交直流混合微电网多种运行方式间切换分析

1 研究背景　　

交直流混合微电网的出现有效克服了单纯交、直流微电网本身具有的局限性，更利于将不同类型的分布式电源、储能装置、负荷整合到配电网中，并且对现有电网的改造程度较小，降低了投资成本。由于交直流混合微电网中同时含有交流微电网和直流微电网，因此，在进行并离网切换过程中，涉及到多个不同类型平衡节点之间的切换控制，相较于单纯交流微电网和直流微电网来说，控制复杂程度大大增加。因此，需要对交直流混合微电网的运行模式切换进行全面而深入的研究。　　

2 研究方法

(1) 混合微电网运行方式分类

与传统的交流微电网和直流微电网的运行方式相比，混合微电网的运行方式更加多样化。根据断路器CB1和CB2的开关状态可将混合微电网的运行方式分为4种，即联合并网、交并直离、联合离网、分别离网，。

 (2) 混合微电网不同运行方式之间的切换关系

本文在分析四种基本运行方式之间的切换时作如下规定：在同一时刻只允许一个断路器（CB）动作，因此，相邻运行方式之间可以经过一步切换，而相对运行方式之间(联合并网与分别离网、交并直离与联合离网)需经过2步切换。不同运行方式之间切换共有12种情况，由此可以看出与单纯交流微电网和直流微电网相比，混合微电网运行方式之间的切换过程变得复杂、多样。

 (3) 运行方式间平滑切换控制逻辑

本文以主从控制结构为例进行切换控制逻辑的设计。主要包括两方面内容：一是交直流混合微电网中平衡节点转移时序设计；二是不同控制策略之间进行切换时控制算法补偿策略设计。

3 论文重点内容

（1）主要创新点

本文以主从控制结构的交直流混合微电网为例，对多种运行方式之间的切换控制策略进行研究。本文的主要贡献如下：

1）定义了交直流混合微电网的四种基本运行方式，并分析了它们之间的切换关系；

2）提出了一种平衡节点转移时序方法，能够实现多种运行方式之间的平滑切换；

3）引入并离网切换时电压/电流参考值补偿算法，解决了V/f控制和PQ控制之间切换时造成PI调节器输出量的突变。

（2）平衡节点转移时序图

（3）通信网络和逻辑电路示意图

4 结论

为验证交直流混合微电网运行方式间的切换策略的正确性，在PSCAD/EMTDC上搭建交直流混合微电网仿真模型进行验证，并记录了切换过程中的电压波形。结果表明：本文设计的平衡节点转移时序以及不同控制策略之间的切换算法，能够实现四种基本运行方式之间的平滑切换。

5 结论

1）本文提出的平衡节点选取和转移时序方法，考虑了控制策略切换和硬开关之间的延迟时间，解决了交直流混合微电网多种运行方式之间切换难的问题，能够实现运行方式之间的平滑切换。

2）针对互联变流器在不同运行方式下所起到的稳定电压和传输功率作用的不同，提出了一种电压-功率控制的方法，实现了多种运行方式下交直流两侧电压稳定控制和功率的平滑传输。

但是本文仍存在一下问题，需进一步研究，如在不同运行方式间切换时，电压、电流仍存在一定的冲击，容易引起继电保护装置的误动作。　　

引文信息

L. H. Jia, Y. Q. Zhu, S. F. Du, and Y. S. Wang, “Analysis of the Transition Between Multiple Operational Modes for Hybrid AC/DC Microgrids,” CSEE Journal of Power and Energy Systems, vol. 4, no. 1, pp. 49–57, March. 2018.

作者简介

贾利虎，于2017年获得华北电力大学工学博士学位。目前就职于国网天津经研院，主要从事电力系统设计、微电网运行与控制等相关领域研究。

朱永强，华北电力大学电气与电子工程学院副教授，于2005年获得清华大学工学博士学位。主要从事微电网运行与控制、新能源发电、电能质量分析等相关领域研究。

杜少飞，于20175年获得华北电力大学工学硕士学位。目前就职于国核电力规划设计院，主要从事电力系统设计、微电网运行于控制等相关领域研究。