本章主线
微电网的控制问题，本质是在“有/无大电网支撑”两种条件下，如何维持电压、频率与功率平衡，并在两者之间平滑切换。
按控制结构分为 4.1 主从控制 与 4.2 对等控制；按运行工况分为 4.3 并网 与 4.4 离网 两类控制策略；4.5 解决两种工况之间的切换问题。五节构成“结构—工况—过渡”的完整逻辑链。
下垂控制核心关系（对等控制与离网多主控制的基础）：
f = f₀ − kp(P − P₀) ； U = U₀ − kq(Q − Q₀)
其中 kp、kq 为有功—频率、无功—电压下垂系数，f₀、U₀ 为空载频率与电压。
f = f₀ − kp(P − P₀) ； U = U₀ − kq(Q − Q₀)
其中 kp、kq 为有功—频率、无功—电压下垂系数，f₀、U₀ 为空载频率与电压。
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4.1微电网主从控制模式
指定一个“主控单元”建立电压频率参考，其余单元按指令跟随——集中式、有通信的控制架构。
控制结构
- 主控单元（Master）：采用 V/f 控制，输出恒定电压、恒定频率，为全系统提供参考
- 从控单元（Slave）：采用 PQ 控制，按上层下发的功率指令输出有功/无功
- 主控通常由储能、柴油发电机或大容量逆变器承担
功率平衡机理
- 新能源与负荷的功率差额全部由主控单元承担
- 主控需预留足够备用容量（含充放电双向调节能力）
- 上层能量管理系统（EMS）计算并下发从控单元的功率指令
优点
- 电压、频率由主控直接支撑，电能质量明确可控
- 控制逻辑简单，功率分配可精确调度
- 便于实现经济调度与能量优化
局限
- 强依赖通信，时延与丢包影响稳定性
- 主控单元存在单点失效风险，故障将导致系统失稳
- 主控容量需覆盖最大功率缺额，投资大
- 扩展性差，新增单元需重新分配指令
适用场景
- 孤岛运行、单元数量少、结构相对固定的微电网
- 对电压频率质量要求高、需要统一调度的场合
- 含柴油机/储能等可调度主电源的微电网
关键问题
- 主控单元的选取与容量配置
- 通信带宽、时延补偿与指令同步
- 主控故障时的主控切换与备用接管
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4.2微电网对等控制模式
各分布式电源地位平等，仅依据本地信息自主参与电压频率调节——去中心化、即插即用的控制架构。
核心思想
- 无主从之分，各单元按同一规则（下垂特性）自主运行
- 模拟同步发电机的 P-f、Q-V 外特性
- 依靠本地测量实现功率分配，无需集中调度
下垂控制要点
- 有功缺额 → 频率下降 → 各单元按系数增发有功
- 无功缺额 → 电压下降 → 各单元按系数增发无功
- 下垂系数越大，分配份额越大、稳态偏差越大
优点
- 即插即用，扩容方便，可靠性高
- 不依赖（或仅弱依赖）通信，抗通信故障
- 各单元冗余，单台故障不影响全局
固有缺陷
- 下垂特性带来频率/电压稳态偏差
- 低压线路阻感比大（R≫X），功率分配精度下降、易产生环流
- 缺乏惯量与阻尼，动态响应偏慢
- 线路阻抗不均导致无功分配不均
改进方法
- 二次调节：恢复频率与电压至额定值
- 虚拟阻抗：改善等效阻感比，抑制环流
- 自适应下垂系数、分段下垂、虚拟同步机（VSG）
- 分层控制：一次下垂 + 二次恢复 + 三次经济调度
与主从对比
- 可靠性：对等 > 主从
- 电压频率精度：主从 > 对等
- 扩展性：对等 > 主从
- 经济调度能力：主从 > 对等
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4.3微电网并网运行控制策略
与大电网并联运行时，电压与频率由大电网支撑，微电网单元主要承担功率输出与电网支撑功能。
控制目标
- 按调度指令输出有功/无功功率
- 跟踪新能源最大功率点（MPPT）
- 平抑新能源出力波动、提高并网电能质量
典型控制结构
- 功率外环 + 电流内环（dq 同步旋转坐标系）
- 锁相环（PLL）获取电网电压相位，实现同步
- 恒功率（PQ）控制 / 恒功率因数控制
- 电流源型并网，便于限流与保护
电网支撑功能
- 低电压穿越（LVRT）与故障期间不脱网
- 无功/电压支撑、有功调频（可选）
- 谐波抑制与功率因数调节
保护与限制
- 输出电流限幅，防止过流损坏器件
- 防孤岛保护：被动式 + 主动式检测
- 直流母线电压稳定与过压保护
- 与配电网保护配合，避免误动/拒动
波动平抑
- 储能快速吞吐功率，平滑风光出力
- 限制功率变化率（爬坡率控制）
- 与预测曲线配合，减少对配电网冲击
关键问题
- 并网点电压偏差与三相不平衡
- 多逆变器并网的谐振与谐波交互
- 孤岛检测的灵敏性与盲区平衡
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4.4微电网离网运行控制策略
脱离大电网后，微电网必须自行建立电压与频率，并独立维持发用电功率平衡。
控制目标
- 建立稳定的电压幅值与频率
- 维持源—荷—储功率实时平衡
- 保障重要负荷不间断供电
主要控制方式
- V/f 控制：单主控建立参考（对应 4.1 主从结构）
- 下垂控制：多主控自主分担（对应 4.2 对等结构）
- 电压电流双闭环，提高动态响应与抗扰性
多机并联
- 按容量比例分配有功/无功
- 抑制并联逆变器之间的环流
- 二次调节消除频率电压稳态偏差
稳定性问题
- 惯量小、阻尼弱，频率变化率大
- 小信号稳定性受下垂系数与线路阻抗影响
- 大负荷投切时暂态电压跌落、频率波动
- 对策：虚拟惯量/VSG、储能快速支撑
黑启动
- 由储能或柴油机作为启动电源先建立电压
- 按优先级逐级投入负荷与其它电源
- 需具备自启动能力与足够的启动功率
负荷管理
- 负荷分级：重要负荷 / 可中断负荷 / 柔性负荷
- 功率不足时按级切负荷，优先保重要负荷
- 需求侧响应参与功率平衡
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4.5微电网运行状态切换控制策略
解决并网与离网两种工况之间的平稳过渡，核心是孤岛检测、预同步与无缝切换。
切换类型
- 计划性切换：检修、调度需要，主动退出/投入
- 非计划性切换：电网故障导致被动孤岛
- 方向：并网→离网（解列）、离网→并网（同期）
孤岛检测
- 被动式：检测电压/频率越限、相位突变、谐波畸变
- 主动式：主动施加频率/幅值扰动、阻抗测量，观察响应
- 指标：检测速度与检测盲区（NDZ）的平衡
并网→离网
- 快速识别孤岛并切换至 V/f 或下垂控制
- 储能立即承担功率缺额，抑制频率跌落
- 切除非重要负荷，保证主控容量充裕
离网→并网（预同步）
- 调节微电网电压幅值、频率、相位与电网一致
- 满足准同期条件后合闸，减小冲击电流
- 合闸后由 V/f 切换为 PQ 控制
无缝切换关键技术
- 双模式逆变器 + 统一控制结构，减少模式切换跳变
- 控制状态机：检测—判断—切换—恢复
- 切换过程电压/电流冲击抑制、相位跟踪
- 储能与 EMS 协调，提供切换瞬间功率支撑
切换暂态问题
- 电压暂降/暂升、频率波动、功率冲击
- 控制模式切换引起的电流冲击与振荡
- 反复切换（抖振）需设置延时与闭锁判据