3. 微电网运行模式与切换控制

微电网最本质的特征，是它既能与外部大电网并联运行，也能在外部电网失电或按计划解列时独立带载运行。围绕这一能力，工程上通常区分三种运行模式：并网模式、孤岛模式和离网模式。三者不是简单的“开/关”关系，而是主控电源、功率平衡责任、电压频率支撑方式、保护定值乃至储能荷电状态管理策略都发生变化的三种运行状态。理解它们的差别，是设计切换控制策略的前提。

三种运行模式的特征

并网模式下，微电网通过公共连接点（PCC）与配电网相连。此时大电网承担电压和频率的基准，微电网内部的分布式电源（DG）与储能通常采用PQ控制（恒功率控制），按调度指令输出指定的有功 P 和无功 Q。功率缺额由电网补充，功率盈余可反送电网。并网模式的核心任务是功率调度与经济优化，例如让光伏尽量多发、储能按峰谷电价充放。此时储能荷电状态（SOC）管理相对宽松，因为电网可作为“无限大”的功率缓冲。

孤岛模式指微电网与主网解列后，由内部电源独立向本地负荷供电。此时必须至少有一个电源切换为V/f控制（恒压恒频控制），承担起电压幅值和频率的基准，这个电源通常选储能变流器（PCS）或具备调频能力的燃气轮机。孤岛模式下，功率平衡完全由微电网内部负责：负荷增加时频率下降，主控电源需增发有功；无功不足时电压跌落，需增发无功。因此孤岛模式对储能的功率裕度和能量裕度要求最高。

离网模式在工程上常与孤岛模式混用，但严格来说，离网模式强调微电网从未与主网连接或长期独立运行，例如偏远海岛、矿区微电网。它没有“并网—解列”的过渡过程，控制策略从一开始就按独立系统设计，通常采用多台电源下垂控制（Droop控制）实现无通信的功率分配。离网模式更关注长期能量自平衡和柴油机/储能的协同，而孤岛模式更关注从并网状态平滑过渡到独立运行的那几秒到几十秒。

计划性切换控制策略

计划性切换是运行人员按调度计划或检修安排主动执行的模式转换，典型场景包括：计划检修前将微电网从并网转为孤岛、电价高峰时段主动离网以降低购电成本、或按日前调度计划在指定时刻解列。由于切换时刻已知，控制策略可以提前准备，核心是“先平衡、后解列”。

以某 500 kW 光伏 + 250 kW/500 kWh 储能 + 400 kW 负荷的园区微电网为例，计划在 10:00 由并网转孤岛。切换前 5 分钟，能量管理系统（EMS）执行预同步准备：读取当前 PCC 功率 P_pcc，若 P_pcc 为 +120 kW（电网向微电网送电），则指令储能 PCS 增发 120 kW，使 P_pcc 逐步趋近于 0；同时将储能从 PQ 控制预切换为 V/f 控制的热备用状态。当 |P_pcc| < 5 kW 且持续 3 s 后，断开 PCC 断路器。由于解列瞬间微电网内部功率已基本平衡，频率和电压扰动可控制在 ±0.2 Hz、±3% U_N 以内。若不做预平衡直接解列，120 kW 的功率缺额会导致频率快速跌落，可能触发低频减载。

计划性并网（孤岛转并网）则相反，需要预同步：调整孤岛侧电压幅值、频率和相位，使其与电网侧差值满足 |ΔU| < 5% U_N、|Δf| < 0.1 Hz、|Δφ| < 5°，再闭合 PCC。相位差是三者中最难满足的，通常通过微调主控电源频率，让相位缓慢逼近。

非计划性切换控制策略

非计划性切换由外部故障或内部异常触发，最典型的是主网失电导致的被动孤岛。此时 PCC 处电压骤降或频率越限，微电网必须在数十毫秒到数百毫秒内完成解列并建立独立电压频率基准，否则内部负荷将失电。控制要点是“快速检测、无缝切换”。

检测环节通常采用被动式与主动式结合：被动式监测 PCC 电压幅值、频率变化率（ROCOF），当 |df/dt| > 0.5 Hz/s 或电压低于 0.8 U_N 时启动；主动式则通过注入微小扰动观察阻抗变化，提高检测灵敏度。检测到失电后，储能 PCS 在 20～100 ms 内从 PQ 切换为 V/f，进入孤岛运行。若切换期间出现短时功率缺口，可由储能超容或快速投切负荷填补。

非计划性切换的风险在于切换失败或反复切换。常见原因包括：储能 SOC 过低无法支撑 V/f、PCC 断路器拒动、检测阈值设置不当导致误判。因此工程上会设置切换失败后的后备策略，例如延时 200 ms 仍未建立电压则切除部分非重要负荷，或直接停机保护。下表给出一个可参考的切换判据与动作示例。

无论计划性还是非计划性切换，最终都要回到一个判断：切换后微电网能否稳定运行。判断依据包括：频率是否稳定在 50±0.5 Hz、电压是否稳定在额定值 ±7%、储能 SOC 是否在允许区间、以及重要负荷是否持续供电。只有这些条件同时满足，才认为切换控制策略有效。否则需要回溯切换时序、控制参数和电源裕度，重新整定。