前言

大电网正常运行时，微电网通过大电网得到正常的电压频率参数支撑，大电网故障时，微电网的电压和频率支撑需要通过分布式电源提供，从而保持自身独立运行。分布式电源提供的电压信息会因为自身的下垂特性随本地负荷的改变不断变化，因此微电网的电压也会随之改变。当大电网恢复正常时，微电网需要重新与大电网进行并联运行，巨大的冲击电流会在并联瞬间产生，从而损害整个并联系统，因此，微电网并网前自身电压需要满足一定标准。传统的被动同步控制方法具有并联等待时间较长，符合并网条件时间很短，可靠性较低等缺点。针对被动同步控制方法的缺点，主动同步控制更加具有优势，即采用一种快速准确的检测方法来得到微电网与大电网间的电压滑差信息，然后对微电网电压进行调节保证其符合并网标准，从而实现减小并联瞬间所产生的冲击电流。

被动同步控制实现条件

被动同步控制要采集微电网与大电网各自的电压信息，二者相位差为零时发出并联指令，使得微电网与大电网进行重新并联运行，因此，被动同步控制适用的范围较窄。
大电网和微电网之间的幅值差Δv、频率差Δf和相位差Δθ形成了电压滑差信号，这三个信号均有六种状态，分别用“0”和“1”表示滑差信号满足并网要求和不满足并联要求。

通过对上述六种状态进行仿真分析，从而得到实现被动同步控制的条件。假设，大电网和微电网的 A 相两侧的电压分别为
和其中
U=311V， w=100Π，θ =0。电压滑差 u 为大电网和微电网两侧的 A 相电压之差
其中：
由公式可以看出相位差和频率差之间存在积分关系。
状态 1：幅值、频率和相位差均为零，此时为微电网与大电网并网的理想条件，基本不会产生冲击电流。
状态 2：即幅值差和频率差为零，相位差不为零的情况。微电网和大电网两者电压的相位差为其初始相位差，如下图所示，
Vm，U分别表示为微电网和大电网两侧的电压矢量。

状态 3：即幅值差为零，频率差和相位差均不为零的情况。可以得到电压滑差 u的表达式如下：

状态 4：即频率差和相位差为零，幅值差不为零的情况。图 5-4 为微电网和大电网在状态 4 下的电压矢量图。
计算电压滑差为：

状态 5：即频率差为零，幅值差和相位差均不为零的情况。可以得到电压滑差 u的表达式如下：

状态 6：即幅值差、频率差和相位差均不为零的情况。可以得到电压滑差 u 的表达式如下：

主动同步控制方案

微电网独立运行时常见的控制策略有主从控制、对等控制和分层控制，本文采用分层控制策略。分层控制策略的优点是实现分布式电源的冗余结构，降低了互联线对微网系统的重要程度。分层控制策略分为中心控制层和本地控制层，其中，中心控制层采集微电网与大电网电压的幅值、频率和相位，计算二者的电压滑差，满足并网条件时给出开关指令；不满足并网条件时，中央控制层将调节信号发送给本地控制层，通过本地控制层对分布式电源的输出端电压进行调节。微电网中心控制器的结构如图所示。

滑差信号的检测

滑差信号是中心控制器判定微电网侧电压信息是否满足并网标准的重要指标。过零检测方法作为最常用的滑差信号检测方法，其原理简单且容易实现，但存在检测时间长，抗干扰能力弱的缺点。。

假设大电网和微电网两侧均为理想的平衡三相正弦交流电压，其表达式如下：

根据坐标变换，将两侧的电压信息转换到同一旋转坐标系下，得到微电网和大电网两侧电压的 dq 轴分量分别为：

为了方便计算电压滑差，假设大电网电压矢量为U∠0° ，角频率为w，微电网电压矢量为Vm∠-θ°，角频率为wm 。电压旋转方向为逆时针旋转，两者电压通用矢量图如图所示

根据两侧电压的 dq 轴分量可以求出幅值差、相位差和频率差为：

主动同步调节

电压滑差信号采集到以后，要与并网标准对比检验是否满足并网要求，当电压滑差无法满足并网要求时，不能实现微电网与大电网的重新并联。传统的方法是在微电网和大电网之间安装同步检测设备，当微电网和大电网两侧的电压相位相同时，闭合静态开关，该方案原理简单，但精度和自动化水平较低，且在微电网侧电压与
大电网侧电压幅值相差较大时，仍会产生很大的冲击电流。
主动同步控制方案，如图所示。分别对幅值差和相位差信号进行 PI 调节，并将产生的调节信号经过不同的权重系数，将幅值差的输出信号分别直接发送至相应的控制器，为了提高同步发电机接口的分布式电源的调节速度，将相位差输出的一路调节信号经过选频滤波器，接至与同步发电机接口的分布式电源相连的本地控制器，而逆变器接口的分布式电源由于惯性小，改变速度快的特点可以直接接收相位差输出的调节信号，从而平衡二者的调节时间。
本地接收器接收到经过调节的信号后，调节本地输出电压，其本质是通过平移下垂特性曲线，从而改变其输出电压的幅值和频率，如图所示。微电网公共耦合点处的电压信息随着分布式电源输出电压的改变而改变，最终实现与大电网电压的同步。

假设起始时刻，分布式电源工作在 A 点，在某一时刻突增负载，分布式电源按照下垂控制进行调节，为了满足负载所需的功率，分布式电源改变其输出而运行在 B点，由图可以看出，分布式电源输出电压的幅值和频率与额定值的差分别为ΔV 、Δw，显然，在该条件下，闭合微电网大电网间的开关，将产生较大冲击电流，而本地控制器接收到的调节信号后，将下垂特性曲线向上平移Δw/ ΔV ，使分布式电源的工作点由 B 点上移至 C 点，此时，分布式电源的输出功率仍能保证负载正常工作所需。且分布式电源输出电压的幅值、频率和相位与大电网相同，从而实现了微电网与大电网的同步。
本地同步控制的具体实现见下文中频率同步调节、相位同步调节和幅值同步调节。

频率同步调节

通过锁相环采集两台逆变器的频率，作差通过 PI 调节，得到调节量Δw1，将其加入无功电流下垂控制方程，实时调节逆变器输出电压频率，若频率偏差一直不为 0，则 PI 调节器一直起作用，直到频率偏差为0。

相位同步调节

相位预同步控制框图如图 所示：为了影响相位预同步的结果影响频率预同步，采用保持Δw1不变，加入常量Δw2的方法，将这两个变量的和加入到无功电流下垂控制方程式当中，当检测到两台逆变器的相位同步之后，去掉Δw2 。

幅值同步调节

图 为电压幅值同步控制框图。将获得的电压幅值 U1 和 U2 作差，并经由 PI调节器实现无静差调节。调节器输出的误差信号ΔE与额定电压幅值E*相加，这样，通过调节逆变器输出电压幅值，使并联开关两端电压幅值同步。

电压频率、幅值、相位同步调节完成后，再进行并联操作，可减小冲击电流，从而实现“即插即用”。