1、对等控制微电网结构

对等控制是一种分布式控制方式，其中微电网中的各逆变器在缺乏中央控制单元或通信网络支持的情况下，系统仍能实现自主运行和独立调控。这种运行模式不依赖于集中式控制架构或外部通信链路，而是通过本地控制策略和分布式算法来实现各单元之间的协调配合，确保系统在孤岛状态下仍能维持稳定运行，并完成既定的控制目标。在离网运行中，各逆变器通常采用下垂控制策略。下垂控制通过调节逆变器输出的电压和频率来分担负载，确保电压和频率在一定范围内稳定。在并网运行模式下，逆变器通常采用 PQ 控制策略，通过参考值进行调节逆变器侧的有功和无功输出，来实现与电网的稳定并网。具体来说，逆变器根据设定的功率目标输出相应的有功和无功，以满足电网的负荷需求和电压调节要求。具体结构如下图所示。

当静态转换开关处于断开时，微电网系统运行在离网模式。此时，各种微源通过并联结构的逆变器向公共交流母线的负载供电。微源逆变器的并联结构有比较高的可靠性，在某个分布式电源出现故障时，可以快速将其从系统中隔离，避免影响整个电网的安全稳定运行，同时便于新增分布式电源的灵活接入以及支持系统的动态扩容。在离网模式下，因为逆变器采用下垂控制属于电压源逆变器且系统的惯性比较低，可能会导致逆变器的输出端口处电压出现偏差而引发内部环流。同时，内部的环流也容易使得容量小的微源因过载保护机制而退出运行。因此，离网运行模式下微电网的核心控制目标在于消除微源并联逆变器间的环流效应，需确保各逆变器的输出功率与其额定容量成比例分配，从而保障系统的协调运行与动态平衡。

在各微源并联逆变器正常离网工作的状态下，可以通过下垂特性使得各逆变器按照其微源的容量进行比例分配。某文献提出了一种将模糊控制与下垂控制相结合，通过动态调节下垂系数实现多子网功率均衡分配，进而抑制微电网内部环流。另篇文献也提出了一种无通信依赖的自适应虚拟阻抗下垂控制方法，该方法在维持电压与频率稳定的同时，实现了多逆变器输出功率按额定容量比例精准分配，从而保障了逆变器的均流能力。

当微电网处于并网运行模式时，各逆变器采用 PQ 控制，以电流源形式接入电网。其输出电压受主网电压钳位，控制器基于预设功率指令生成电流环参考信号。文献提出了一种融合范德波尔虚拟振荡器(VOC)与 PQ 控制的协同控制框架。该策略在维持分布式电源动态调节能力的同时，通过 VOC 的相位同步特性与 PQ 控制的功率跟踪能力协同作用，实现并网/孤岛模式的无扰动切换。文献提出了一种基于反推控制理论的直接 PQ 调控策略，该策略摒弃了传统电流变换环节，设计规避了繁琐的功率解耦运算，实现了电网功率指令的快速精准跟踪。

2、主从控制微电网结构

主从控制微电网因其优异的电能质量和运行稳定性而成为研究热点。其控制结构如图所示。

在离网运行状态下，主从控制结构的主逆变器作为核心单元，采用电压/频率(V/f)控制方法来确保母线电压的稳定。作为系统的主导节点，主逆变器通过本地采集的电压和频率数据，动态调整输出，以维持微电网的电压幅值和频率在允许范围内，从而为负载提供高质量的电能。同时，从逆变器基于主逆变发出的电流指令或本地负荷情况，执行功率控制策略，实现精确的功率分配与平衡，以抑制微网内的环流。

相比于采用对等控制结构，主从控制策略在微电网系统中展现出优越的均流特性，其控制机制和原理相对简单，因而在实际工程应用中获得了广泛采用。文献设计了一种自适应重配置主从式控制系统架构。在负载发生变动的情况下，该系统能够基于各分布式电源的运行特征值进行实时判断，动态确定核心控制单元。文献提出一种基于复合控制的改进型 V/f 控制策略，有效提升了微源波动、负载突变等复杂工况下的电压输出特性，并兼具动态响应速度与鲁棒性优势。文献提出了一种自适应功率分配主从控制策略，旨在降低沼气-光储离网微电网对主分布式电源的依赖度，维持主电源的荷电状态，进而提升系统可靠性。

当系统处于并网运行模式时，主从逆变器均采用 PQ 控制方案，以电流源模式实现与电网的并联接入。根据并网电流中谐波含量与系统功率调度指令变化关系,设计了一种根据并网电流谐波含量变化的自适应虚拟谐波阻抗控制策略，系统的并网电流谐波抑制效果得到明显提升。某文献提出了一种基于降阶矢量比例积分(PI)控制的谐波滤除策略，根据传递函数的电流谐波响应值，实现谐波滤除，有效抑制了并网电流中的低次谐波。电流源型并网控制策略因其优异的并网电流调控性能及良好的动态响应特性与系统稳定性，在电力电子领域得到了广泛应用。然而，该策略存在一定的局限性，即无法实现离网独立运行。当电网支撑缺失时，采用电流源型并网的逆变装置易发生控制失稳现象。

在微网离网运行时，系统中的主逆变器作为电压源逆变器，为微电网提供电压和频率支撑，而从逆变器则作为电流源形式存在，为微电网进行功率分配和调控。文献提出了一种基于极点配置的状态反馈控制加重复控制策略，通过极点配置优化动态响应，利用重复控制消除周期扰动，实现电压精准跟踪，显著降低了输出电压的稳态误差与谐波含量。文献提出了一种基于双序坐标系的统一控制策略，通过引入负序电压支路和陷波器，有效滤除正负序电压中的二倍频交流分量，从而克服传统单序控制在输出电压平衡性方面的不足，实现了输出电压的稳定与平衡。文献提出了一种附加电流控制器与电压保持器协同的控制策略。在并网模式下，附加的电流环与电感电流环协同作用，共同调节并网电流；而在孤岛模式下，附加电流环停止工作，电压控制器作为外环与电感电流内环配合，确保输出电压的稳定。在孤岛检测阶段，电压控制器充当保持器，维持输出电压，防止电压超限，从而保障微电网运行的稳定性。文献在传统预同步控制的基础上，利用 simplex 算法优化相差环的 PI 参数，既兼顾了并网预同步调节过程的快速性，也能够在频率调节过程中抑制频率越。但此方案没有考虑预同步过程中，频率波动引起微电网的电压波动，且算法较为复杂。

3、微电网结构中对等控制和主从控制对比

综上所述，在采用对等控制结构的微电网系统中，虽然采用下垂控制可以抑制微网的内部环流且无需增添通讯线路，同时并联相对独立的逆变器控制结构，有助于微电网的扩展以及提高微电网的灵活性。然而，该研究方向仍处于理论探索的初级阶段，诸多关键技术难题亟待解决，包括逆变器运行稳定性评估、功率均衡调控机制、电压动态恢复特性以及功率耦合效应等核心问题。同时，控制系统架构设计面临着较高的技术复杂性，多分布式电源并联运行的协调控制难度较大，易引发系统不稳定。本研究确定采用主从控制架构作为微电网的控制方案，其中光伏发电单元作为从属单元，在系统运行期间从逆变器持续采用 PQ 控制策略，而储能系统的主逆变器则是由为微电网的运行状态而决定采用 V/f 控制还是下垂控制。本文主要是对储能逆变器的离并网平滑切换策略进行研究。

内容源于《基于主从控制结构的微电网离/并网无缝切换技术研究》论文-覃炎

来源：新能源时代

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