直流微电网运行控制策略研究

直流微电网运行控制策略研究

赵国伟1胡遨洋1刘如帆2谢丰2

（1.国网浙江省桐乡市供电公司浙江桐乡314500；2.国电南瑞科技股份有限公司江苏南京211106）

摘要：本文分析了直流微电网的架构及运行模式，同时阐述了双向AC/AD变换器以及储能双向DC/DC变换器，分别探讨了再这两种模式下的定电压控制策略，明确直流微电网运行和控制策略的可行性，进而实现并网、离网以及并、离网切换环境下网络的稳定性和安全性。

关键词：直流微电网；运行；控制；策略

一、直流微电网的架构及运行模式

（一）直流微电网的架构

以图1所示的直流微电网为例，直流微电网主要由光伏发电单元、风力发电模拟单元、储能单元、负荷单元以及双向AC/DC变流器等部件组成。其中光伏发电单元和风力发电模拟单元分别采用DC/DC、AC/DC变换器接入电网，二者均工为了保证输出功率最大化，均作于最大功率点跟踪（MaximumPowerPointTracking，MPPT）方式，只有在某些特定情况下需要降功率运行。储能单元和负荷单元都是通过DC/DC变换器接入电网的，图1中的直流微电网需要的是铅酸蓄电池进行储能，电网并网工作状态下，电池处于放电状态，一旦碰到电网故障以及孤岛运行等情况时，储能单元需要通过作用于DC/DC变换器的形式，维持直流母线电压的稳定性，最大程度保障电网的正常运行。

图1直流微电网的构成架构

（二）直流微电网的运行模式

直流微电网存在并网和离网两种运行模式，其中离网运行模式又称之为孤岛运行，二者的区别在于，并网运行模式下，直流微电网可以通过AC/DC变流器并入主电网，进而实现与主网的能量交换，能够保证微电网的母线电压呈恒定状态，是的直流微电网的稳定性与安全性更高。离网运行模式下，AC/DC变流器处于待机状态，此时由DC/DC变换器储存能源维持电网母线电压。

二、双向AC/AD变换器

图2是双向AC/DC变换器的拓扑结构，结合图2所示构建相应的数学模型：首先建立（a，b，c）的三相静止坐标系，设定k=a，b，c，那么相电压表示为urk。然后根据基尔霍夫电压、电流定律，构建双向AC/DC变换器的数学模型为：

然后根据PARK变换矩阵，将式（1）转化为两相旋转坐标系d-q下的数学模型：

再根据前馈解耦控制解决，引入d、q轴控制方程：

其中，u、e、K以及i分别指代变流器三相桥臂电压矢量、电网电动势、电流环的比例和积分系数以及线电流矢量等内容。结合式（2）与（3）得到如下方程表达式：

图2双向AC/DC变换器的拓扑结构

三、储能双向DC/DC变换器

（一）并网模式

在并网运行模式下，储能双向DC/DC变换器的主要功能在于控制直流母线电压的稳定状态，具体而言就是根据具体的调度命令完成蓄电池的充电和放电控制。充电控制过程如图3所示，主要采用移相PWM控制方法，对VT5、6、7、8施加驱动信号，对VT1、2、3、4则不施加驱动信号。放电过程中需要保证放电的深度和电流，避免出现放电过深或者是电流过大的问题。放电控制应当与微电网直流母线电压的监测工作同步进行，当电池电压达到放电压时停止放电，时刻保证直流母线电压的稳定性。

图3双向DC/DC变换器充电控制策略

（二）离网模式

当采用离网运行模式时，同样从放电和充电控制两个方面进行分析，离网运行模式下，双向DC/DC变换器的放电控制目的、要点以及控制策略与并网模式相同，在此不多赘述。区别在于对双向DC/DC变换器的充电控制，离网运行模式下，双向DC/DC变换器以维持和保障直流母线电压的稳定性为唯一目的，取消三段式充电形式，按照如图4所示的控制策略进行控制。

图4双向DC/DC变换器离网模式下的充电控制策略

四、总结

直流微电网属于发展潜力和空间较大的组网形态，本文以含有光伏发电、储能、负荷、元以及双向AC/DC变流器等部件的直流微电网为研究对象，通过分析并网和孤岛运行两种模式下，双向AC/DC变流器和双向DC/DC变换器的控制策略，明确了直流母线电压恒定对于直流微电网运行的重要性，具有较为广阔的应用前景。

参考文献：

[1]刘家赢，韩肖清，王磊，张鹏，王靖.直流微电网运行控制策略[J].电网技术，2014，38（09）：2356-2362.

[2]王前双，尹昌新，常乾坤，杨涛.直流微电网运行控制策略研究[J].电器与能效管理技术，2017，（03）：34-39.

作者简介：

赵国伟（1975-），男，浙江桐乡人，工程师，从事电力系统及其自动化工作。