考虑频率与电压越限风险的孤岛微电网群分层协调控制策略

张育炜; 肖迁; 穆云飞; 贾宏杰; 金昱; 陆文标

doi:10.7500/AEPS20231111001

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考虑频率与电压越限风险的孤岛微电网群分层协调控制策略

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 考虑频率与电压越限风险的孤岛微电网群分层协调控制策略
- Hierarchical Coordinated Control Strategy of Islanded Microgrid Cluster Considering Frequency and Voltage Limit Violation Risk
- 电力系统自动化 2025年49卷第5期页码：99-108
- 作者机构：
  
  1.智能电网教育部重点实验室（天津大学），天津市 300072
  2.新型电力系统运行与控制全国重点实验室（清华大学），北京市 100084
- 作者简介：
  
  张育炜(1998—)，男，硕士研究生，主要研究方向：分布式能源与配电网/微电网。E-mail：yuweizhang@tju.edu.cn
  肖迁(1988—)，男，通信作者，博士，副教授，博士生导师，主要研究方向：分布式能源与配电网/微电网，电力电子技术及其在综合能源系统和电池储能系统中的应用等。E-mail：xiaoqian@tju.edu.cn
  穆云飞(1984—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统稳定性分析、综合能源系统能量管理。E-mail：yunfeimu@tju.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52107121);新型电力系统运行与控制全国重点实验室开放基金课题重点项目(SKLD23KZ04);天津市企业科技特派员项目(23YDTPJC00090)
- DOI：10.7500/AEPS20231111001
  中图分类号：
- 收稿：2023-11-11，
  
  修回：2024-05-10，
  
  网络出版：2024-07-19，
  
  纸质出版：2025-03-10
- 稿件说明：
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张育炜,肖迁,穆云飞等.考虑频率与电压越限风险的孤岛微电网群分层协调控制策略[J].电力系统自动化,2025,49(5):99-108.

ZHANG Yuwei,XIAO Qian,MU Yunfei,et al.Hierarchical Coordinated Control Strategy of Islanded Microgrid Cluster Considering Frequency and Voltage Limit Violation Risk[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(5):99-108.
张育炜,肖迁,穆云飞等.考虑频率与电压越限风险的孤岛微电网群分层协调控制策略[J].电力系统自动化,2025,49(5):99-108. DOI： 10.7500/AEPS20231111001.

ZHANG Yuwei,XIAO Qian,MU Yunfei,et al.Hierarchical Coordinated Control Strategy of Islanded Microgrid Cluster Considering Frequency and Voltage Limit Violation Risk[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(5):99-108. DOI： 10.7500/AEPS20231111001.

摘要

孤岛交直流混合微电网群多采用子微网功率按比例分配方法，其在重负荷接入下面临频率与直流母线电压的越限风险。为解决上述问题，提出了一种分层协调控制策略。首先，构建一种分层控制架构；其次，在微电网群控制层，提出一种基于子微网极限功率点钳位的微电网群互联变换器功率分配方法，当重负荷接入时，有越限风险的子微网功率钳位于其阈值，保证频率与电压稳态不越限；再次，在子微网控制层，设计一种基于频率与电压微分前馈补偿的子微网瞬时功率控制方法，进一步保证频率与电压动态不越限。基于此，通过建立系统的小信号模型分析关键参数对稳定性的影响，并给出参数的设计过程。最后，多工况下的仿真算例验证了所提方法的有效性与优越性。

Abstract

The islanded AC/DC hybrid microgrid cluster often adopts the proportional allocation method for the sub-microgrid power

which poses a risk of frequency and DC bus voltage limit violations under heavy loads. To solve the problem

a hierarchical coordinated control strategy is proposed. Firstly

a hierarchical control structure is constructed. Secondly

a power allocation method for interlinking converters based on sub-microgrid limit power point clamping is proposed in the microgrid cluster control layer. When heavy loads are connected

this method limits the power of the sub-microgrid with the risk of limit violation to the threshold and ensures that the steady-state frequency and voltage are within limits. Thirdly

a sub-microgrid instantaneous power control method based on differential feedforward compensation of frequency and voltage is designed

which can further ensure that the dynamic frequency and voltage are within limits. Based on this

the small-signal model of the system is built to analyze the impact of critical parameters on the stability

and the design process of critical parameters is given. Finally

simulation results under multiple operation conditions verify the effectiveness and superiority of the proposed method.

关键词

Keywords

references

陈燿圣，杨苹，曾智基，等 . 考虑微电网运行域的配电网分布式能源规划［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 3 ）： 83 - 91 .

CHEN Yaosheng ， YANG Ping ， ZENG Zhiji ， et al . Planning of distributed energy resources for distribution network considering dispatchable region of microgrids ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 3 ）： 83 - 91 .

王杨，唐俊苗，赵劲帅，等 . 基于自适应虚拟阻抗控制的孤岛微电网电能质量优化策略［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 7 ）： 63 - 73 .

WANG Yang ， TANG Junmiao ， ZHAO Jinshuai ， et al . Power quality optimization strategy in islanded microgrid based on adaptive virtual impedance control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 7 ）： 63 - 73 .

ARANI Z D ， TAHER S A ， GHASEMI A ， et al . Application of multi-resonator Notch frequency control for tracking the frequency in low inertia microgrids under distorted grid conditions ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 1 ）： 337 - 349 .

周毅斌，肖浩，裴玮，等 . 基于纵向联邦学习的微电网群协同优化运行与策略进化［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 11 ）： 121 - 132 .

ZHOU Yibin ， XIAO Hao ， PEI Wei ， et al . Collaborative optimization operation and strategy evolution of microgrid cluster based on vertical federated learning ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 11 ）： 121 - 132 .

WANG J J ， DONG C Y ， JIN C ， et al . Distributed uniform control for parallel bidirectional interlinking converters for resilient operation of hybrid AC/DC microgrid ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2022 ， 13 （ 1 ）： 3 - 13 .

郑凯元，杜文娟，王海风 . 混联多微电网系统动态交互作用及稳定性分析［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 16 ）： 5552 - 5569 .

ZHENG Kaiyuan ， DU Wenjuan ， WANG Haifeng . Analysis on dynamic interactions and stability of hybrid multi-microgrids ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 16 ）： 5552 - 5569 .

OUAMMI A ， DAGDOUGUI H ， SACILE R . Optimal control of power flows and energy local storages in a network of microgrids modeled as a system of systems ［J］. IEEE Transactions on Control Systems Technology ， 2015 ， 23 （ 1 ）： 128 - 138 .

朱珊珊，汪飞，郭慧，等 . 直流微电网下垂控制技术研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 1 ）： 72 - 84 .

ZHU Shanshan ， WANG Fei ， GUO Hui ， et al . Overview of droop control in DC microgrid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 1 ）： 72 - 84 .

刘子文，苗世洪，范志华，等 . 孤立交直流混合微电网双向AC/DC换流器功率控制与电压波动抑制策略［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 21 ）： 6225 - 6238 .

LIU Ziwen ， MIAO Shihong ， FAN Zhihua ， et al . Power control and voltage fluctuation suppression strategy of the bidirectional AC/DC converter in the islanding hybrid microgrid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 21 ）： 6225 - 6238 .

李霞林，李志旺，郭力，等 . 交直流微电网集群柔性控制及稳定性分析［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 20 ）： 5948 - 5961 .

LI Xialin ， LI Zhiwang ， GUO Li ， et al . Flexible control and stability analysis of AC/DC microgrids clusters ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 20 ）： 5948 - 5961 .

WU X Y ， XU Y ， WU X Y ， et al . A two-layer distributed cooperative control method for islanded networked microgrid systems ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2020 ， 11 （ 2 ）： 942 - 957 .

杨家豪 . 基于一致性算法的孤岛型微电网群实时协同功率分配［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 5 ）： 8 - 15 .

YANG Jiahao . Consensus algorithm based real-time collaborative power dispatch for island multi-microgrid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 5 ）： 8 - 15 .

刘海涛，熊雄，季宇，等 . 直流配电下多微网系统集群控制研究［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 24 ）： 7159 - 7167 .

LIU Haitao ， XIONG Xiong ， JI Yu ， et al . Cluster control research of multi-microgrids system under DC distribution system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 24 ）： 7159 - 7167 .

米阳，宋根新，宋元元，等 . 孤岛交直流混合微电网群多级功率管理策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 7 ）： 38 - 45 .

MI Yang ， SONG Genxin ， SONG Yuanyuan ， et al . Strategy of multi-level power management for islanded AC/DC hybrid microgrid cluster ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 7 ）： 38 - 45 .

GANJIAN-ABOUKHEILI M ， SHAHABI M ， SHAFIEE Q ， et al . Seamless transition of microgrids operation from grid-connected to islanded mode ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2020 ， 11 （ 3 ）： 2106 - 2114 .

AZIMI S M ， LOTFIFARD S . Supplementary controller for seamless transitions between microgrids operation modes ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 3 ）： 2102 - 2112 .

SWAMINATHAN G V ， PERIASAMY S ， LU D D C . Capacitor current control based virtual inertia control of autonomous DC microgrid ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2023 ， 70 （ 7 ）： 6908 - 6918 .

WANG Y ， WANG C ， XU L ， et al . Adjustable inertial response from the converter with adaptive droop control in DC grids ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 3 ）： 3198 - 3209 .

DERBAS A A ， KHERADMANDI M ， HAMZEH M ， et al . A hybrid power sharing control to enhance the small signal stability in DC microgrids ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2022 ， 13 （ 3 ）： 1826 - 1837 .

WANG C S ， LI X L ， GUO L ， et al . A nonlinear-disturbance-observer-based DC-bus voltage control for a hybrid AC/DC microgrid ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2014 ， 29 （ 11 ）： 6162 - 6177 .

米阳，宋根新，蔡杭谊，等 . 基于分段下垂的交直流混合微电网自主协调控制［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 12 ）： 3941 - 3950 .

MI Yang ， SONG Genxin ， CAI Hangyi ， et al . Autonomous coordinated control of hybrid AC/DC microgrids based on segmented droop ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 12 ）： 3941 - 3950 .

侯聂，宋文胜，武明义 . 双向全桥DC-DC变换器的负载电流前馈控制方法［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 9 ）： 2478 - 2485 .

HOU Nie ， SONG Wensheng ， WU Mingyi . A load current feedforward control scheme of dual active bridge DC/DC converters ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 9 ）： 2478 - 2485 .

ZHOU J G ， ZHANG H G ， SUN Q Y ， et al . Event-based distributed active power sharing control for interconnected AC and DC microgrids ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 6 ）： 6815 - 6828 .

LI F ， ZHU J B ， YU L J ， et al . An imbalance-status-enabled autonomous global power-sharing scheme for solid-state transformer interconnected hybrid AC/DC microgrids ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2023 ， 14 （ 3 ）： 1750 - 1762 .

顾伟，楼冠男，柳伟 . 微电网分布式控制理论与方法［M］. 北京：科学出版社， 2019 .

GU Wei ， LOU Guannan ， LIU Wei . Distributed control theory and method of microgrid ［M］. Beijing ： Science Press ， 2019 .

林子杰，卫志农，孙国强，等 . 基于虚拟同步电机的交直流混合微电网控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 2 ）： 424 - 433 .

LIN Zijie ， WEI Zhinong ， SUN Guoqiang ， et al . A novel control strategy of AC/DC converter in hybrid microgrid based on virtual synchronous generator ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 2 ）： 424 - 433 .

李杨，帅智康，方俊彬，等 . 灵敏度在变换器系统阻抗稳定性分析中的应用［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 10 ）： 3480 - 3491 .

LI Yang ， SHUAI Zhikang ， FANG Junbin ， et al . Application of sensitivity in impedance-based stability analysis for converter systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 10 ）： 3480 - 3491 .

解润生，张国荣，解宝 . 考虑长距离输电缆特性的逆变器并网系统谐波不稳定分析及抑制［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 2 ）： 128 - 139 .

XIE Runsheng ， ZHANG Guorong ， XIE Bao . Analysis and suppression of harmonic instability for grid-connected inverter system considering characteristics of long transmission cable ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 2 ）： 128 - 139 .

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