風電逆變器)以及用電負荷等構成。能量管理器采集電網(wǎng)側(cè)信號，決定微電網(wǎng)運行模式。在不同運行模式下，風電逆變器、光伏逆變器處于PQ控制模式，因此微電網(wǎng)操作運行的重點是主逆變器控制方法。正常情況下，微電網(wǎng)并網(wǎng)運行，STS閉合。微電網(wǎng)側(cè)電壓、頻率決定于電網(wǎng)側(cè)，主逆變器根據(jù)設定的下垂控制輸出額定有功功率和無功功率。當主電網(wǎng)故障，系統(tǒng)進入離網(wǎng)模式，STS斷開，主逆變器根據(jù)下垂控制提供微網(wǎng)頻率、電壓支撐?；贛ATLAB/Simulink平臺搭建仿真微電網(wǎng)模型，分別對微電網(wǎng)并離網(wǎng)模式切換及孤島微電網(wǎng)發(fā)生加載或減載等情況進行了仿真，比較本發(fā)明實施例的微電網(wǎng)控制方法與傳統(tǒng)的微電網(wǎng)控制方法的差異。傳統(tǒng)的并離網(wǎng)控制方法是在切換瞬間使當前的控制器控制量跟隨先前的控制器控制量，只包含基本的電壓電流雙環(huán)反饋通道，不含設定值內(nèi)模控制前饋項和負載電流擾動觀測前饋通道。

圖6為微電網(wǎng)采用本發(fā)明控制方法的微電網(wǎng)并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤島仿真結果。相對于計劃性孤島，非計劃孤島實現(xiàn)平滑切換難度更高，尤其是聯(lián)絡線處有較大的功率傳輸時。開始時主逆變器運行于并網(wǎng)模式，由于下垂控制中額定有功功率P_n和無功功率Q_n為零，則逆變器零功率輸出，負載功率全部由電網(wǎng)供給；0.2s時，電網(wǎng)故障導致微網(wǎng)進入孤島模式，負載功率全部由微電網(wǎng)供給，電網(wǎng)側(cè)功率供給為零。圖6(a)給出了微電網(wǎng)由并網(wǎng)至孤島運行模式切換過程中主逆變器輸出電壓波形，橫坐標表示時間，單位：秒，縱坐標表示輸出電壓，單位：伏。如圖6(a)所示，最初輸出電壓與電網(wǎng)側(cè)額定值一致，進入孤島后降低，但瞬時過程很短，兩個周波調(diào)節(jié)穩(wěn)定，三相電壓未出現(xiàn)振蕩。圖6(b)給出了微電網(wǎng)由并網(wǎng)至孤島運行模式切換過程中主逆變器輸出電流波形，橫坐標表示時間，單位：秒，縱坐標表示輸出電流，單位：安。如圖6(b)所示，由于主逆變器下垂額定功率設置為0，最初微網(wǎng)側(cè)主逆變器電流輸出為零，進入孤島模式后輸出電流快速增加，三相未沒有出現(xiàn)振蕩。由圖6(a)、圖6(b)可知，采用本控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)并網(wǎng)/孤島運行模式的無縫切換，過程平滑、切換時間短，這是由于切換過程整套控制環(huán)路保持一致，未發(fā)生控制器切換，而且新增加的內(nèi)?？刂破髑梆來椇蛿_動觀測前饋項分別能夠提前估計并補償擾動，提高系統(tǒng)跟蹤性能和抗擾性能，提高了系統(tǒng)動態(tài)特性。

為了顯示本發(fā)明實施例中微電網(wǎng)運行控制策略的優(yōu)勢，圖7為采用常規(guī)控制策略的微電網(wǎng)仿真結果。開始時主逆變器運行于并網(wǎng)模式，由于下垂控制中額定有功功率P_n和無功功率Q_n為零，則逆變器零功率輸出，負載功率全部由電網(wǎng)供給；0.2s時，電網(wǎng)故障導致微網(wǎng)進入孤島模式，負載功率全部由微電網(wǎng)供給，電網(wǎng)側(cè)功率供給為零。圖7(a)給出了微電網(wǎng)由并網(wǎng)至孤島運行模式切換過程中主逆變器輸出電壓波形，橫坐標表示時間，單位：秒，縱坐標表示輸出電壓，單位：伏。如圖7(a)所示，最初輸出電壓與電網(wǎng)側(cè)額定值一致，進入孤島后降低，需要八九個周波才能穩(wěn)定。圖7(b)給出了微電網(wǎng)由并網(wǎng)至孤島運行模式切換過程中主逆變器輸出電流波形，橫坐標表示時間，單位：秒，縱坐標表示輸出電流，單位：安。如圖7(b)所示，由于主逆變器下垂額定功率設置為0，最初微網(wǎng)側(cè)主逆變器電流輸出為零，進入孤島模式后輸出電流增加，初期出現(xiàn)了一定的畸變并且過渡過程出現(xiàn)振蕩，這是由于雖然狀態(tài)跟隨能一定平緩運行過程，但在模式轉(zhuǎn)化過程中控制環(huán)路發(fā)生控制器切換，導致控制過程出現(xiàn)振蕩。而本發(fā)明實施例中由于采用跟蹤值前饋項和擾動前饋項的補償作用，如圖6(a)、6(b)所示可以實現(xiàn)運行過程平滑切換。

圖8所示為微電網(wǎng)孤島模式下采用本發(fā)明方法進行加減載操作的仿真結果。系統(tǒng)首先運行于孤島空載模式，0.2s時投入負載，0.4s時切除負載。圖8(a)給出了微電網(wǎng)主逆變器輸出電壓波形，橫坐標表示時間，單位：秒，縱坐標表示輸出電壓，單位：伏。圖8(b)給出了微電網(wǎng)主逆變器輸出電流波形，橫坐標表示時間，單位：秒，縱坐標表示輸出電流，單位：安。圖8(c)給出了微電網(wǎng)主逆變器角頻率波形，橫坐標表示時間，單位：秒，縱坐標表示輸出電流，單位：弧度/秒。由圖可知，在孤島模式下加載操作時，輸出電壓稍微降低、輸出電流增加為負載提供功率，僅出現(xiàn)非常微小的抖動，很快進入穩(wěn)態(tài)值；此時根據(jù)設定的下垂系數(shù)系統(tǒng)頻率降低0.5Hz(即角頻率降低πrad，約為311rad)，符合下垂特性。隨后進行減載操作時，輸出電壓在一兩個周波內(nèi)恢復至額定值，而電流恢復至零輸出，同時角頻率升回至100π。本控制方法對孤島模式下微電網(wǎng)具有良好的動態(tài)調(diào)節(jié)性能。

本發(fā)明實施例的控制方法是基于內(nèi)模控制的微電網(wǎng)并離網(wǎng)平滑切換控制方法。針對微電網(wǎng)運行過程中存在的供需功率功率擾動，尤其是不同操作模式下不同控制器切換引起的結構擾動。本控制方法在功率環(huán)中采用下垂控制，避免不同控制器切換。此外，采用包含內(nèi)?？刂魄梆來椇蛿_動觀測前饋項的改進電壓電流雙環(huán)結構，提高控制系統(tǒng)抗擾性能和跟蹤性能，實現(xiàn)了并離網(wǎng)無縫切換，平滑了動態(tài)過程，有效提高微電網(wǎng)的動態(tài)性能和電能質(zhì)量。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點。本領域的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述具體實施例的限制，上述具體實施例和說明書中的描述只是為了進一步說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護的范圍由權利要求書及其等效物界定。