- 頭條直流微電網負載均流控制的新策略2021-04-28 作者：佟子昂 武建文 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語隨著新能源發電技術的快速發展，直流微網變換器并聯導致的功率分配不均和母線電壓控制問題引起了廣泛關注。目前，直流微網的大部分均流策略依賴系統或級間通信，均流效果受通信系統的可靠性影響。 北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院、北京科技大學自動化學院的研究人員佟子昂、武建文、馬速良、蔣原、羅曉武，在2019年第24期《電工技術學報》上撰文，提出一種面向多臺直流變換器并聯運行，基于主動電壓擾動的負載均流控制策略。無需通信，各直流變換器根據擾動前后本地的電氣參數獲取母線負載信息，據此實現多臺直流變換器負載電流的均衡分配，同時將母線電壓補償至額定值；采用主動擾動方式，對電能質量影響小而可控。
近年來，隨著分布式能源概念的興起和應用，新能源的配電技術也不斷發展和更新。光伏、風電及燃料電池等分布式能源（Distribute Energy Resource, DER）能量輸出具有隨機性、不連續性，通過組成交流微電網、直流微電網或混合微電網的形式再實現并網，可減緩對主網運行穩定的影響。直流微電網以直流配電方式為主要電能傳輸分配方式，憑借其高可靠性、高效能和易擴展的特點，在新能源電力網絡、航天系統及商業樓宇等獨立供電系統中具有廣闊的應用前景。
直流微電網由于不存在交流微電網的無功補償、相位頻率的耦合控制問題，其能量的管理協調控制相對直觀清晰，利于微電網系統的容量擴展，但直流微電網仍然有亟待解決的技術挑戰。隨著直流微電網容量的不斷擴大，發電單元數量的不斷擴充，線路參數的隨機性和發電單元自身參數的不一致性將越發顯著，由此引起的直流變換器的負載電流分配不均不利于各并聯單元的穩定運行，降低直流母線電壓品質，嚴重時會導致整個微電網無法正常運行。因此，并網變換器間的負載功率分配問題是研究的熱點之一。
圖1 直流微電網結構示意圖
針對這一問題，相關學者提出了多種均流控制策略以保障發電單元的能量分配平衡，按照管理控制形式主要可分為兩類：有互聯線的集中通信控制和無互聯線的分散自律控制。其中集中通信控制由管理控制中心向各變流器單元發出調度指令，實現發電能量的調控分配。這種控制策略對通信網絡有很強的依賴性，不僅增加了控制難度，系統的通信帶寬以及抗干擾能力也將直接影響變換器間的均流效果和微網系統的穩定性。
有學者為降低通信成本，提出基于低帶寬通信的直流微網變換器均流技術，通過雙環調整實現了下垂系數的動態調整。有學者針對直流微電網采用分層式控制結構，通過與相鄰單元通信實現全網均流目標。
以上控制方法在降低通信網絡成本方面進行了深入研究，但其均流效果仍依賴于通信網絡可靠性。分散自律控制指各發電單元根據本地變量實現能量輸出控制。這種方法結合直流變換器的工作特性曲線，大多采用下垂控制策略引入虛擬阻抗概念，在線路阻抗不可忽略時，以降低變換器出口電壓為代價，實現負荷功率的均衡分配。
有學者提出采用自適應控制實現均流目的，通過動態改變虛擬阻抗的方法調整直流變換器輸出阻抗，進而實現負載均流，該方法仍無法完全脫離通信手段。有學者以電壓變化率為信息載體，提出了一種適用于混合儲能系統的無互聯通信網絡的功率分配策略。
由上可知，目前直流微電網的負載均流策略無論是集中控制還是分布式控制，大部分都依賴于系統級或者單元間通信。同時，雖然基于虛擬阻抗的下垂控制可以解決線路參數不一致的問題，但是卻造成了直流母線電壓的跌落，并且在無通信手段時均流效果不佳。線路阻抗和指令電壓不一致是導致并聯直流變換器輸出電流不均的主要原因，且負載阻抗的變動可能會加劇輸出功率不均衡程度。
圖2 直流變換器并聯運行實驗平臺
基于上述問題，北京航空航天大學自動化科學與電氣工程學院、北京科技大學自動化學院的研究人員提出一種提出了一種在無通信網絡或者通信實時性較低的場合下，基于主動電壓擾動的直流微電網均流控制策略，適用于線路阻抗參數已知、網架結構已經建成的直流微電網中。
該方法通過監聽本地擾動前后出口參數的變化獲取母線負載信息，進而實現多臺直流變換器的均流目標，無需各臺直流變換器通信。同時，通過補償線路阻抗引起的母線電壓跌落，提高直流母線上的電能質量。本負載均流策略對于在直流微電網中實現功率分配，具備一定的指導意義。本方法針對阻性負載研究，有關負載性質對本均流控制策略的影響，將在后續研究中深入分析。
相關研究成果已發表在2019年第24期《電工技術學報》上，論文標題為“一種基于主動電壓擾動的直流微網負載均流控制策略”，作者為佟子昂、武建文、馬速良、蔣原、羅曉武。
