微電網(wǎng)是發(fā)揮分布式能源（Distributed Energy Resource, DER）效能的有效方式之一。隨著微電網(wǎng)技術(shù)的不斷深入和發(fā)展，以電力電子變壓器（Power Electronic Transformer, PET）為核心的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)被相繼提出，并受到廣泛關(guān)注。

這類微電網(wǎng)中，通常將DER、蓄電池等儲(chǔ)能裝置以及本地負(fù)荷通過電力電子變壓器提供的低壓交流接口接入主電網(wǎng)，由PET對(duì)分布式電能就地消納后盈缺的功率進(jìn)行傳輸與管理，完成功率流的主動(dòng)調(diào)控、電能質(zhì)量調(diào)節(jié)等功能。

基于電力電子變換的PET可將主電網(wǎng)和微電網(wǎng)隔離開，徹底改善微電網(wǎng)的電能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)電壓頻率的局域自治，并對(duì)上一級(jí)電網(wǎng)予以支撐。由于DER出力具有隨機(jī)性和波動(dòng)性，為了提高微電網(wǎng)的運(yùn)行性能，通常將儲(chǔ)能作為平抑功率波動(dòng)的能量緩沖裝置，與風(fēng)光等DER聯(lián)合供電，而如何對(duì)PET、分布式能源及相關(guān)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)控制成為亟待解決的問題。

一方面，希望PET作為微電網(wǎng)與主電網(wǎng)能量的交互接口，能夠平滑其傳輸?shù)墓β?，提升主電網(wǎng)對(duì)間歇性分布式電能的消納能力；另一方面，在利用儲(chǔ)能單元的快速充放電能力抑制由于凈負(fù)荷擾動(dòng)導(dǎo)致的微電網(wǎng)頻率波動(dòng)的同時(shí)，需要進(jìn)行合理調(diào)度，保證儲(chǔ)能荷電狀態(tài)（State of Charge, SOC）處于正常工作區(qū)域；再者，當(dāng)PET或儲(chǔ)能裝置故障檢修時(shí)，其協(xié)調(diào)控制還應(yīng)盡可能為本地重要負(fù)荷提供連續(xù)、平穩(wěn)、可靠的電力供應(yīng)。

由于PET直流環(huán)節(jié)的隔離作用，微電網(wǎng)相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的弱電網(wǎng)系統(tǒng)，目前研究中，獨(dú)立微電網(wǎng)的系統(tǒng)控制策略大致可分為主從控制和對(duì)等控制。主從控制下，通常將PET輸出電壓控制為恒壓恒頻源，儲(chǔ)能控制為功率可控的從電流源。

該控制策略下微電網(wǎng)頻率恒定，穩(wěn)定性高，但由于沒有頻率變量作為PET與儲(chǔ)能有功輸出的判斷指標(biāo)，只能通過上層能量管理系統(tǒng)實(shí)施功率分配，控制復(fù)雜且過渡依賴通信。并且當(dāng)PET故障時(shí)，儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換為主電壓源，需要切換控制策略，不利于微電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

對(duì)等控制主要通過下垂或虛擬同步發(fā)電機(jī)（Virtual Synchronous Generator, VSG）技術(shù)實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)[16]提出將PET和儲(chǔ)能的接口變換器采用下垂控制，自動(dòng)根據(jù)下垂系數(shù)參與功率分配。該方案避免了單一主電壓源故障時(shí)的切換問題，然而文中并沒有對(duì)儲(chǔ)能SOC相關(guān)控制進(jìn)行分析，且微電網(wǎng)頻率始終隨DER出力的波動(dòng)而變化。此外，為增強(qiáng)系統(tǒng)的慣性阻尼，降低風(fēng)光波動(dòng)出力對(duì)主電網(wǎng)的沖擊，文獻(xiàn)[17]將VSG技術(shù)融合于PET接口的控制中，但文中并未涉及與儲(chǔ)能的協(xié)調(diào)運(yùn)行。

綜合上述分析，本文提出一種微電網(wǎng)中PET與儲(chǔ)能的協(xié)調(diào)控制策略。利用響應(yīng)迅速的儲(chǔ)能，采用恒壓恒頻控制使微電網(wǎng)電壓頻率穩(wěn)定，PET作為能量樞紐，其低壓交流接口融合VSG控制平滑傳輸功率，并基于弱通信進(jìn)行儲(chǔ)能SOC的調(diào)節(jié)。

通過所提控制策略一方面可以解決微電網(wǎng)頻率波動(dòng)問題，同時(shí)避免儲(chǔ)能的過充或過放；另一方面，當(dāng)PET或儲(chǔ)能故障時(shí)，不需要切換控制策略，保證了微電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。最后，通過仿真和硬件在環(huán)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該控制策略的運(yùn)行效果。

圖1 微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和PET拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖11 RT-LAB硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置

結(jié)論

本文針對(duì)基于電力電子變壓器的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提出一種PET與BESS的協(xié)調(diào)控制策略。闡述和分析了該微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下PET與BESS協(xié)調(diào)運(yùn)行的原理，據(jù)此給出了PET和BESS的具體協(xié)調(diào)控制方法。進(jìn)行了仿真和硬件在環(huán)半實(shí)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到以下結(jié)論：

• 1）BESS采用恒壓恒頻控制將頻率穩(wěn)定在額定值，并能迅速響應(yīng)功率波動(dòng)，保證微電網(wǎng)有功平衡。
• 2）PET維持了儲(chǔ)能容量的穩(wěn)定，并通過調(diào)節(jié)SOCref實(shí)現(xiàn)對(duì)BESS輸出功率的控制，虛擬同步電機(jī)控制使PET接口具備同步電機(jī)的虛擬慣性，保證了微電網(wǎng)與電網(wǎng)功率的“柔性”交換。
• 3）當(dāng)PET或BESS發(fā)生故障時(shí)，微電網(wǎng)能平穩(wěn)切換至故障運(yùn)行，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。