基于NF–ROCOF技术的孤岛检测功能的协调双模逆变器控制，旨在提升直流-交流混合微电网的电能质量并实现无缝切换

《Engineering Science and Technology, an International Journal》：Coordinated dual-mode inverter control with NF–ROCOF-based islanding detection for enhanced power quality and seamless transition in DC–AC hybrid microgrids

本文提出了一种基于光伏电池的统一DC-AC微电网系统，采用双控制器策略实现并网和自主模式的无缝切换，结合2TCWT谐波抑制与NF-ROCOF-PLL同步控制，提升功率质量和系统稳定性，并通过仿真与硬件验证确保了其在IEEE标准下的高效性和可靠性。

　　该研究提出了一种基于光伏电池的统一直流-交流微电网系统，旨在实现电网跟随模式和自主模式之间的无缝切换，从而提升电能质量（PQ）、无功功率支持、电网需求和本地负载需求的满足。该系统采用了双控制器策略，使得在电网跟随模式下能够实现准确的有功和无功功率控制，而在自主模式下则通过同步参考框架（SRF）电压控制方案确保系统稳定运行和电压调节。同时，系统还引入了一种混合孤岛检测（HID）方法，以确保电网连接的性能和可靠运行。

为了应对电网扰动，HID方法结合了鲁棒的陷波滤波器（NF）和基于频率变化率（ROCOF）的锁相环（PLL）。这种组合在电网监测、快速扰动识别和重新同步方面表现出色，同时符合IEEE 2030.7标准，从而确保了实际应用中的合规性。通过详细模拟研究和实验评估，验证了该统一微电网架构的性能，涵盖了电网连接、孤岛和转换状态等不同的运行场景。研究结果表明，协调的并联逆变器运行能够提升电能质量，提供无功功率支持，同时保证无缝重新同步和可靠的自主运行。

在电网跟随模式下，双树复小波变换（2TCWT）与直流母线电压调节和基于最大功率的电流控制相结合，使得系统能够准确执行有功和无功功率操作。在自主模式下，同步参考框架（SRF）电压控制方案被用来确保并联逆变器的稳定运行和电压调节。此外，通过采用基于频率变化率（ROCOF）的PLL和预滤波的结合，系统能够有效消除电网电压扰动，提高频率误差检测的准确性，从而减少对额外PLL的需求并防止误报警。

为了实现高效的无功功率管理，系统采用了一种基于2TCWT的控制方法，以捕捉电网中的瞬态和非平稳事件。这种技术能够有效分析非线性负载引起的电压畸变，并通过预滤波和频率变化率的结合，提高系统的鲁棒性和适应性。此外，通过设计一个结合了NF和ROCOF的PLL，系统能够快速准确地重新同步，从而确保在电网扰动下的系统稳定性和可靠性。

在硬件实现方面，研究使用了SPARTAN-6 FPGA控制器，实现了基于2TCWT的控制算法、NF+ROCOF PLL同步和直流母线电压调节。通过MATLAB/Simulink的“控制系统调谐”工具，对控制参数进行了优化，以确保系统的高效运行。实验结果表明，该系统在各种运行场景下，包括电网连接、孤岛和转换条件，均表现出良好的鲁棒性和性能。系统在直流母线电压调节、频率稳定性和无功功率支持方面表现出色，符合IEEE 1547-2018和IEEE 2030.7等标准的要求。

此外，研究还通过硬件测试验证了系统的实际性能。实验结果表明，该系统在逆变器故障的情况下仍能保持良好的电能质量，确保电压和电流的稳定性。通过分析电流波形，验证了该系统在非线性负载条件下的谐波抑制能力，以及在电网连接和断开时的快速重新同步能力。这些结果表明，该系统能够有效提升电能质量，同时确保电网连接的可靠性和稳定性。

在实际应用中，该系统可以广泛应用于未来具有弹性的能源网络，特别是在光伏电池和储能系统集成的微电网中。通过将2TCWT与NF相结合，系统能够有效分析和处理电网中的瞬态和非平稳事件，从而提高电能质量。同时，基于ROCOF的PLL和HID机制能够快速准确地检测电网状态，确保系统在电网扰动下的稳定运行。

尽管该研究已经验证了系统的可行性，但在实际部署中，仍需考虑更多的环境和电网条件下的测试。此外，随着系统规模的扩大，可能需要进一步的硬件优化以提高计算效率。未来的工作将集中在扩展控制器框架以支持多微电网协调，并引入人工智能辅助的预测性能源管理，以确保系统在分布式网络中的更好扩展性、协调性和能源优化能力。这些改进将有助于提升系统的应用范围，使其适用于富含可再生能源的智能电网和社区电力基础设施。