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user: 3. 微网控制 尽管微网有许多优点，并且是未来智能电网的重要组成部分，但微网与配电网的接口仍存在着很多技术问题 [ 21 ] [ 22 ]。文献 [ 23 ] 讨论了变流器与电网的各种同步技巧，使并网前后逆变器电压与电网电压保持同步，最终使逆变器能够连接到电网上，即使电网电压改变了其频率、相位和振幅，微网和主网之间也能够进行功率交换。分布式电源逆变器与主网的功率分配如图7所示。 图7. 变流器与电网之间的功率分配 分布式电源变流器与电网之间有功功率和无功功率分配如9式所示 [ 24 ]。 Q = V g r i d X s [ E g e n cos ( θ g e n − θ g r i d ) − V g r i d ] (9) 式中， V g r i d 为电网电压； E g e n 是变流器端电压；( θ g e n − θ g r i d )为变流器与电网之间的相角差； X s 是电网电源与变流器之间的线路阻抗。 当变流器与电网之间存在相角差时传递有功功率，无功功率通过调节变流器端电压和电网电压的幅值来控制 [ 25 ]。锁相环(Phase locked loop， PLL)在PCC处检测主网的电压、频率和相位 [ 26 ]，是评估并网逆变器的电网参数的常用方法，具有非线性的特点，在控制微网逆变器电压输出的同时，需要调整锁相环因子以达到合适的性能，以使逆变器电压与电网电压同步。这种特性使其效率低，并且会影响控制器的性能并降低系统的稳定性。 3.1. 锁相环技术 PLL的基本框图如图8所示，相位检测用以确定相角与输入电压之间的变化，再进入环路滤波，利用环路滤波器的输出触发电压控制振荡器(Voltage Controlled Oscillator， VCO)，产生电压相位角。 图8. 锁相环的基本框图 图9为并网逆变器的接线图，其中包括同步单元，实现逆变器与电网的同步。当电网电压改变其频率、相位和幅值时，逆变器可以连接到电网并向电网提供所需的电能。 图9. 并网逆变器结构图 瞬时有功–无功功率理论(PQPLL)和同步参考系锁相环(Synchronous Reference Frame PLL， SRFPLL)是目前最常用的锁相环方法，这些方法通常用来分析谐波含量 [ 27 ]。当电网在初始时刻存在次谐波，此时电网震荡加剧，传统的方式并不适用，从而无法进行电压跟踪。为了克服这一问题，开发了鲁棒PQPLL技术，其原理框图如图10所示。该方法能够在存在谐波、负序不平衡和不平衡次谐波的情况下，连续跟踪电压并同步 [ 27 ]。 图10. PQPLL基本框图 SRFPLL适用于三相系统，其不提供相位、频率和振幅的具体值，而只提供平均值，该方法的主要目的是检测逆变器之间公共耦合点的电压幅值和频率 [ 28 ]，SRFPLL线性化小信号模型框图如图11所示。 当电网系统存在大谐波时，SRFPLL不提供相位信息，进而影响到电网信号响应。另一种方法是增强型锁相环法(Enhanced PLL， EPLL)，它用于提供有关频率和序列组件的必要信息，其框图如图12所示 [ 29 ]。 图11. SRFPLL的线性化小信号模型 图12. SRFPLL的线性化小信号模型 EPLL的状态方程如下式所示 [ 28 ]： A = x 1 ε μ cos φ ω ′ = x 2 ε μ sin φ φ ′ = ω + x 3 sin ω ′ (10) 式中， x 1 、 x 2 、 x 3 为待选取的常数； ε μ 为输入与输出之间的变化。 正弦信号积分器锁相环(Sinusoidal Signal Integrator PLL， SSIPLL)是一种通过确定同步参考系锁相环的正序来估计主网电压的方法。该方法适用于电压畸变、电压不平衡等情况 [ 30 ]，其框图如图13所示。锁相环及其改进方法是实现电网同步的常用方式，通过引入相位跟踪来提高估计精度和速度，但这种方式对谐波干扰和不确定性比较敏感，实际应用效果有待提高。对各类锁相环技术的比较如表1所示。 图13. SSIPLL基本框图 Table 1 Compare of PLL technolog 方式 特点 瞬时有功–无功功率理论同步参考系锁相环 传统锁相环技术，通常用来分析谐波含量，初始时刻存在次谐波， 此时电网震荡加剧，传统的方式并不适用 鲁棒瞬时有功–无功功率法 能够在存在谐波、负序不平衡和不平衡次谐波的情况下，连续跟踪电压并同步 正弦信号积分器锁相环 适用于电压畸变、电压不平衡等 增强型锁相环法 提供有关频率和序列组件的必要信息 表1. 锁相环技术的比较 3.2. 微网的协调控制策略 目前，微网的协调控制一般分为主从控制、分散控制和分层控制三种 [ 31 ]，其中以中央控制器为核心的分层控制是较为主流的控制方式。集中控制策略的优势在于能够在线优化输入参数、运行设定值、约束、网络参数和信息来预测和预防故障 [ 32 ]，而相对的分散式控制允许以分布式和本地的方式进行决策，拥有即插即用的潜能。在集中式控制策略中，中央控制器与本地控制器之间的通信至关重要，而分散式控制的趋势是开发位于本地控制器的第二级控制，使用本地测量数据来调节分布式单元而不是依赖于远程中央控制器的控制动作 [ 33 ]。 文献 [ 34 ] 针对孤岛模式下的直流微网，采用状态反馈的方案提出了一种新的鲁棒集中式控制器，所设计的控制器对分布式发电机组的参数不确定具有鲁棒性，并能衰减外部干扰，但设计的控制器仅针对直流微网，对用于交流微网中的性能没有进行研究且并未考虑控制器时延的影响。并网逆变器是微网的主要组成部分之一，并网逆变器的故障会对整个微网造成危害，现存文献缺乏对上述问题的研究。文献 [ 35 ] 设计了一种适用于集中控制结构的具有容错功能的双向变流器，即在逆变器故障状态下也能维持微网运行，但有待开发一种故障检测算法，以实现不同模式间的平稳切换。上述文献均未采用网络化的控制结构，而网络化控制系统具有资源共享、远程控制等优势，增加了系统的灵活性和可靠性。文献 [ 36 ] 提出了一种基于网络的混合分布式潮流控制方式，该方法由一组在每个分布式发电单元的分布式功率调节器组成，以完成对中央能源管理单元分配的最优设定值的确切跟踪。微网中央控制器对微网各部分的协调控制如图14所示 [ 37 ]。文献 [ 38 ] 提出了基于网络的主动同步方案，用于对多个分布式电源和储能系统的协调控制。在可再生能源输出波动和负荷快速变化的情况下，实现了可靠的确定性同步。传统的下垂控制方案通常用于实现电压和频率的自主调节，只考虑了局部信息而忽略了全局性能是否达到最优，针对这种问题，文献 [ 3 ] 设计了中央控制器来保持微网在不同模式下的稳定运行：在孤岛模式下，应用二次调节控制回路消除电压偏差，并实施有源补偿消除环流。在并网模式下，采用外部控制回路调节逆变器的输出功率。 文献 [ 39 ] 提出了一种适用于孤岛模式下的微网分散自趋优分层控制策略，所设计的系统不包含微网中央控制器和其与微源控制器之间的通信，通过局部反馈实现电力系统的三层控制，具有参与系统调频和优化发电机出力的能力。文献 [ 40 ] 在分散控制和集中控制的基础上，面向直流微网提出了一种新型控制架构，其中包括变流器控制层、母线控制层和调度管理层，如图15所示，分别实现了系统的可靠性和灵活性，保证了系统的能量流动和信息交互。 为了进一步提高可再生能源的渗透率以及保证日益增长的供电需求，多微网互联是有力的解决方式。现存文献对多微网系统研究停留在潮流优化和电压控制上，缺乏考虑储能系统的微网间的动态调度及性能优化 [ 41 ]。文献 [ 42 ] 对互联微网运行管理的分层随机能源管理系统进行建模，如图16所示，提出的分层能源管理策略：中央控制器负责微网的运行，计算微网内部、微网与主网之间交换的功率参考值，并 图14. 微网中央控制器示意图 图15. 直流微网的新型控制架构 图16. 多微网系统的控制架构 与本地的能源管理系统进行通信；在底层，考虑相邻子系统之间功率交换不确定性的影响，采用基于机会约束模型预测控制的决策方法对微网进行局部运行管理。该决策降低了微网对主网的依赖程度，最大限度地利用了网络的可用容量，但没有考虑通信故障和电力线故障等其他不确定因素。 以上文献缺乏对主从控制方式下的微网研究，主从模式的微网在海岛等偏远地区更具普适性，文献 [ 43 ] 设计了主从模式下的终端滑模控制策略，在孤岛模式下，电压和频率由采用了终端滑模控制的主分布式单元控制，从分布式单元采用传统的滑模控制，并且从分布式单元的数量可以增加，根据其各自的容量，通过功率均衡模块来分别分配参考值。文献 [ 44 ] 对主从控制模式下的独立性微网的稳定性问题进行了研究，采用特征值理论分析方法，提出了由于主电源电压环比例增益和从电源的数量和负载等变化引起的不稳定问题的解决办法，仿真验证了该方法能够有效改善系统稳定性并保证系统稳定运行。