关键词 微电网，下垂控制，无缝切换，预同步控制
　　1.引言
　　微电网是由和多个单体微组成的供电网络系统，三相逆变器是其中主要的接口单元，基于下垂(droop)控制策略的微电网逆变器，输出呈现电压源的特性，能够为孤岛运行模式下的微电网提供电压和支撑，且易于实现微电源和负荷的即插即用以及微电网运行模式的无缝切换，因此在国内外获得了广泛的研究和应用[1]。
　　微电网孤岛运行时，由于下垂控制作用，其电压会与大电网电压产生偏离，直接重合闸并网可能引起巨大的冲击电流，造成设备损坏，所以微电网并网前，必须考虑采取一定的预同步控制措施，保证微电网电压与大电网电压的同步[2]。文献[3]建立了微电网运行模式切换时刻的数学模型，分析得出并网时刻微电网和大电网两者电压的是导致并网电流冲击的主要原因。文献[4]提出一种基于两相静止坐标系的并网预同步控制方法，但不能直接适用于基于旋转坐标系的微电网下垂控制策略。
　　本文立足于d-q 旋转坐标系，提出了一种基于下垂控制的微电网并网预同步控制策略。通过此控制策略实现微电网电压对大电网电压的追踪与同步，保证了微电网由孤岛运行模式到并网运行模式的无缝切换。本文在分析下垂控制策略原理的基础上，详细介绍了并网预同步控制的实现方法，理论分析和实验结果表明此种预同步控制策略能与下垂控制中基于d-q 坐标系的瞬时功率理论良好的结合，并且具有良好的快速性和稳定性。
　　2.下垂控制策略原理分析
　图1 为微电网中2 台逆变器并联运行的简化原理图。设逆变器1 的输出Zo1&&o1 与连线阻抗Zc1&&c1 之和为Z1&&Z1，逆变器2 的输出阻抗Zo2&&o2与连线阻抗Zc2&&c2 之和为Z2&&Z2。每台逆变器的输出电压为Vn&&n，输出电流为Ion(n=1,2)。微电网母为V&0。IH 为两台逆变器之间的环流[5]。
　　由上述两式分析可得：逆变器n 输出的Pn 主要取决于电压相角&n;Qn 主要取决于逆变器输出电压的幅值Vn。因此就可以通过控制电压相位&n 调节有功功率Pn，控制电压幅值Vn 调节无功功率Qn，由于相位&n 不易检测，通常用角频率&n 代替，即下垂特性：
　　3.并网预同步控制策略
　　本文提出的基于下垂控制的微电网并网预同步控制策略结构如图2 所示。
　　并网预同步控制单元如虚线框中所示：首先通过三相软件锁相环 (SPLL)技术获得电网电压相位&g，角频率&g，幅值Eg，此处所得电网电压信息还可以在系统其它功能算法中获得应用。
　　三相软件锁相环是一个能够自动跟踪输入信号频率与相位的闭环控制系统，其原理如图3 所示，三相电网电压&ga，&gb，&gc 先后经过CLACK 变换和PARK变换得到两相旋转坐标系下的电压&gd 和&gq，其中PAKE 变换使用的参考相位为锁相环的输出相位&g，然后将PARK 变换的q 轴分量&gq 与零参考做PI 调节，PI 调节器的输出角频率与固有角频率&ff(一般取为电网电压额定角频率100&)相加得到输出角频率&g，再经过一个积分环节后即可得到最终的输出相位&g，经过如上所述的负反馈调节，最终得到锁相环输出相位角&g 与输入信号的完全同步，实现对电网电压的精确锁相。
　　在上述电网电压锁相的基础上，微电网电压对电网电压的同步追踪过程如图4 所示。图中&g 和&g 为大电网电压的相位和角频率，& 和& 为微电网母线电压的相位和角频率，&D& 为两者之间的相位差，d-q 坐标系以电网电压角频率&g 旋转。同步追踪过程就是通过调整微电网母线电压的角频率，使微电网母线电压和大电网电压之间的相位差&D& 不断趋向于零。当两者完全实现同步时，应该有&D& 等于零，此时微电网母线电压在q 轴分量上的投影为零，因此可以通过控制&q=0来实现两者的同步。
　　将上述变换得到的q 轴分量&q 与零参考进行PI调节，PI 调节器的输出&sync 即为同步补偿角频率，将此同步补偿角频率与下垂控制的生成的角频率按照式(10)叠加，作为三相逆变器输出电压的参考角频率。
　　此外为防止预同步过程中微电网频率发生剧烈波动，影响电能质量，应对PI 调节器的输出进行限幅。
　　4.仿真及实验结果
　　为验证上文所提并网预同步控制策略的有效性，用MATLAB/Simulink 搭建了微电网仿真模型，模型结构如图2 所示。图5 为仿真结果。图5(a) 为预同步过程中微电网电压和大电网电压的波形图，可以看出两者之间的相位差不断减小，并最终实现同步。图5(b)为并网前后，并网开关处的电流波形，可以看出，在并网预同步控制的作用下，合闸时刻不存在冲击电流。
　　此外，搭建了以TMS320F2812 为控制器的50kVA三相微电网逆变器实验平台。系统实验波形如图6 所示。图6(a)为三相电网电压及其锁相环输出相位波形，可以看出锁相环输出相位在0 到2& 之间变化，并且能准确跟踪电网电压的频率和相位。图6 (b)为微电网电压和大电网电压的相位波形，可以看出追踪同步过程中两者之间的差值不断缩小并最终趋近于0。图6 (c)为微电网和大电网两者的A 波形，由图可见预同步过程中两者相位差不断缩小，并最终实现同步。
　　5.结论
　　为避免微电网并网时，由于微电网电压和大电网电压的不同步导致的并网电流冲击，本文提出的一种基于下垂控制的微电网并网预同步控制策略，通过动态调节逆变器输出电压的同步补偿角频率，实现微电网电压与大网电压的相位同步，保证了微电网由孤岛模式到并网模式的无缝切换，提高了微电网系统的安全性和稳定性。最后，通过仿真和实验验证了控制策略的可行性。
　　参考文献
　　[1] Guerrero J M, Vasquez J, Matas J. Control strategy forflexible mrogrid based on parallel line- interactive UPSsyst [J].IEEE Trans Ind Eleon，):726 &736.
　　[2] 张纯，陈民轴，王振存.微网运行模式无缝切换的控制策略研究[J].电力系统保护与控制，): 1 & 5.
　　[3] M. J. Yang, F. Zhuo, X.W. Wang. Research of SeamlessTransfer Control strategy of microgrid system[A].8thInternational Conference on Power Electronics-EEAsia[C]. The Shilla Jeju Korea， -2066.
　　[4] Juan C. Vasquez, Josep M. Guerrero, Mehdi Savaghebi.Modeling, Analysis, and Design of Stationary RefrenceFrame Droop Control Parallel Three-Phase Voltageource Inverters [J].IEEE Trans on Volume，):1-10.
　　[5] 关雅娟，邬伟扬，郭小强.微电网中三相逆变器孤岛运行控制技术[J].中国电机工程学报，):52&60.
　　作者简介：
　　张中锋(1988-)，男，山东临沂人，硕士，研究方向
　　为功率电子变换技术。
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Supply80kV100kW高压开关电源的设计龚氏五芯柱双六相半波可控整流电路的研究混沌控制EMI的家用高压除尘电源基于DSP的行波管高压电源的设计基于光导开关的固态脉冲功率源及应用研究进展三电极气体开关在LHCD高压电源中的应用研究高储能密度电容器及固态脉冲形成线试验研究基于IGBT的全固态脉冲发生器测试反激式开关电源在低温下的使用大功率恒流源共模扼流圈设计基于虚拟仪器的加速器测控系统设计EAST快控电源控制器升级研究高稳定度阴极直流高压电源固态Marx方波脉冲调制器研制一种模块化多路同步快脉冲触发源设计重频脉冲恒流源研制一种高压脉冲电源的分析450kV数字化闪光照相系统基于光电信号控制触发的四路高压脉冲源带有分布参数的高压反激变换器的拓扑研究龚氏三相全控桥电路及其应用的研究用于PHEV车载蓄电池充电电路的控制方法的研究紧凑型高功率重复频率脉冲电源的高压输出端设计新型单相谐波检测算法在三相四线制有源电力滤波器中的应用激光二极管触发的光导开关-磁开关串联型组合开关研究一种基于光导开关的超快脉冲功率源高压脉冲电容器综合实验平台设计基于高压触发控制的脉冲氙灯电源设计一种100kV 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PSpice仿真模型研究基于灰色模型的锂电池充电方法研究电动汽车电池均衡拓扑及策略研究电动汽车用永磁同步电机弱磁控制策略综述电动车用高效率双向DC-DC变换器的设计电动汽车用永磁同步电机转矩脉动抑制方法综述G2V/V2G模式下电网扰动对电动汽车充电器影响电动汽车用三电平双三相PMSM驱动系统设计3kW车载充电机的研究与实现基于新型四开关逆变器的集成式电动汽车充电器大型停车场直流充电桩输出侧低频纹波分量抑制微型轮驱纯电动汽车能量回馈制动控制技术研究高频链矩阵变换器三三导通方式带无刷电机的原理研究一种数字控制的电动汽车充电机信息系统供电技术: UPS、直流供电、电池管理基于MMC的锂电池管理器研究基于阻抗平衡法的串并联补偿式UPS系统功率潮流分析不平衡及非线性负载下Delta补偿式UPS的控制策略研究基于SimpliciTI 协议的UPS蓄电池组无线监控系统设计数据中心电源解决方案及选型三菱电机数控IGBT/IPM SPWMBoost变流-逆变宇称UPS三菱电机数控IPM SPWM变流-逆变宇称UPS的冗余并机其他基于开绕组永磁同步发电机的三相-单相交流发电系统控制策略研究航空永磁容错发电系统容错恒压控制策略研究一种采用霍尔传感器的永磁电机矢量控制龚氏半桥和全桥双向调节原理基于等效传递函数匹配的非侵入电容电流检测电路的设计与应用风浪干扰下的螺旋桨负载特性仿真分数阶互感及变压器模型的特性分析光伏扬水系统研究现状永磁无刷直流电机低速无位置传感器直接转矩控制策略研究基于滑模观测器的感应电机无速度传感器矢量控制系统研究定、转子极高比对电励磁双凸极电机特性的影响分数阶电路的相量分析法及正弦稳态特性研究一种KPCA-HSSVM混合策略在电力变压器故障诊断中的应用分数阶元件对CCMBuck变换器特性影响固态变压器研究综述基于数字功率计的程控变频电源测试分析飞机电网多通道变频交流信号实时检测技术的研究内嵌式永磁无刷直流电机直接转矩控制性能分析基于蚁群算法的感应电机自抗扰控制策略研究基于行为模型的飞机电源系统建模仿真技术研究无触点自耦调压器