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近年來(lái)，伴隨著微電網(wǎng)的快速發(fā)展，逆變器作為微電網(wǎng)中重要的電力電子變換器，其控制方法對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。一個(gè)穩(wěn)定的微電網(wǎng)系統(tǒng)不僅要求其能夠在并網(wǎng)（Grid-Connected, GC）模式和孤島（Stand-Alone, SA）模式下穩(wěn)定運(yùn)行，而且其需要保證能夠在兩種模式間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，從而確保系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵負(fù)載的供電質(zhì)量。

目前，多逆變器協(xié)調(diào)控制策略主要分為集中控制和分布控制兩類。其中集中控制需要中央控制器和遠(yuǎn)程通信線，當(dāng)微電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模較大，分布式發(fā)電（Distributed Generation, DG）單元分布較分散時(shí)，遠(yuǎn)程通信線會(huì)大幅增加建設(shè)成本并降低系統(tǒng)的可靠性，因此無(wú)通信線的分布控制是目前研究的重點(diǎn)。

分布控制主要包括主從控制與對(duì)等控制。對(duì)于主從控制中主逆變器在并網(wǎng)模式與孤島模式間的無(wú)縫切換策略，學(xué)者們已經(jīng)做了諸多研究。有學(xué)者提出了一種應(yīng)用于光伏-電池儲(chǔ)能的控制策略，其將電流控制與電壓控制相結(jié)合，使得系統(tǒng)可以在電網(wǎng)故障時(shí)平滑地切換到孤島模式運(yùn)行。但是在兩種不同的控制器間切換可能會(huì)使切換受到勵(lì)磁涌流和畸變電壓的影響。

鑒于此，有學(xué)者提出一種基于觀測(cè)器的無(wú)傳感電容電流控制策略，在并網(wǎng)模式下，并網(wǎng)電流外環(huán)與孤島控制結(jié)構(gòu)相結(jié)合，形成了一個(gè)利于模式切換的復(fù)合控制結(jié)構(gòu)。然而，電容電壓的參考值選取依賴于孤島檢測(cè)，在檢測(cè)時(shí)間內(nèi)的供電質(zhì)量無(wú)法得到保證。

對(duì)此，一種間接電流控制策略成為研究熱點(diǎn)，即在并網(wǎng)模式下，并網(wǎng)電流環(huán)作用將逆變器控制為一個(gè)電流源；而在孤島模式中，其會(huì)自動(dòng)飽和切換為電壓控制。但是這種方法對(duì)主逆變器可靠性要求高，整個(gè)系統(tǒng)額定功率大且其中遠(yuǎn)距離設(shè)備供電電壓質(zhì)量較差。對(duì)等控制作為另一種無(wú)需通信的控制方法，同樣存在諸多問(wèn)題。例如，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生波動(dòng)時(shí)，并網(wǎng)電流和電容電壓中均會(huì)存在諧波擾動(dòng)，此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的供電質(zhì)量必然會(huì)受到一定程度的影響。

當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)后，首先應(yīng)對(duì)并網(wǎng)開關(guān)兩側(cè)的電壓進(jìn)行預(yù)同步控制。現(xiàn)有預(yù)同步控制策略大多依賴遠(yuǎn)程通信線獲取電網(wǎng)電壓信息，逆變器據(jù)此來(lái)調(diào)節(jié)自身輸出電壓使其與電網(wǎng)電壓一致。但實(shí)際上，DG單元通常分布較為分散，這大大增加了微電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)成本與難度。

四川大學(xué)電氣工程學(xué)院、西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員郭慧珠、孟鑫、賀明智、劉雪山、劉進(jìn)軍，在2022年第10期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，提出一種具有高電能質(zhì)量且無(wú)需遠(yuǎn)程通信線的微電網(wǎng)平滑切換控制策略。

圖1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（結(jié)構(gòu)）

圖2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（實(shí)物）

微電網(wǎng)主要由多臺(tái)并聯(lián)分布式發(fā)電單元和一臺(tái)預(yù)同步單元構(gòu)成，針對(duì)分布式發(fā)電單元中的接口逆變器提出一種統(tǒng)一并網(wǎng)電流控制結(jié)構(gòu)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

①無(wú)需孤島檢測(cè)便能實(shí)現(xiàn)逆變器并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)電流控制模式和孤島運(yùn)行狀態(tài)電壓控制模式的自動(dòng)切換，以確保負(fù)載供電質(zhì)量；

②所提統(tǒng)一并網(wǎng)電流控制結(jié)構(gòu)能有效抑制并網(wǎng)電流與電容電壓中的諧波；

③當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生波動(dòng)時(shí)，逆變器仍能按照指令值輸出相應(yīng)的有功及無(wú)功功率，并且在并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)無(wú)需鎖相環(huán)或鎖頻環(huán)即可實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)同步。

此外，他們所提出的預(yù)同步單元能夠在不依賴遠(yuǎn)程通信線的情況下實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)電壓與電網(wǎng)電壓的預(yù)同步控制，減小孤島運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)為并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的沖擊電流。研究人員最后對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所提控制策略的有效性和可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提策略可以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)中并聯(lián)逆變器在并網(wǎng)模式與孤島模式間的平滑切換，且能夠保證關(guān)鍵負(fù)載的供電質(zhì)量。

本文編自2022年第10期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“無(wú)通信高電能質(zhì)量的微電網(wǎng)平滑切換控制策略”。本課題得到了四川大學(xué)博士后交叉學(xué)科創(chuàng)新啟動(dòng)基金和四川大學(xué)專職博士后研發(fā)基金的支持。