- 頭條一種用于消除孤島微網結構擾動的魯棒控制策略2021-07-05 作者：孫孝峰 馬宏磊 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語分布式發電裝置通過固態變壓器接入配電網中，利用通信系統，可形成智能電網。智能電網孤島運行時，利用其可進行通信的優勢，采用主從控制。系統運行過程中，若從機出現故障，切除或修復故障以后重新并入，會改變系統的結構，從而影響系統的穩定性。針對此問題，電力電子節能與傳動控制河北省重點實驗室（燕山大學）、電磁變換與探測河南省重點實驗室（洛陽師范學院）的研究人員孫孝峰、馬宏磊、賈磊磊、李昕，在2020年第11期《電工技術學報》上撰文，分析了主機模型的不確定性，然后基于混合靈敏度問題設計用于微網主從控制的魯棒控制器。主機采用所設計的魯棒控制器為整個系統提供電壓支持。通過所設計的魯棒控制器，增強了系統電壓對于從機數量變化帶來的擾動的魯棒性，使得從機數量或者負荷發生改變時整個系統電壓幅值和頻率仍能保持穩定。
隨著社會的發展，資源和環境帶來的壓力也在不斷的增大，整個社會對于環境、節能和可持續發展提出了越來越高的要求。分布式發電（Distributed Generation, DG）和分布式儲能裝置（Distributed Energy Storage Devices, DESDs）的應用可以有效地緩解資源匱乏和環境問題。但是隨著大量的DG和DESDs以微網的形式并入配電網中，對配電網甚至輸電網的電壓、電能質量、系統保護和調度等各個方面都帶來了新的挑戰。
帶有交流和直流接口的固態變壓器（Solid State Transformer, SST）相比于傳統的工頻變壓器，具有體積小、質量輕、損耗小、不需要絕緣油等優點。通過電力電子技術，SST不僅可以實現變壓功能，同時還具有平衡功率，改善電能質量以及為各種設備提供標準化接口等多種功能，因此，選用SST作為分布式發電和儲能裝置的并網接口裝置，可以更好地對能源進行管理，解決DG和DESDs并入配電網中帶來的問題。
通過SST，各分布式發電和儲能裝置，接入配電網中，同時將通信技術應用到系統中，SSTs之間通過彼此間的通信來優化整個系統的功率潮流，此時，帶有SSTs的整個系統就成了一個智能電網。
建立電力電子等級的智能電網難點在于如何保證系統在孤島模式下的穩定性。孤島模式下，需要有效的控制方法來維持系統的電壓和頻率穩定，從而保證整個系統的正常運行。智能電網系統可以實現通信，利用這一優勢，系統可采用主從控制結構。
主從控制策略是指系統中某一個單元被控制為主控制器，其余作為從控制器的控制方式。但是為了保證系統的穩定，需要在設計階段就考慮到系統的不確定性。魯棒控制理論是專門針對不確定系統進行控制系統設計的控制理論，已被廣泛用于電力電子相關的控制研究中。
混合靈敏度問題既考慮了對系統干擾的抑制問題，又考慮了系統模型的不確定性問題。因此，針對現有控制策略過于復雜，且未考慮高壓直流側電壓擾動對系統穩定性的影響等問題，電力電子節能與傳動控制河北省重點實驗室等單位的研究人員，提出了一種基于混合靈敏度的H∞魯棒控制策略。
該控制策略中，微網系統進入孤島狀態時，將系統中帶有最大儲能裝置的SST控制為電壓源，作為主機維持系統的電壓和頻率的穩定，相當于電網。剩余所有SST控制其末端輸出電流，仍類似于工作在并網模式下。
孤島狀態下，主機為整個網絡提供電壓支撐，因此系統的穩定性問題就轉換為主機的輸出電壓穩定性問題。然后通過將主機電壓穩定性問題轉換為混合靈敏度問題，設計用于主機的H∞魯棒控制器，增加主機抑制由不確定性帶來的擾動的能力，從而增加整個系統的魯棒性，使得系統在受到結構擾動時，仍然可以穩定運行。
圖1 系統結構圖
圖2 硬件在環實驗平臺
研究人員首先建立了主機SST的模型，對SST的不確定性進行分析，將系統的穩定性問題轉換為主機輸出穩定問題。然后利用混合靈敏度法，選取恰當的加權函數，設計用于主機的H∞魯棒控制器。最后通過Matlab/Simulink仿真平臺及RTDS硬件在環實驗平臺，驗證了所提方法可有效抑制從機數量變化時對系統電壓穩定的影響。
以上研究成果發表在2020年第11期《電工技術學報》，論文標題為“一種用于消除孤島微網結構擾動的魯棒控制策略”，作者為孫孝峰、馬宏磊、賈磊磊、李昕。
