第 40 卷 第 1 期
2020 年 1 月
电 力 自 动 化 设 备
Electric Power Automation Equipment
Vol.40 No.1
Jan. 2020
含母线电压补偿和负荷功率动态分配的
直流微电网协调控制
李祥山
1
,杨晓东
1
,张有兵
1
,徐志成
2
,谢路耀
1
,陆海强
3
(1. 浙江工业大学 信息工程学院,浙江 杭州 310023;2. 国网能源研究院有限公司,北京 102209;
3. 嘉兴市恒创电力设备有限公司 技术研发中心,浙江 嘉兴 314033)
摘要:针对孤岛直流微电网需要独自承担系统母线电压稳定和精确的功率分配,提出了含母线电压补偿和负
荷功率动态分配的协调控制策略。在主控制层中采用下垂控制来实现分布式电源之间的功率共享;在下垂
控制的基础上,提出了考虑电压调节控制和电流矫正控制的分布式二次控制,其对传统下垂控制带来的直流
母线电压跌落进行补偿,使得母线电压恢复到额定值;通过对下垂系数的不断调整,达到了负荷功率分配的
高精度。最后,利用 MATLAB/Simulink 对所设计的控制策略在不同运行模式下进行仿真验证,仿真结果表
明所提的控制策略可以实现直流微电网的稳定运行和负荷功率的动态分配,且能够满足分布式电源即插即
用等要求。
关键词:直流微电网;下垂控制;分布式二次控制;电压恢复;功率分配
中图分类号:TM 761 文献标志码:A DOI:10.16081/j.epae.201912011
0 引言
近年来,由于环境问题的日益突出和可再生能
源在电力系统中的比重不断提升,分布式能源得到
了迅速发展
[1‐2]
。作为一种解决分布式能源接入电
网问题的方式,学者们提出了微电网的概念
[3‐4]
。微
电网中存在大量光伏、储能装置及燃料电池等具有
直流输出形式的分布式电源(DG),且直流系统不存
在相位同步、谐波和无功功率损耗等方面的问题,提
高了供电的电能质量和可靠性,因此近年来直流微
电网逐渐得到了学者们的重视
[5‐7]
。
在直流微电网系统中,母线电压是反映系统稳
定和源荷功率平衡的关键指标,负荷功率在不同变
流器之间的分配是直流微电网运行的一项重要研究
内容
[8‐10]
。由于下垂控制在无需高频通信的状态下
就能实现负荷功率的共享,满足了分布式接入的需
求 ,因 此 其 在 直 流 微 电 网 控 制 中 得 到 了 广 泛 应
用
[11‐13]
。然而,传统的下垂控制在直流母线电压调
节和负荷功率分配方面存在内在矛盾,线路阻抗以
及变流器输出阻抗也会影响负荷功率的分配精度。
为了解决上述问题,学者们引入了适用于微电网的
二次控制策略,克服了下垂控制带来的缺陷
[14‐16]
。
文献[14]提出下垂控制和母线稳压控制器的组合。
文献[15]提出一种集自适应观测技术、滑模控制方
法、非线性控制实现对母线电压和系统稳定控制的
目标。但该方法下母线电压波动较大,且其对变流
器的调节能力要求较高。文献[16]提出一种集中式
二次补偿控制,其电压偏差被馈送到中央控制器,然
后控制信号被发送给所有的 DG。需要注意的是,这
种集中式控制通常是在单一的控制器上实现的,该
控制器存在一定的限制,如容易遭受单点故障、无法
满足即插即用等要求。文献[17]提出一种以全局通
信的方式得到 DG 的输出电流,利用平均电流共享
的控制方法恢复母线电压。这种集中通信的控制方
法能够克服集中控制对中央控制器的依赖,但对通
信技术的要求较高。
为了克服上述问题,学者们提出分布式二次补
偿控制。从本质上看,二次控制是对传统下垂控制
的改进方案,分布式二次控制即通过各单元本地的
控制器进行二次调节,不需要额外的集中式控制器,
并且利用低宽带通信可以与相邻的控制器进行交
互,这种方法可以避免集中式存在的单点故障问题。
因此,大多数二次控制都倾向于采用分布式控制策
略
[18‐20]
。文献[21]提出一种新的直流微电网分散控
制器,其需要由所有 DG 提供电流的平均值来计算
补偿信号,然后将其添加到常规的下垂控制层中。
但是,该方法没有讨论如何获得电流的平均值。文
献[22]提出一种基于对等稀疏网络的分布式二次调
节策略,该策略利用离散一致性算法,仅通过与邻居
节点的有限通信实现分布式单元功率均分及系统平
均电压的调节。文献[23]提出一种混合方案,包括
用于负荷功率共享的集中式方案和用于母线电压调
节的分布式方案,该方法利用每个变流器的输出电
流的偏差来更新下垂系数。文献[24]提出基于全局
收稿日期:2018-12-09;修回日期:2019-10-03
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51777193);中国博士
后创新人才支持计划资助项目(BX20190126)
Project supported by the National Natural Science Foundation
of China(51777193) and the National Postdoctoral Program
for Innovative Talents of China(BX20190126)