CN107508313B - 一种微电网并离网控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微电网并离网控制方法及装置，所述方法包括：利用分布式控制技术，使微电网中各分布式微源在不同运行模式下均保持同一种控制方式，仅由并离网控制器针对不同运行模式产生相应的修正信号，并将修正信号传送至领导微源，再由领导微源和各跟随微源与各自邻近分布式微源交互信息，实现微电网中分布式微源的一致性输出。本发明能够实现离网模式下功率的精确均分和电压的频率恢复，以及并网模式下根据能量管理分配输出指定的有功和无功功率；同时能够保证并离网模式下分布式微源控制的统一，实现无需重构控制器结构即可进行并网离网的平滑转换。

Description

一种微电网并离网控制方法及装置

技术领域

本发明涉及微电网运行控制技术领域，更具体地，涉及一种微电网并离网控制方法及装置。

背景技术

微电网作为新能源发电的有效载体，能够充分整合利用各种分布式电源。一般来说，微电网包含各种形式的微源、能量转换装置、储能、保护装置以及各种检测设备，是能够实现自我运行、自我保护和自我控制的小型电力***，微电网有并网运行和离网运行两种运行方式。

在正常情况下，微电网与大电网之间并联运行，当微电网能量充足时可以向大电网提供有功功率和无功功率，当微电网能量不足时，微电网可从大电网吸收有功功率和无功功率。但当大电网发生故障或者是大电网的电能质量不能满足微电网的需求时，为了保证微电网内重要负荷的供电可靠性以及整个电网的稳定性，微电网需要快速、准确地从大电网切出，即从并网运行模式转为离网运行模式。

当大电网故障解除，***恢复后，又需要重新将微电网并入大电网中。这种微电网并网和离网模式的切换往往会导致其电压和电流有一个较大的冲击，对电网、用电器和电力变换装置均产生不利的影响，甚至有可能会造成重要负荷的断电。因此，并网和离网两种运行模式之间的无缝切换是微电网技术能够广泛应用、提高用电设备的供电可靠性的重要保证。由于并网和离网情况下的控制目的不同，不同运行模式之间的切换过程中，分布式微源的控制策略对于能否平滑过渡至关重要。

目前大多数的微电网切换的控制方法基本思路主要为四类：第一类是采用电流源与电压源切换的双模式控制策略，在并网时采用电流型控制，有较好的并网性能，在离网时采用电压型控制，用于支撑***电压和频率；第二类是基于下垂控制的模式切换策略，并网和离网均采用下垂控制，在模式切换过程中只需要修改一些参数或功率参考值，控制结构基本不变；第三类是基于虚拟同步发电机的控制策略，这种方法将传统同步发电机的电磁方程和机械方程引入逆变器的控制中，由虚拟同步发电机的电压源外特性，使得该控制可以用于并离网控制；第四类是无需孤岛检测的并离网统一控制策略，通过采集电网电压和负荷电流，通过控制器实现统一控制策略。

但是对于含有高渗透分布式微源的微电网而言，其具有微源数量多，微源分布位置分散，集中通信困难等特征。采用上述第一类方法需要改变控制器的结构，并且严重依赖孤岛检测，易产生电压电流突变；采用第二类方法在并网时易受到电网电流波动的影响，控制精度低；采用第三类方法需要改变功率参考值，多台并联时不能保证无功功率均分；第四类方法只适用于单个DG并网，不适合多分布式微源的微电网结构。因此上述方法均不能很好地实现含有高渗透分布式微源的微电网运行模式的无缝切换，针对解决含有高渗透分布式微电网的并离网无缝切换及统一控制策略等问题还面临着许多的挑战。

发明内容

为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明提供一种微电网并离网控制方法及装置，以到达对于含有高渗透分布式电源的微电网，无需改变控制器结构即可实现电网运行模式的平滑切换的目的。

一方面，本发明提供一种微电网并离网控制方法，所述微电网包括至少三个并联连接的分布式微源，所述方法包括：S1，获取所述微电网的运行模式，并基于所述运行模式获取对应的控制修正信号；S2，基于所述控制修正信号，采用分布式控制方式，调节所述分布式微源的输出，并基于所述微电网并网点的状态，调整所述微电网的运行模式。

其中，所述分布式微源包括领导微源和跟随微源，所述基于所述控制修正信号，采用分布式控制方式，调节各所述分布式微源的输出的步骤进一步包括：将所述控制修正信号发送至所述领导微源，并控制所述领导微源和所述跟随微源分别与各自邻近的分布式微源进行分布式通信，调节各所述分布式微源的一致输出。

其中，所述运行模式至少包括并网运行模式、离网运行模式或离并网运行模式；相应的，所述基于所述运行模式获取对应的控制修正信号的步骤进一步包括：基于所述并网运行模式，获取功率修正信号；或者，基于所述离网运行模式，获取电压频率修正信号；或者，基于所述离并网运行模式，获取主动同步修正信号。

其中，所述基于所述并网运行模式，获取功率修正信号的步骤进一步包括：基于大电网的需要有功功率和需要无功功率，以及所述微电网的实际注入有功功率和实际注入无功功率，跟踪所述并网运行模式的给定值，获取所述功率修正信号。

其中，所述基于所述离网运行模式，获取电压频率修正信号的步骤进一步包括：基于大电网的电压角频率和幅值额定值，以及所述微电网的母线电压角频率和母线电压幅值，跟踪所述离网运行模式的给定值，获取所述电压频率修正信号。

其中，所述基于所述离并网运行模式，获取主动同步修正信号的步骤进一步包括：计算大电网电压瞬时值与所述微电网的并网点电压瞬时值的向量积，以及大电网电压幅值与所述微电网的并网点电压幅值之间的电压幅值误差；基于所述向量积、所述电压幅值误差和所述离并网运行模式的给定值，通过PI控制器获取所述主动同步修正信号。

其中，所述领导微源通过以下步骤选取：基于各所述分布式微源的发电能力和下垂系数，以及各所述分布式微源与所述并网点之间的距离，选取满足设定条件的所述分布式微源作为领导微源。

其中，所述采用分布式控制方式，调节各所述分布式微源的输出的步骤进一步包括：控制所述领导微源，以使所述领导微源基于所述控制修正信号调节自身的输出频率和并网点电压；基于一致性协议，控制调节无功功率均分，以及所述跟随微源的输出频率。

其中，所述基于所述微电网并网点的状态，调整所述微电网的运行模式的步骤进一步包括：离网运行模式下启动主动同步算法，若判断获知所述并网点的电压满足预设并网标准，控制所述微电网切换到所述并网运行模式；或者，并网运行模式下判断并网点的电压波动情况，若达不到预设并网标准，控制所述微电网切换到所述离网运行模式。

另一方面，本发明提供一种微电网并离网控制装置，包括：至少一个存储器、至少一个处理器、通信接口和总线；所述存储器、所述处理器和所述通信接口通过所述总线完成相互间的通信，所述通信接口用于所述控制装置与数据采集及存储设备通信接口之间的信息传输；所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如如上所述的微电网并离网控制方法。

本发明提供的一种微电网并离网控制方法及装置，通过对微电网中各分布式微源的分布式统一控制，能够实现离网模式下功率的精确均分和电压的频率恢复，以及并网模式下根据能量管理分配输出指定的有功和无功功率；同时能够保证并离网模式下分布式微源控制的统一，实现无需重构控制器结构即可进行并网离网的平滑转换。

附图说明

图1为本发明实施例采用的一种分布式通信的微电网拓扑结构示意图；

图2为本发明实施例一种微电网并离网控制方法流程图；

图3为本发明实施例一种逆变器型微源的功率修正控制框图；

图4为本发明实施例一种获取主动同步修正信号的处理流程图；

图5为本发明实施例一种微源的主动同步修正控制框图；

图6为本发明实施例一种调节分布式微源输出的处理流程图；

图7为本发明实施例分布式并离网控制投入前后频率和电压下垂控制的下垂输出特性波形示意图；

图8为本发明实施例基于分布式控制的微电网并离网统一控制方法的整体控制框图；

图9为本发明实施例另一种微电网并离网控制方法流程图；

图10为本发明实施例微源容量为0-500kVA的微电网并网标准示意图；

图11为本发明实施例一种微电网并离网控制装置的结构框图；

图12为本发明实施例一种微电网仿真模型示意图；

图13为本发明实施例一种分布式微源之间信息交互示意图；

图14为本发明实施例基于分布式控制的并网功率控制仿真波形示意图；

图15为本发明实施例基于分布式控制的离网电压频率控制仿真波形示意图；

图16为本发明实施例基于分布式控制的主动同步控制仿真波形示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

作为本发明实施例的一个方面，本实施例提供一种微电网并离网控制方法。参考图1，为本发明实施例采用的一种分布式通信的微电网拓扑结构示意图，包括：至少三个分布式微源、至少一条母线、负荷、传输线路、并离网开关、控制器和通信网络。各所述分布式微源并联连接，并通过馈电连接接至所述母线，各所述母线之间通过所述传输线路连接。所述微电网并离网控制方法的处理流程参考图2，为本发明实施例一种微电网并离网控制方法流程图，包括：

S1，获取所述微电网的运行模式，并基于所述运行模式获取对应的控制修正信号。

可以理解为，对于不同的微电网的运行状态，控制要求不同，为了不改变控制器的结构，需要根据微电网的运行模式，对应该运行模式的控制要求，输出控制调节信号对各分布式微源进行控制。因此步骤S1中，首先获取微电网的运行模式，即微电网与大电网之间的连接和运行关系，如并网运行模式和离网运行模式。然后根据该运行模式对应的控制要求，由控制器输出相应的控制修正信号，控制各分布式微源。

S2，基于所述控制修正信号，采用分布式控制方式，调节所述分布式微源的输出，并基于所述微电网并网点的状态，调整所述微电网的运行模式。

可以理解为，在上述步骤获取微电网对应当前运行模式的控制修正信号之后，控制器通过分布式控制方式，将该控制修正信号发送至相应分布式微源，并由相应分布式微源基于该控制修正信号进行相应的输出。同时，根据微电网的当前运行模式和并网点的状态参数，控制切换微电网的运行模式。

本发明实施例提供的一种微电网并离网控制方法，通过基于对微电网运行模式的判断，根据运行模式对微电网中各分布式微源进行分布式统一控制，能够保证并离网模式下分布式微源控制的统一，实现无需重构控制器结构即可进行并网离网的平滑转换。

其中可选的，所述分布式微源包括领导微源和跟随微源，所述基于所述控制修正信号，采用分布式控制方式，调节各所述分布式微源的输出的步骤进一步包括：将所述控制修正信号发送至所述领导微源，并控制所述领导微源和所述跟随微源分别与各自邻近的分布式微源进行分布式通信，调节各所述分布式微源的一致输出。

在一个实施例中，所述领导微源通过以下步骤选取：基于各所述分布式微源的发电能力和下垂系数，以及各所述分布式微源与所述并网点之间的距离，选取满足设定条件的所述分布式微源作为领导微源。

可以理解为，对于图1中的分布式微源，综合每个分布式微源的发电能力、下垂系数和每个分布式微源与并网点之间的距离，从所有分布式微源中选取作为“领导者”的领导微源和作为“跟随者”的跟随微源，选取领导微源的原则包括：选取所有分布式微源中发电能力较强、下垂系数较小且与并网点距离较近的分布式微源作为领导微源。发电能力强则下垂系数小，因此只需综合计算各分布式微源的发电能力和与并网点的距离。例如计算每个分布式微源发电能力数值和与并网点的距离数值的比值，选取比值大的分布式微源作为领导微源。

在选取了领导微源的基础上，控制器产生的并离网调节控制信号仅传输给领导微源，领导微源与处于其邻近位置的分布式微源共享信息，跟随微源也和其邻近位置的分布式微源进行分布式通信，最终使得微电网中分布式微源具有一致性行为，即所述分布式微源的电压、频率和领导微源趋于一致。通过控制器控制领导微源，从而调整微电网中各分布式微源的输出特性，实现分布式微源的并离网调节控制。

本发明实施例提供的一种微电网并离网控制方法，通过采用分布式协同控制策略解决微电网运行模式切换中的统一控制问题，利用稀疏通信，实现只有领导微源获取控制器发送的控制修正信号，每个分布式微源只需获取邻近分布式微源信息，***可靠性高，通信线路短，能够节约投资和运行成本。

其中可选的，所述运行模式至少包括并网运行模式、离网运行模式或离并网运行模式；相应的，所述基于所述运行模式获取对应的控制修正信号的步骤进一步包括：基于所述并网运行模式，获取功率修正信号；或者，基于所述离网运行模式，获取电压频率修正信号；或者，基于所述离并网运行模式，获取主动同步修正信号。

可以理解为，对于微电网的不同运行模式，具有不同的控制需求，根据不同的控制需求，获取不同的控制修正信号。一般情况下，微电网与大电网之间并联连接，处于并网运行模式；在大电网出现故障等特殊情况时，微电网与大电网断开连接，微电网处于离网运行模式；在大电网恢复正常之后，微电网需根据需要重新并入大电网，微电网处于离并网运行模式。

相应的，根据上述三种不同的运行模式，根据各运行模式的控制需求，控制器输出不同的控制修正信号。具体为，在并网运行模式下，控制器根据并网运行需求，输出功率修正信号；在离网运行模式下，控制器根据离网运行需求，输出电压频率修正信号；在离并网运行模式下，控制器根据离并网运行需求，输出主动同步修正信号。

本发明实施例提供的一种微电网并离网控制方法，通过对微电网运行模式的区分，对应不同运行模式，输出相应的控制修正信号，能够自适应不同运行模式，进行分布式统一控制，控制准确可靠。

其中可选的，所述基于所述并网运行模式，获取功率修正信号的步骤进一步包括：基于大电网的需要有功功率和需要无功功率，以及所述微电网的实际注入有功功率和实际注入无功功率，跟踪所述并网运行模式的给定值，获取所述功率修正信号。

可以理解为，一般情况下，微电网与大电网之间的运行模式为并网运行模式。在该运行模式下，设微电网有多余的能量流向大电网。为了实现并网点功率可控，控制器可根据大电网的需要有功功率和需要无功功率，同时在并网点处采集微电网注入的实际功率，或通过采集并网点的电压和流入大电网的电流，计算微电网注入大电网的实际有功功率和实际无功功率，再基于此对该运行模式下的给定值进行跟踪，得出功率修正信号。此时的功率修正信号可表示为：

其中，Δω^*和ΔV^*分别表示修正频率和修正电压，P^*和Q^*分别表示输出大电网有功功率参考和无功功率参考，P_g和Q_g分别表示微电网流向大电网的实际有功功率和实际无功功率，k_ps和k_is表示有功功率控制比例积分系数，k_pvs和k_ivs表示无功功率控制比例积分系数。

稳态时，PI控制器输入为0，此时P_g＝P^*，Q_g＝Q^*，有功功率和无功功率均按给定值输出。并网运行模式下对分布式微源的控制参考图3，为本发明实施例一种逆变器型微源的功率修正控制框图，由图3可见，其中包含功率控制环、电压电流控制环。

本发明实施例提供的一种微电网并离网控制方法，通过获取微电网实际输出功率和大电网的需要功率，通过控制器控制输出功率修正信号，实现对微电网的分布式控制，及各分布式微源控制策略的统一。

其中可选的，所述基于所述离网运行模式，获取电压频率修正信号的步骤进一步包括：基于大电网的电压角频率和幅值额定值，以及所述微电网的母线电压角频率和母线电压幅值，跟踪所述离网运行模式的给定值，获取所述电压频率修正信号。

可以理解为，当大电网发生故障或者电压电能质量不能满足负荷要求时，微电网应该快速，准确地与大电网断开，运行于离网运行模式。此时微电网的控制目标应当是为***提供电压频率支撑并且合理地均分负载。而一般的下垂控制会导致电压频率的偏移，为了保证母线电压的电能质量，并且进行功率均分控制，控制器产生电压频率修正信号，电压频率修正信号可表示为：

其中，Δω^*和ΔV^*分别表示修正频率和修正电压，ω_n和V_n分别表示大电网的电压角频率和电压幅值额定值，数值为314rads和311V，ω和V分别表示微电网***母线的电压角频率和电压幅值，k_ps和k_is分别表示微电网频率恢复控制比例积分系数，k_pvs和k_ivs表示微电网电压恢复控制比例积分系数。

稳态时，PI控制器输入为0，ω＝ω_n，V＝V_n，k_QjQ_j＝k_QiQ，电压、频率恢复到额定值，同时功率按比例均分。

本发明实施例提供的一种微电网并离网控制方法，基于大电网的电压频率和电压幅值，以及微电网母线的电压频率和电压幅值，实现微电网离网运行模式下，对微电网的统一控制，实现频率和电压的恢复，并能够维持功率的均分。

其中可选的，所述基于所述离并网运行模式，获取主动同步修正信号的进一步处理步骤参考图4，为本发明实施例一种获取主动同步修正信号的处理流程图，包括：S11，计算大电网电压瞬时值与所述微电网的并网点电压瞬时值的向量积，以及大电网电压幅值与所述微电网的并网点电压幅值之间的电压幅值误差；S12，基于所述向量积、所述电压幅值误差和所述离并网运行模式的给定值，通过PI控制器获取所述主动同步修正信号。

可以理解为，在离网运行模式下，当大电网电压恢复正常以后，为了使微电网并网点电压能够与大电网电压的幅值、频率和相位达到一致，控制器产生主动同步修正信号。由于电压向量积可以同时反映电压的频率和相角偏差，由此步骤S11中，基于大电网电压和并网点电压的瞬时值，计算大电网电压与并网点电压的瞬时值向量积，同时计算两者电压幅值之间的误差，即：

按下式计算电压矢量向量积：

e_θ＝-v_gαv_cβ+v_gβv_cα；

按下式计算电压幅值误差：

其中，e_θ和e_U分别表示大电网电压和并网点电压的电压矢量向量积和电压幅值误差，v_gα和v_cα分别表示大电网电压和并网点电压α轴分量，v_gβ和v_cβ分别表示大电网电压和并网点电压β轴分量。

对于步骤S12，可以理解为，在上述步骤通过计算获得大电网电压和并网点电压的电压矢量向量积和电压幅值误差之后，基于该电压矢量向量积和电压幅值误差，通过同一个PI调解器调节主动同步修正信号，即调节并网点的电压、频率和相角。

参考图5，为本发明实施例一种微源的主动同步修正控制框图。图5中基于e_θ和e_U，分别采用PI控制器产生同步修正信号和

其中，和分别表示主动同步频率修正信号和主动同步电压修正信号，k_ps和k_is分别表示PI控制器的频率相位比例系数和积分系数，k_pvs和k_ivs分别为PI控制器的幅值比例系数和积分系数，v_gα和v_cα分别表示大电网电压和并网点电压α轴分量，v_gβ和v_cβ分别表示大电网电压和并网点电压β轴分量，s表示拉普拉斯算子。

本发明实施例提供的一种微电网并离网控制方法，通过对大电网电压和微电网电压求向量积运算，输出同步修正信号，基于该修正信号，实现对微电网的分布式控制，能够保证微电网在不同模式之间的平滑切换。

其中可选的，所述采用分布式控制方式，调节各所述分布式微源的输出的进一步处理步骤参考图6，为本发明实施例一种调节分布式微源输出的处理流程图，包括：S21，控制所述领导微源，以使所述领导微源基于所述控制修正信号调节自身的输出频率和并网点电压；S22，基于一致性协议，控制调节无功功率均分，以及所述跟随微源的输出频率。可以理解为，分布式协同控制问题一般分为两类：无领导的趋同控制问题，即一致性问题，以及带有领导者的分布式跟踪问题。离网运行模式下的微电网中，所有分布式微源均有相同的稳态值，属于趋同控制问题；并离网统一控制方法中，通过控制器产生控制修正信号给领导微源，其他分布式微源跟随领导微源，属于分布式跟踪问题。

微电网通信拓扑一般采用拓扑结构图来描述，将一个分布式微源视为一个节点，用图G(ν,ε,A)来表示节点之间的信息交换关系。G(ν,ε,A)由非空有限的节点集合ν＝{1,2,…,n}、边集以及邻接矩阵A＝[a_ij]∈R×R表示。本发明实施例中定义节点(i,j)∈ν表示节点i从节点j接收信息，对于任意(i,j)∈ν，a_ij≥0，且如果(i,j)∈ν，则有(j,i)∈ν，此时a_ij＝a_ji。

并离网统一控制方法中，采用分布式协同控制调整电压频率相位，其控制方程为：

其中，w_k表示第k个微源的角频率，w^*表示设定的参考角频率，m_k表示第k个微源的频率下垂系数，P_k表示第k个微源实际输出的有功功率，Dw_j和Dw_k分别表示第k个微源的频率控制变量以及与第k个微源邻近微源的频率控制变量，k_w表示正增益系数，a_kj表示通信系数，仅当第j个微源是第k个微源的邻近微源时为1，否则为0，b仅对于领导微源为1，否则为0，表示同步修正信号。

稳态时所有Dw的导数均为0，所有分布式微源的Dw均相等，即保证所有分布式微源具有同样的频率偏移。

并离网统一控制方法中，采用分布式协同控制调整电压幅值，其控制方程为：

其中，V_i表示第i个微源的电压幅值，V^*表示设定的参考电压幅值，n_i表示第i个微源的电压下垂系数，Q_i和Q_j分别表示第i个微源实际输出的无功功率和与第i个微源邻近的微源j的输出无功功率，DV_i表示控制变量，表示同步修正信号，β_i表示领导微源幅值修正信号的增益值，仅对于领导微源大于1，否则为0，b_ij表示分布式微源i和分布式微源j之间的无功功率调节权重，b_ij>0表示分布式微源i从分布式微源j接收无功功率信息，k_Qj和k_Qi分别表示分布式微源j和分布式微源i的无功功率均分控制系数，k_v表示正增益系数。

对于领导微源，b_k>0且b_kj＝0，领导微源负责调节并网点电压。对于跟随微源，b_i＝0且b_ij＝1，其他分布式微源控制无功功率均分，间接调节输出电压。

参考图7，为本发明实施例分布式并离网控制投入前后频率和电压下垂控制的下垂输出特性波形示意图，其中图7(a)为本发明实施例并离网控制投入前后P-ω下垂控制的下垂输出特性波形示意图。由图7(a)可见，分布式并离网控制将所有分布式微源曲线抬升相同的值，直到微电网输出电压角频率与大电网一致。

图7(b)为本发明实施例并离网控制投入前后Q-V下垂控制的下垂输出特性波形示意图，由图7(b)可见，仅采用传统下垂控制无法保证无功功率均分，启动分布式控制后不仅可以进行电压恢复，使得微电网并网母线电压与大电网同步，同时保证无功功率按比例分配。

本发明实施例提供的一种微电网并离网控制方法，通过采用分布式并离网控制，不仅达到无功功率按比例分配，而且保证并网点电压幅值与大电网电压同步。

根据上述实施例，所述基于所述微电网并网点的状态，调整所述微电网的运行模式的步骤进一步包括：离网运行模式下启动主动同步算法，若判断获知所述并网点的电压满足预设并网标准，控制所述微电网切换到所述并网运行模式；或者，并网运行模式下判断并网点的电压波动情况，若达不到预设并网标准，控制所述微电网切换到所述离网运行模式。

可以理解为，基于上述实施例，参考图8，为本发明实施例基于分布式控制的微电网并离网统一控制方法的整体控制框图。主要包括物理连接层、网络层以及控制层。参考图9，为本发明实施例另一种微电网并离网控制方法流程图，其中：

当***正常运行时，微电网并网运行，此时控制器产生并网功率控制修正信号，将控制修正信号传递给领导微源，通过建立的一致性协议，各分布式微源之间形成领导-跟随关系，最终使得并网点输入到大电网的有功功率和无功功率得到控制。

当大电网发生故障或大电网电能质量不满足负荷要求的时候，微电网运行于离网模式，该模式下控制器产生电压频率修正信号，通过将控制修正信号传递给领导微源，通过建立的一致性协议，各分布式微源之间形成领导-跟随关系，最终使得电压、频率得到恢复，并且无功功率得到均分。

当大电网电压恢复后，控制器检测大电网电压v_g和并网点电压v_c，即并网开关两端电压，通过同步算法产生主动同步修正信号和这些信号仅传送给领导微源，通过建立的一致性协议，各分布式微源之间形成领导-跟随关系，通过改变自身输出电压来调节并网点电压，最终使得v_c＝v_g。

当并网点电压满足微电网并网标准时，同步控制器发出命令，使并网开关自动闭合，微电网由离网运行模式切换至并网运行模式，由于逆变器型微源响应速度快、低惯性且过载能力差，为了避免大的电流冲击，达到平滑并网，微电网需要更加严格的并网标准。

本实施例采用的并网标准参考图10，为本发明实施例微源容量为0-500kVA的微电网并网标准示意图。图10中标准对并网开关两端的频率差、电压幅值差和相角差做出严格的限制。

本发明实施例提供的一种微电网并离网控制方法，在不同的运行模式以及不同运行模式的切换过程中，控制器的结构不发生变化，仅仅通过改变控制器产生的控制修正信号来实现微电网的并离网统一控制策略下的平滑切换。

作为本发明实施例的另一个方面，本实施例提供一种微电网并离网控制装置，参考图11，为本发明实施例一种微电网并离网控制装置的结构框图，包括：至少一个存储器1、至少一个处理器2、通信接口3和总线4。

其中，存储器1、处理器2和通信接口3通过总线4完成相互间的通信，通信接口3用于所述控制装置与数据采集及存储设备通信接口之间的信息传输；存储器1中存储有可在处理器2上运行的计算机程序，处理器2执行所述程序时实现如上述实施例所述的微电网并离网控制方法。

可以理解为，所述的微电网并离网控制装置中至少包含存储器1、处理器2、通信接口3和总线4，且存储器1、处理器2和通信接口3通过总线4形成相互之间的通信连接，并可完成相互间的通信。

通信接口3实现控制装置与数据采集及存储设备通信接口之间的通信连接，并可完成相互间信息传输，如通过通信接口3实现对大电网状态数据的获取等。

控制装置运行时，处理器2调用存储器1中的程序指令，以执行上述各控制方法实施例所提供的控制方法处理流程，例如包括：获取所述微电网的运行模式，并基于所述运行模式获取对应的控制修正信号；基于所述控制修正信号，采用分布式控制方式，调节所述分布式微源的输出，并基于所述微电网并网点的状态，调整所述微电网的运行模式。以及控制所述领导微源，以使所述领导微源基于所述控制修正信号调节自身的输出频率和并网点电压等。

本发明另一个实施例中，提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如上述实施例所述的微电网并离网控制方法。

可以理解为，实现上述控制方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的微电网并离网控制装置的实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，既可以位于一个地方，或者也可以分布到不同网络单元上。可以根据实际需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解，各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROMRAM、磁碟、光盘等，包括若干指令，用以使得一台计算机设备(如个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行上述各控制方法实施例或者控制方法实施例的某些部分所述的方法。

本发明实施例提供的一种微电网并离网控制装置和一种非暂态计算机可读存储介质，通过对微电网中各分布式微源的分布式统一控制，能够实现离网模式下功率的精确均分和电压的频率恢复，以及并网模式下根据能量管理分配输出指定的有功和无功功率；同时能够保证并离网模式下分布式微源控制的统一，实现无需重构控制器结构即可进行并网离网的平滑转换。

本发明实施例根据上述实施例的控制方法和控制装置进行了仿真实验，具体仿真过程和仿真效果如下：

参考图12，为本发明实施例一种微电网仿真模型示意图，包括4个容量相同的分布式微源，本地负载和公共负载，线路阻抗，并网开关。分布式微源包括领导微源，接收同步控制信号，所有分布式微源与其邻近分布式微源交互信息。以通信矩阵的形式表示微电网中各分布式微源之间的通信关系，通信矩阵A＝[a_ij]和B＝[b_ij]分别表示为：

参考图13，为本发明实施例一种分布式微源之间信息交互示意图，图中1至4为四个分布式微源，各分布式微源之间均能相互通信。

为了验证在离网运行模式下控制装置的控制效果，在t＝0s时指定大电网需要有功功率P^*为5kW，大电网需要无功功率Q^*为2kVar；在t＝0.5s时改变大电网需要功率，即P^*和Q^*分别改为10kW和3kVar。各分布式微源的本地有功负载和无功负载分别均为1kW和1kVar，公共负载为4kW和3kVar。仿真结果参考图14，为本发明实施例基于分布式控制的并网功率控制仿真波形示意图。

图14(a)和图14(b)分别为本发明实施例流向大电网的有功功率和无功功率仿真波形示意图。由图14可见，t＝0～0.5s时段，输出到大电网的有功功率Pg＝5kW，无功功率Qg＝2kVar；t＝0.5s～1s时段，输出到大电网的有功功率Pg＝10kW，无功功率Qg＝3kVar。可见微电网的有功功率和无功功率均可以快速准确地跟踪大电网的需求。因此，所提出的控制方法提高了功率控制精度，从而实现了并网模式下并网点功率的有效控制。

为了验证本发明实施例的控制方法在离网运行模式下的功率均分和电压频率恢复的有效性，仿真过程中给出与传统下垂控制策略的对比分析。在t＝0s时，各分布式微源采用传统下垂控制；在t＝1s时，启动本发明实施例提供的分布式控制。仿真结果参考图15，为本发明实施例基于分布式控制的离网电压频率控制仿真波形示意图。

图15(a)和图15(b)分别为本发明实施例微电网的频率和并网点电压幅值的仿真波形示意图。由图15(a)和图15(b)可见，采用传统下垂控制策略时，微电网频率和电压分别为50.2Hz和322V，偏离额定值；采用本发明实施例提出的分布式控制方法时，微电网的频率和电压幅值恢复到额定值50Hz和311V。

图15(c)和图15(d)分别为本发明实施例分布式微源输出的有功功率和无功功率仿真波形。由图15(c)和图15(d)可见，传统下垂控制策略无法保证无功功率的均分，在t＝1s后各分布式微源输出的有功功率和无功功率均相等。由此可见，本发明实施例提供的分布式控制方法不仅能进行微电网电压和频率恢复，而且能够提高微电网***的功率均分精度。

对于由离网运行模式切换至并网运行模式，t＝0s时，微电网与大电网断开，处于离网运行模式。此时控制器产生电压频率恢复修正信号。t＝1s时，启动主动同步控制，控制器产生主动同步修正信号。当并网点电压和大电网电压频率差、相角差和电压幅值差达到微电网并网标准时，并网开关闭合，实现微电网由离网运行模式至并网运行模式的切换。仿真波形参考图16，为本发明实施例基于分布式控制的主动同步控制仿真波形示意图。

由图16可见，启动主动同步控制后，并网点和大电网瞬时电压差Dv逐渐减小。当并网点电压频率、相角和电压幅值满足如图9所示的微电网并网标准时，控制闭合并网开关。由图16(d)-(h)可见，并网电流冲击比较小，达到了平滑切换；由图16(a)-(c)可见，本发明实施例提供的同步控制不仅可以恢复微电网的并网点电压和频率，而且可以保证无功功率均分。

综上所述，本发明实施例提供的一种微电网并离网控制方法及控制装置，通过对微电网中各分布式微源的分布式统一控制，能够实现离网模式下功率的精确均分和电压的频率恢复，以及并网模式下根据能量管理分配输出指定的有功和无功功率；同时能够保证并离网运行模式下分布式微源控制的统一，实现无需重构控制器结构即可进行并网离网的平滑转换。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种微电网并离网控制方法，其特征在于，所述微电网包括至少三个并联连接的分布式微源，所述方法包括：

S1，获取所述微电网的运行模式，并基于所述运行模式获取对应的控制修正信号；

S2，基于所述控制修正信号，采用分布式控制方式，调节所述分布式微源的输出，并基于所述微电网并网点的状态，调整所述微电网的运行模式；

其中，所述运行模式包括并网运行模式；

相应的，所述基于所述运行模式获取对应的控制修正信号的步骤具体包括：基于所述并网运行模式，获取功率修正信号；

其中，所述基于所述并网运行模式，获取功率修正信号的步骤具体包括：

基于大电网的需要有功功率和需要无功功率，以及所述微电网的实际注入有功功率和实际注入无功功率，跟踪所述并网运行模式的给定值，获取所述功率修正信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分布式微源包括领导微源和跟随微源，所述基于所述控制修正信号，采用分布式控制方式，调节各所述分布式微源的输出的步骤进一步包括：

将所述控制修正信号发送至所述领导微源，并控制所述领导微源和所述跟随微源分别与各自邻近的分布式微源进行分布式通信，调节各所述分布式微源的一致输出。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运行模式还包括离网运行模式或离并网运行模式；

相应的，所述基于所述运行模式获取对应的控制修正信号的步骤进一步包括：

基于所述离网运行模式，获取电压频率修正信号；

或者，基于所述离并网运行模式，获取主动同步修正信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述离网运行模式，获取电压频率修正信号的步骤进一步包括：

基于大电网的电压角频率和幅值额定值，以及所述微电网的母线电压角频率和母线电压幅值，跟踪所述离网运行模式的给定值，获取所述电压频率修正信号。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述离并网运行模式，获取主动同步修正信号的步骤进一步包括：

计算大电网电压瞬时值与所述微电网的并网点电压瞬时值的向量积，以及大电网电压幅值与所述微电网的并网点电压幅值之间的电压幅值误差；

基于所述向量积、所述电压幅值误差和所述离并网运行模式的给定值，通过PI控制器获取所述主动同步修正信号。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述领导微源通过以下步骤选取：

基于各所述分布式微源的发电能力和下垂系数，以及各所述分布式微源与所述并网点之间的距离，选取满足设定条件的所述分布式微源作为领导微源。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用分布式控制方式，调节各所述分布式微源的输出的步骤进一步包括：

控制所述领导微源，以使所述领导微源基于所述控制修正信号调节自身的输出频率和并网点电压；

基于一致性协议，控制调节无功功率均分，以及所述跟随微源的输出频率。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述微电网并网点的状态，调整所述微电网的运行模式的步骤进一步包括：

离网运行模式下启动主动同步算法，若判断获知所述并网点的电压满足预设并网标准，控制所述微电网切换到所述并网运行模式；

或者，并网运行模式下判断并网点的电压波动情况，若达不到预设并网标准，控制所述微电网切换到所述离网运行模式。

9.一种微电网并离网控制装置，其特征在于，包括：至少一个存储器、至少一个处理器、通信接口和总线；

所述存储器、所述处理器和所述通信接口通过所述总线完成相互间的通信，所述通信接口用于所述控制装置与数据采集及存储设备通信接口之间的信息传输；

所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8中任一所述的控制方法。