具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在介绍本发明实施例之前，首先对本发明涉及的名词进行介绍。

1、PSCAD：Power Systems Computer Aided Design电力系统电磁暂态仿真软件。

2、APF：Active Power Filter有源滤波器。

3、MPPT：Maximum Power Point Tracking最大功率点跟踪。

4、SOC：State of Charge荷电状态。

为更深入的分析和研究，本发明实施例提供了一种基于PSCAD的分布式交直流混合微电网方案，对真实微电网系统的电气设计、控制器及能量管理系统配置提供理论指导。该方案包含柴油发电机、微型燃气轮机以及电能质量治理装置等的综合交直流混合微电网系统设计方法，并结合正常运行情况下和故障运行情况下的多变换器并联系统控制设计方法，上层的能量协调控制策略考虑周全。

为研究包含柴油发电机、微型燃气轮机以及电能质量治理装置等的综合交直流混合微电网的系统设计问题、结合正常运行情况和故障运行情况下的多变换器并联系统控制设计问题、以及能量优化调度问题。按照国家关于分布式电源接入配电网设计规范及微电网接入配电网运行控制规范等规范要求，进一步提升微电网系统研究与成套设计能力，最终目的为提出一种基于PSCAD的分布式交直流混合微电网系统设计方法，设计交直流混合微电网整体系统结构以及控制方法，利用PSCAD软件环境进行测试，形成一套微电网系统设计规范。

本发明提出一种基于PSCAD的分布式交直流混合微电网系统设计方法，形成一套设计规范：

(1)设计了包含直流超级电容、光伏板、蓄电池、直流负载、充电桩的直流微电网系统以及包含微燃机，超级电容，光伏，直驱风机，APF装置，柴油发电机，蓄电池以及交流负载的交流系统，并完成了底层控制策略与上层能量管理策略的结合控制，实现微电网的整体协调运行。

(2)根据微网系统的容量以及需求，设计了下垂控制、整流控制、逆变控制的滤波电感、电容的参数，并对LLC的参数进行了设计。

(3)设计了微电网综合控制策略以及并离网预同步控制策略和逻辑，能够实现无缝并网以及故障断网。

(4)设计了负序低电压穿越控制，包括控制结构、控制参数以及控制思路。

(5)设计了微电网上层能量管理策略，包括功率调度、故障检测、下垂系数调节、模式切换等功能。

下面对该基于PSCAD的分布式交直流混合微电网方案进行详细介绍。

图1为本发明实施例中基于PSCAD的混合微电网系统的结构示意图，如图1所示，该基于PSCAD的混合微电网系统包括：

交流母线、直流母线及配电网；所述交流母线和直流母线通过接口变换器、变压器连接至所述配电网；

直流微电网，包括：直流微电网超级电容，直流微电网光伏，直流微电网蓄电池，直流负载及直流充电桩；所述直流微电网与所述直流母线连接；

交流微电网包括：微型燃机，交流微电网超级电容，交流微电网光伏，风机，电能质量管理装置，柴油发电机，交流微电网蓄电池及交流负载；所述交流微电网与所述交流母线连接；

控制器，用于根据监测的直流微电网和交流微电网的当前运行情况，预设的底层控制策略，对微型燃机，柴油发电机和交流微电网蓄电池进行下垂控制实现功率均分并同时接入风机和交流微电网光伏功率源，通过调节正下垂系数和/或负下垂系数，实现交流微电网蓄电池充电的同时，柴油发电机和微型燃机放电，以及预设的上层能量管理策略控制所述直流微电网和交流微电网运行；所述下垂系数根据频率与柴油发电机的并网逆变器横轴截距的关系及频率与微型燃机的并网逆变器横轴截距的关系得到；所述正下垂系数为柴油发电机和微型燃机的并网逆变器横轴截距位于坐标系正轴上时对应的下垂系数，所述负下垂系数为柴油发电机或微型燃机的并网逆变器横轴截距位于坐标系负轴上时对应的下垂系数。

具体实施时，控制器未在图1中示出。

本发明实施例提供的基于PSCAD的分布式交直流混合微电网系统为一种基于PSCAD的分布式交直流混合微电网系统，形成一套微电网系统设计规范，保证了供电可靠性和电能质量。下面结合附图进行详细介绍。

1、微网整体拓扑结构及功能搭建

本发明实施例所设计的交直流混合微网整体包含400V/50Hz交流母线，660V可调的直流母线和10KV的配电网，其整体拓扑结构如图1所示。

1.1：搭建基于PSCAD的直流微网：包含超级电容模型，光伏板模型，蓄电池模型，直流负载模型以及充电桩模型。其中：

超级电容通过双向DC-DC电路与直流母线连接，采用功率电流双闭环控制。

光伏板通过Boost电路与母线连接，采用MPPT和恒功率切换的控制方式，能够保证光伏在不同环境与能量需求环境下的最大功率输出。

蓄电池通过双向DC-DC与母线连接，采用电压与功率切换的控制方式，能够保证离网情况下蓄电池可以稳定母线电压，并网情况下能够保证直流微电网的功率平衡。

1.2：搭建基于PSCAD的交流微网：包含微燃机模型，超级电容模型，光伏模型，直驱风机模型，APF装置(图1中的电能质量管理装置)，柴油发电机模型，蓄电池模型以及交流负载模型。其中：

采用微型燃气轮机的等效数学模型来模拟微燃机的输出特性，通过AC-DC-AC的结构连接至交流母线。

超级电容采用双级式结构，前级为双向DC-DC电路，后级为逆变电路，仿真模型为：

光伏采用双级式结构，前级为Boost电路，后级为逆变电路，采用Vdc-Q控制直流电容电压，保证功率输出。

直驱风机通过AC-DC-AC的结构连接至交流母线。

APF装置的设计考虑了不平衡电压跌落，对锁相环路进行改进，采用d-p法检测基波正序有功电流。

柴油发电机采用数学等效模型模拟其输出特性，通过AC-DC-AC的结构连接至交流母线。

蓄电池采用双级结构，前级为双向DC-DC电路，后级为逆变电路，采用下垂控制；交流负载模型分为三级。

1.3：其中风力发电系统容量不少于2.1MW，包含外风力发电机特性模型、风电变流器模型以及风力发电系统控制策略，可模拟风力发电的所有控制特性和风力发电前级发电模式,前级采用转矩控制，后级采用Vdc-Q控制。光伏发电系统容量不少于1.75MW，包含光伏电池模型、光伏逆变器模型以及光伏系统控制策略，可模拟光伏的前级发电模式，控制策略包括MPPT模式和恒功率模式，可实现二者之间的切换，可模拟光照强度和温度对发出功率的影响。柴油发电机根据其运行原理搭建外特性模型，容量不小于500kW。微型燃机根据其运行原理搭建外特性模型，容量不小于500kW。柴油发电机和微型燃机既可以作为储能电池的备用作为从微源运行于功率控制，也可以和储能电池以对等的运行模式工作在下垂控制。超级电容单体参数为515V，2600F，100kW 20s，共2套，包含超级电容控制策略，采用Vdc-Q控制直流电容电压，保证功率输出,可实现输入输出功率调节功能。储能电池系统的电池电压600V-800V，容量500kWh，共2套，包含电池组模型、储能变流器模型及储能系统控制策略。储能系统至少包含V/F模式和P/Q模式两种控制策略，储能逆变器在离网运行时采用V/F控制策略，并网运行时采用P/Q控制策略。电能质量治理装置满足GB/T14549等相关标准要求；负荷系统包含电动汽车充电桩及其他交/直流负荷，负荷分为三级(一级负荷，二级负荷和三级负荷)，二者分别经可控断路器接入微电网。

1.4：控制系统模型包含微电网独立运行仿真模型、并网转独立切换仿真模型以及独立转并网仿真模型；正常运行工况下包含微电网黑启动控制、离网运行控制、并网运行控制、并网转离网运行控制、离网转并网运行控制、功率因数控制、联络线有功功率控制、联络线无功电压控制等控制策略等。

2、微网变流器参数设计

2.1：逆变器LC参数设计，如图2所示。

逆变桥用于实现交直流电能转换。Ui为逆变桥输出电压，I_i为逆变桥输出电流，V_dc为逆变桥输入电压，Z(load)为交流负载，L_f、C_f为滤波电感和滤波电容且均为理想器件，U_o为滤波后输出的负载端电压，I_o为滤波后输出的负载电流。具体参数设计见式(1)。

U_o1为U_o对应的额定值；ω₁＝100π，ω_n＝ω_s/50，ω_s为开关频率。

2.2：双向DC-DC参数设计

双向DC-DC电路及升压、降压工作模式如图3、图4所示。

本发明中，V_B为输入侧直流电压，变化范围为600-800V；DC-DC变流器的容量P为50kW，因此对应的输出电流为62.5-83.3A。选取母线电压660V，电流脉动率选取为20％，按照以上分析，对应的电感的最小值为：

为了简化计算，从功率和能量的角度考虑。对于DC/DC的功率P，当电流产生±的脉动时，半个开关周期内该脉动的能量为×P×Tc/4。假定该能量波动全部以电容C1电压变化的形式体现，且期望的电压脉动量不大于σ，则

带入数值P＝50kW，Δ＝20％，fc＝6kHz，σ＝5％，uc＝600V，可以求出C₁＝2.2584e-05F

设输出侧额定电压为U_N，允许的最高电压持续值为U_L。设DSP检测和控制的最小时间间隔为Ts，则当DC/DC以额定功率P工作而负载突然切除时，电容C₂应保证其输出电压在2Ts内不会超过最高电压U_H，即

带入数值，取P＝50kW，U_N＝700V，U_L＝700V，U_H＝750V，Ts＝200μs，可以求出C₂≥5.5172e-04F。

3、微电网底层控制策略

3.1下垂控制结构

微电网采用综合控制策略，传统下垂控制电压和频率的关系如下式所示：

三台微源(微型燃机，柴油发电机和交流微电网蓄电池)采用下垂控制进行功率均分，并同时接入风机光伏等功率源，其结构如图5所示。

由于功率在线路上的输出与电流角度和电压角度有关，在阻抗为感性时，输出有功功率和阻抗角成正比关系，因此通过改变逆变器的给定输出电压和频率，可以达到功率均分的效果。

通过上述可知，所述微型燃机，柴油发电机和交流微电网蓄电池在控制器根据底层控制策略的下垂控制下进行功率均分，并同时接入风机和交流微电网光伏功率源。

3.2下垂控制推导

电压传输和线路之间的关系如图6所示。该图6展示了两个电压型变流器并联时，输出线路和电压的关系。V₁∠θ_1L、V₂∠θ_2L分别表示两个变流器输出点电压，Z₁、Z₂分别表示两个输出线路的阻抗值，Φ_Z1、Φ_Z2分别表示线路阻抗的角度，V_L表示并网点电压，I₁、I₂分别表示变流器输出电流。

变流器输出功率满足定义式：

式中，表示电压和电流的夹角，即阻抗角。因此可以得到有功功率和无功功率与电压和阻抗间的关系：

当输电线路呈感性时，阻抗角接近90度，可以转化为：

由电路知识可得，系统中所有电路频率在稳态下相等，稳态下有：

因此得出，在两个微源下垂系数与功率比例给定成反比的时候，即可满足有功功率均分，有功功率均分条件如式(10)所示：

无功功率和系统电压有关，联立式(7)和(8)，得出无功下垂系数、阻抗和无功功率的关系：

下垂无功功率分配的方式不唯一，本文仿照有功功率均分条件，给出无功功率均分条件的一个下垂系数条件：

下垂系数条件并不能保证无功功率的分配，因此，联立(11)、(12)和无功功率均分目标，解出无功均分的另一个条件：

3.3建立双级控制结构

双级控制在各方面要优于单级控制，理论上相较于单级控制，双级控制可以拥有更广的输出功率上限与下限。本设计在交流微电网中采用了三台微源(微型燃机、柴油发电机和交流微电网蓄电池)下垂的形式，并按照下垂特性曲线进行控制，为保证柴油发电机和微型燃气轮机系统的可控性，采用背靠背变压变频结构对微源进行控制。即，在一个实施例中，本发明实施例采用背靠背变压变频结构对所述微型燃机、柴油发电机和交流微电网蓄电池进行控制。

3.4负下垂系数的设计

下垂控制稳定运行时，输出功率和下垂系数与下垂额定功率有关。微型燃气轮机和柴油发电机为单向功率传输，而蓄电池既可以充电又可以放电。考虑到这种微源之间的特性差异，本专利提出一种负下垂系数的思路以及实现方法。负下垂系数和正下垂系数一样，均为有差调节，负下垂系数概念如图7所示。

图7中，f₀为频率(公共交流母线频率)参考值，P₁、P₂分别为两个不同微源(柴油机和微型燃机)的并网逆变器横轴截距。通过调节下垂系数的斜率，可以实现蓄电池充电的同时，柴油机和微燃机放电，且功率比例灵活可调，此种方法大大增加了系统的灵活性。

通过上述可知，所述控制器具体用于通过调节正下垂系数和/或负下垂系数，实现交流微电网蓄电池充电的同时，柴油发电机和微型燃机放电；所述下垂系数根据频率与柴油发电机的并网逆变器横轴截距的关系及频率与微型燃机的并网逆变器横轴截距的关系得到；所述正下垂系数为柴油发电机和微型燃机的并网逆变器横轴截距位于坐标系正轴上时对应的下垂系数，所述负下垂系数为柴油发电机或微型燃机的并网逆变器横轴截距位于坐标系负轴上时对应的下垂系数。

4、微网故障情况下低电压穿越控制

4.1：模拟单相、两相、三相故障，检测低压穿越效果。根据控制目标：抑制功率二倍频波动，检测光伏风机在单相两相故障情况下是否有效抑制有功和无功的二倍频波动。抑制负序电流，检测光伏风机在单向两相故障情况下是否有效抑制负序电流。建立耗能电阻电路，检测直流电容冲击是否有效减小，并网故障电流是否有效减小。

4.2：基于PSCAD搭建故障下的锁相环模型。

4.3：基于PSCAD搭建采用陷波器的正负序分量提取仿真。

4.4：考虑到在电网电压平衡时，电网电压和网侧电流中将不含有负序分量，因此采用同样适用于电网电压平衡时的控制方案，无需在电网正常和电网电压不平衡时切换控制算法。

5、并离网预同步控制策略

5.1：预同步控制

在预同步过程中，相角电压需要与大电网保持一致，考虑到角度与频率差的积分关系，对预同步控制环节进行了设计，使得预同步过程中角度差可以实现无静差控制。控制结构如图8所示。

预同步过程中若给定三台与同步信号值，会产生环流现象，本设计将一台预同步补偿信号给到单台变流器，利用下垂功率均分的特性和有差调节的特性，使得另外两台变流器状态对第一台进行跟随。此方法本质上通过利用变流器之间的环流现象实现，利用环流间接对变流器进行调节。

5.2：并离网控制

对并离网逻辑进行设计，逻辑如下：

(1)对电网电压故障情况进行判断，若判断电网电压故障，则不并网。

(2)通过接受主动并离网指令对并离网状态进行切换，1为并网，0为离网。检测电压幅值、频率值与设定进行比较，当频率或电压超出设定阈值一定时间时，输出信号为1，即电压或频率异常。电压、频率异常均输出信号1，通过求或的操作得到被动并离网指令，1为离网，0为并网。

(3)将主动并离网指令与系统被动并离网指令的非进行与运算，得到并离网执行指令。

(4)加入积分重置，采用异或加延时的方法生成重置脉冲，结构如图9所示。

(5)预同步完成后，不改变控制策略，在并网同时将预同步值清零。此方法能够实现将下垂控制无缝转化为恒功率控制，且无控制策略的切换，实现无缝并网。本质上利用了下垂控制的有差调节特性与大电网的电压稳定性，在大电网电压恒定时，下垂变流器根据自身下垂控制环给定的额定功率进行有差调节，当输出功率与额定功率不匹配时，电压和频率改变，相角差增加，直到功率满足要求。

6、基于C语言的嵌入式PSCAD微电网能量管理程序

步骤6.1：直流微电网能量管理

直流微电网中包含超级电容100kW、光伏500kW、蓄电池500kWh、直流负荷100kW+50kW、充电桩60kW。直流微电网通过接口变换器、变压器连接至10kV配电网母线。

直流微电网能量管理目标为：检测整体微电网孤岛运行模式下母线电压是否稳定，以蓄电池为启动电源，建立母线电压后，以此并入超低电容、光伏、充电桩，检测母线电压变化，功率变化并验证超级电容的功率补偿效果。直流能量管理流程图如图10a至图10e所示。

如图10a至图10e所示，在一个实施例中，所述控制器具体用于根据直流微电网能量管理策略，控制所述直流微电网运行。

如图10a所示，在一个实施例中，所述控制器具体用于：

在风光不足、直流微电网蓄电池的荷电状态值大于或等于80时，若直流微电网光伏值小于直流负载值、且直流负载值小于直流微电网光伏值与直流微电网蓄电池值的和，控制直流微电网光伏采用最大功率点跟踪MPPT的方式运行，直流微电网蓄电池放电补偿直流负载，放电至20以下时返回；

在风光不足、直流微电网蓄电池的荷电状态值大于或等于80时，若直流微电网光伏值不小于直流负载值、且直流负载值不小于直流微电网光伏值与直流微电网蓄电池值的和，控制直流微电网光伏采用MPPT的方式运行，直流微电网蓄电池最大功率放电，不足功率交流微电网补，放电至20以下时返回；

在风光不足、直流微电网蓄电池的荷电状态值小于80时，控制直流微电网光伏采用MPPT的方式运行，直流微电网蓄电池最大功率充电。

如图10b所示，在一个实施例中，所述控制器具体用于：

在风光不足时，若直流微电网蓄电池的荷电状态值大于或等于80，控制直流微电网光伏恒功率运行，直流微电网蓄电池充放电功率为零；

在风光不足时，若直流微电网蓄电池的荷电状态值不大于20，控制直流微电网光伏采用MPPT的方式运行，直流微电网蓄电池最大功率充电；

在风光不足时，若直流微电网蓄电池的荷电状态值大于20且小于80，控制直流微电网光伏采用MPPT的方式运行，直流微电网蓄电池充电，充电功率为直流微电网光伏值减去直流负载值。

如图10c所示，在一个实施例中，所述控制器具体用于：

在直流微电网蓄电池的荷电状态值大于或等于80时，若直流微电网光伏值大于或等于直流负载值、风光充足，控制直流微电网光伏恒功率运行，直流微电网蓄电池充放电功率为零；

在直流微电网蓄电池的荷电状态值大于或等于80时，若直流微电网光伏值小于直流负载值、风光不足、且直流负载值小于直流微电网光伏值与直流微电网蓄电池值的和，控制直流微电网光伏采用MPPT的方式运行，直流微电网蓄电池自动放电补足功率，放电至20时返回；

在直流微电网蓄电池的荷电状态值大于或等于80时，若直流负载值不小于直流微电网光伏值与直流微电网蓄电池值的和、风光不足，控制切换直流负载。

如图10d所示，在一个实施例中，所述控制器具体用于：

在直流微电网蓄电池的荷电状态值大于20且小于80时，若直流微电网光伏值大于直流负载值、风光充足，控制直流微电网光伏采用MPPT的方式运行，直流微电网蓄电池充电功率为直流微电网光伏值减去直流负载值；

在直流微电网蓄电池的荷电状态值大于20且小于80时，若直流微电网光伏值不大于直流负载值、风光不足、且直流负载值小于或等于直流微电网光伏值与直流微电网蓄电池值的和，控制直流微电网光伏采用MPPT的方式运行，直流微电网蓄电池自动放电补足功率，放电至20时返回；

在直流微电网蓄电池的荷电状态值大于20且小于80时，若直流负载值大于直流微电网光伏值与直流微电网蓄电池的值的和、风光不足，控制切换直流负载。

如图10e所示，在一个实施例中，所述控制器具体用于：

在直流微电网蓄电池的荷电状态值小于或等于20时，若直流微电网光伏值大于直流负载值、风光充足，控制直流微电网光伏采用MPPT的方式运行，直流微电网蓄电池充电功率为直流微电网光伏值减去直流负载值；

在直流微电网蓄电池的荷电状态值小于或等于20时，若直流微电网光伏值小于或等于直流负载值、风光不足，控制切换直流负载。

6.2：交流微电网能量管理

交流微网将直流微网作为一个不可控负载考虑，同时采用和直流微网类似的能量管理策略，考虑蓄电池的电量和负载的功率作为策略切换条件。考虑到成本问题，将微燃机和柴油发电机作为黑启动备用电源，同时在微网负荷较高时，作为分布式电源接入微网。光伏和风机等清洁能源优先为负载供电，蓄电池在正常工作下和高电量模式下，与超级电容为负载提供功率支撑。流程如图11a至图11b所示。

在并网模式下，大电网对微电网起到电压支撑和功率支撑的作用，大电网可向微电网提供功率或者吸收微电网额外的功率。大电网与微电网交换功率的情况由负载功率决定。

在离网模式下，风光的充放电情况由蓄电池的SOC和负载功率共同决定。当电池电量不足时，风光MPPT运行，当电池电量充足时，风光根据负载限功率运行。

即，在一个实施例中，所述控制器具体用于根据交流微电网能量管理策略，控制所述交流微电网运行。

即，在一个实施例中，所述控制器具体用于：将微型燃机和柴油发电机作为黑启动备用电源，同时在交流微电网负荷高于预设值时，备用电源作为分布式电源接入交流微电网；交流微电网光伏和风机优先为交流负载供电，交流微电网蓄电池在正常工作下和高于预设电量模式下，与交流微电网超级电容为交流负载提供功率支撑。

即，在一个实施例中，如图11b所示，所述控制器具体用于在交流的并网微网能量管理时：

在检测到风机值和交流微电网光伏值的和大于或等于交流负载值、且风光充足时，若交流微电网蓄电池的荷电状态值大于或等于80，风光充足，控制风机和交流微电网光伏采用MPPT的方式运行，交流微电网蓄电池电量已满，交流微电网蓄电池充放电功率为零；

在检测到风机值与交流微电网光伏值的和大于或等于交流负载值、且风光充足，交流微电网蓄电池的荷电状态值大于20且小于80时，若风机值和交流微电网光伏值的和大于交流负载值，风光充足，控制风机和交流微电网光伏采用MPPT的方式运行，多余的功率给交流微电网蓄电池充电，充电至大于百分之八十时返回；

在检测到风机值与交流微电网光伏值的和大于或等于交流负载值、且风光充足，交流微电网蓄电池的荷电状态值大于20且小于80时，若风机值和交流微电网光伏值的和不大于交流负载值，风光充足，控制直接给交流微电网蓄电池最大功率充电，充电至大于百分之八十时返回；

在检测到风机值与交流微电网光伏值的和大于或等于交流负载值、且风光充足，交流微电网蓄电池的荷电状态值不大于20时，控制风机和交流微电网光伏采用MPPT的方式运行，交流微电网蓄电池电量不足，给交流微电网蓄电池最大功率充电。

即，在一个实施例中，如图11b所示，所述控制器具体用于在交流的并网微网能量管理时：

在检测到风机值与交流微电网光伏值的和小于交流负载值、且风光不足时，若交流微电网蓄电池的荷电状态值大于或等于80，风机值与交流微电网光伏值的和小于交流负载值，且交流负载值小于风机值、交流微电网蓄电池值与交流微电网光伏值的和，控制风机和交流微电网光伏采用MPPT的方式运行，功率不足以支撑交流负载，蓄电池放电功率给定为交流负载值减去风机值后，再减去与交流微电网光伏值；

在检测到风机值与交流微电网光伏值的和小于交流负载值、且风光不足时，若交流微电网蓄电池的荷电状态值大于或等于80，风机值与交流微电网光伏值的和不小于交流负载值，且交流负载值不小于风机值、交流微电网蓄电池值与交流微电网光伏值的和，控制风机和交流微电网光伏采用MPPT的方式运行，交流微电网蓄电池最大功率放电，大电网补足功率缺额；

在检测到风机值与交流微电网光伏值的和小于交流负载值、且风光不足时，若交流微电网蓄电池的荷电状态值大于20且小于80时，控制大电网供电，直接给交流微电网蓄电池最大功率充电，充电至大于百分之八十时返回；

在检测到风机值与交流微电网光伏值的和小于交流负载值、且风光不足时，若交流微电网蓄电池的荷电状态值不大于20时，控制风机和交流微电网光伏采用MPPT的方式运行，交流微电网蓄电池电量不足，给交流微电网蓄电池最大功率充电。

即，在一个实施例中，如图12a所示，所述控制器具体用于在交流的离网微网能量管理时：

在交流微电网蓄电池的荷电状态值大于或等于80时，若风机值与交流微电网光伏值的和大于或等于交流负载值时，控制风机和交流微电网光伏恒功率运行，功率给定为交流负载功率，交流微电网蓄电池充放电功率为零。

即，在一个实施例中，如图12a所示，所述控制器具体用于在交流的离网微网能量管理时：

在交流微电网蓄电池的荷电状态值大于或等于80时，若交流负载值大于风机值与交流微电网光伏值的和，且负载值小于或等于风机值、交流微电网光伏的值，与交流微电网蓄电池值的和，控制风机和交流微电网光伏采用MPPT的方式运行，交流微电网蓄电池放电，放电功率为交流负载值减去风机值之后，再减去交流微电网光伏值；

在交流微电网蓄电池的荷电状态值大于或等于80时，若交流负载值大于风机值、交流微电网蓄电池值与交流微电网光伏值的和，且负载值小于或等于风机值、交流微电网蓄电池值、柴油发电机值与交流微电网光伏值的和，控制风机和交流微电网光伏采用MPPT的方式运行，柴油发电机最大功率运行，蓄电池放电，放电功率为交流负载值减去风机值之后，再减去交流微电网光伏值及柴油发电机值；

在交流微电网蓄电池的荷电状态值大于或等于80时，若交流负载值大于风机值、交流微电网蓄电池值、柴油发电机值与交流微电网光伏值的和，且负载值小于或等于风机值、交流微电网蓄电池值、柴油发电机值、交流微电网光伏的值与微型燃机值的和，控制风机和交流微电网光伏采用MPPT的方式运行，柴油发电机最大功率运行，微型燃机最大功率运行，交流微电网蓄电池放电，放电功率为放电功率为交流负载值减去风机值之后，再减去交流微电网光伏值、柴油发电机值及微型燃机值；

在交流微电网蓄电池的荷电状态值大于或等于80时，若交流负载值大于风机值、交流微电网蓄电池值、柴油发电机值、交流微电网光伏的值与微型燃机值的和，控制切换负载。

即，在一个实施例中，如图12b所示，所述控制器具体用于在交流的离网微网能量管理时：

在交流微电网蓄电池的荷电状态值大于20且小于80，风机值与交流微电网光伏值的和大于交流负载值时，若多余功率大于交流微电网蓄电池充电功率，控制交流微电网蓄电池最大功率充电，同时控制风机和交流微电网光伏限功率控制；

在交流微电网蓄电池的荷电状态值大于20且小于80，风机值与交流微电网光伏值的和大于交流负载值时，若多余功率小于或等于交流微电网蓄电池充电功率值，控制交流微电网蓄电池充电；

在交流微电网蓄电池的荷电状态值大于20且小于80，风机值与交流微电网光伏值的和小于交流负载值时，若超过功率小于或等于蓄电池放电功率，控制交流微电网蓄电池放电；

在交流微电网蓄电池的荷电状态值大于20且小于80，风机值与交流微电网光伏的值和小于交流负载值时，若超过功率大于蓄电池放电功率，柴油发电机百分之八十额定功率启动，柴油发电机、微型燃机或交流微电网蓄电池的功率小于或等于负荷功率，控制结束；

在交流微电网蓄电池的荷电状态值大于20且小于80，风机值与交流微电网光伏的值和小于交流负载值时，若超过功率大于蓄电池放电功率，柴油发电机百分之八十额定功率启动，柴油发电机、微型燃机或交流微电网蓄电池的功率大于负荷功率，微型燃机启动，柴油发电机、微型燃机或交流微电网蓄电池的功率小于或等于负荷功率时，控制结束；

在交流微电网蓄电池的荷电状态值大于20且小于80，风机值与交流微电网光伏的值和小于交流负载值时，若超过功率大于蓄电池放电功率，柴油发电机百分之八十额定功率启动，柴油发电机、微型燃机或交流微电网蓄电池的功率大于负荷功率，微型燃机启动，柴油发电机、微型燃机或交流微电网蓄电池的功率大于负荷功率时，切出负荷，达到预设条件时，保证一级负荷。

另外，在图12b中，超过功率是指风力发电功率+光伏发电功率-负荷，微源指微电网中存在的所有分布式电源。

即，在一个实施例中，如图12c所示，所述控制器具体用于在交流的离网微网能量管理时：

在交流微电网蓄电池的荷电状态值小于或等于20时，控制风机和交流微电网光伏采用MPPT的方式运行，蓄电池电量不足，给定蓄电池最大功率充电，若交流微电网蓄电池的荷电状态值大于或等于80时返回；若交流微电网蓄电池的荷电状态值小于80时，重复控制风机和交流微电网光伏采用MPPT的方式运行，蓄电池电量不足，给定蓄电池最大功率充电的步骤，直至交流微电网蓄电池的荷电状态大于或等于80时返回。

6.3：微网整体结构黑启动

交流微网中柴油发电机和微型燃气轮机与蓄电池采用下垂控制，建立母线电压，待母线电压稳定后逐步并入最大功率控制下的风机和光伏等微源。流程如图13所示。

在一个实施例中，如图13所示，所述控制器具体用于根据黑启动能量管理策略进行如下微电网整体结构黑启动的操作：

在检测到交流微电网蓄电池可以正常启动、柴油发电机可以正常启动或微型燃机可正常启动时，并联下垂控制建立交流母线电压；

在检测到交流母线电压达到预设交流标准值时，控制风机、交流微电网光伏以预设速率向交流母线发送功率，恢复负载供电；

在监测到直流微电网蓄电池的荷电状态处于预设正常水平值以下时，控制交流微电网向直流微电网馈能量，直流微电网蓄电池运行于PQ模式；

在检测到直流母线电压达到预设直流标准值时，控制风机、交流微电网光伏以预设速率向交流母线发送功率，恢复负荷供电；

黑启动操作结束。

在一个实施例中，如图13所示，控制器还用于：在检测到直流母线电压未达到预设直流标准值时，控制直流微电网蓄电池运行于VF模式，建立直流母线电压。

6.4：光伏主动防孤岛测试

测试用负载参数为电感1e-4H，电容2.9e-3F，电阻2.25欧姆，如图14所示。

负载品质因数经过计算为2.04，当发生光伏逆变器断网时，采用主动防孤岛策略的变流器主动抬高频率，从而触发被动防孤岛检测装置，进行孤岛保护。

综上，本发明技术方案带来的有益效果：本发明按照国家关于分布式电源接入配电网设计规范及微电网接入配电网运行控制规范等要求，本发明提出了一种基于PSCAD的分布式交直流混合微电网系统设计方法，设计的交直流混合微电网系统中包含柴油发电机、微型燃气轮机、光伏、蓄电池、超级电容、风机、直流充电桩以及电能质量治理装置等。本发明针对整体系统提出了下垂控制,低电压穿越控制等控制方法。本发明给出了较为完整的PSCAD仿真实现方法，在此基础上，使用内嵌C语言完整设计了底层与上层控制思路。本发明在底层控制上采用三台下垂控制，提升了系统的鲁棒性；微源全部采用双级控制，提高了系统的可控性，使得底层与上层联系更为紧密；提出了负下垂系数的概念，使得能量管理策略实现更为灵活；所提出的并离网预同步控制策略，实现了无缝并网，并利用环流间接调节整体微电网的状态，相较于一般预同步鲁棒性更强。对微电网相关的系统研究与成套设计提供技术指导。

本发明实施例中还提供了一种基于PSCAD的分布式交直流混合微电网系统的控制器，如下面的实施例所述。由于该控制器解决问题的原理与基于PSCAD的分布式交直流混合微电网系统相似，因此该控制器的实施可以参见基于PSCAD的分布式交直流混合微电网系统的实施，重复之处不再赘述。

图15为本发明实施例中基于PSCAD的混合微电网的控制器的结构示意图，如图15所示，该控制器包括：

监测单元01，用于监测直流微电网和交流微电网的当前运行情况；

控制单元02，用于根据监测的直流微电网和交流微电网的当前运行情况，预设的底层控制策略，对微型燃机，柴油发电机和交流微电网蓄电池进行下垂控制实现功率均分并同时接入风机和交流微电网光伏功率源，通过调节正下垂系数和/或负下垂系数，实现交流微电网蓄电池充电的同时，柴油发电机和微型燃机放电，以及预设的上层能量管理策略控制所述直流微电网和交流微电网运行；所述下垂系数根据频率与柴油发电机的并网逆变器横轴截距的关系及频率与微型燃机的并网逆变器横轴截距的关系得到；所述正下垂系数为柴油发电机和微型燃机的并网逆变器横轴截距位于坐标系正轴上时对应的下垂系数，所述负下垂系数为柴油发电机或微型燃机的并网逆变器横轴截距位于坐标系负轴上时对应的下垂系数。

本发明实施例中还提供了一种基于PSCAD的分布式交直流混合微电网系统的控制方法，如下面的实施例所述。由于该方法解决问题的原理与基于PSCAD的分布式交直流混合微电网系统相似，因此该方法的实施可以参见基于PSCAD的分布式交直流混合微电网系统的实施，重复之处不再赘述。

图16为本发明实施例中基于PSCAD的混合微电网的控制方法的流程示意图，如图16所示，该方法包括如下步骤：

步骤101：监测直流微电网和交流微电网的当前运行情况；

步骤102：根据监测的直流微电网和交流微电网的当前运行情况，预设的底层控制策略，对微型燃机，柴油发电机和交流微电网蓄电池进行下垂控制实现功率均分并同时接入风机和交流微电网光伏功率源，通过调节正下垂系数和/或负下垂系数，实现交流微电网蓄电池充电的同时，柴油发电机和微型燃机放电，以及预设的上层能量管理策略控制所述直流微电网和交流微电网运行；所述下垂系数根据频率与柴油发电机的并网逆变器横轴截距的关系及频率与微型燃机的并网逆变器横轴截距的关系得到；所述正下垂系数为柴油发电机和微型燃机的并网逆变器横轴截距位于坐标系正轴上时对应的下垂系数，所述负下垂系数为柴油发电机或微型燃机的并网逆变器横轴截距位于坐标系负轴上时对应的下垂系数。

本发明实施例提供的基于PSCAD的分布式交直流混合微电网方案实现了：

1.搭建的完整仿真模型包括交直流混合微网，提出了微燃机、柴油机与蓄电池三种不同微源共同采用下垂控制的思路。为了提升系统的可控性，在微型燃气轮机以及柴油发电机上提出了背靠背双级调压调频结构。在充放电需求不统一的工况下，通过上层控制策略进行下垂系数的调节并实现正负下垂系数同时存在。

2.采用结合了下垂控制与恒功率输出控制的综合控制思路，此方法能够在保证主微源输出功率稳定的同时保证系统的稳定，多台变流器进行微电网的削峰填谷，对微电网整体结构的鲁棒性进行了提升。

3.预同步过程中全程采用下垂控制作为底层主微源的控制策略，并网成功的同时对预同步信号进行清零，此种做法下并网后下垂变流器输出功率与额定功率相等。并网过程中无控制策略的切换，且并网瞬间无电压、电流冲击，实现了无缝并网。

4.采用的微电网预同步控制的相角频率补偿仅仅给到单台下垂变流器，此方法能够牺牲一部分并离网过程中的功率均分效果，利用变流器之间的环流对另外两台变流器进行间接调频调压，并提升预同步过程中的稳定性。

5.在内嵌C语言中实现设计了一种能量管理策略，调节微电网的运行模式和运行状态，利用下垂控制的即插即用性和微型燃气轮机、柴油机的微源特性，在微电网稳定后作为备用电源，并在微电网有需求时并入微电网。

本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述基于PSCAD的混合微电网的控制方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述基于PSCAD的混合微电网的控制方法的计算机程序。

本发明实施例中，基于PSCAD的分布式交直流混合微电网方案，可以实现基于PSCAD的分布式交直流混合微电网，形成一套微电网系统设计规范，保证了供电可靠性和电能质量。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。