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光伏、儲能等直流型分布式電源的增加促進了直流微電網(wǎng)的發(fā)展。相比于交流微電網(wǎng)，直流微電網(wǎng)具有結構簡單、控制容易、供電容量大、電能質量高等優(yōu)點。根據(jù)是否存在中線，可將直流微電網(wǎng)分為單極和雙極直流微電網(wǎng)。

相比于單極直流微電網(wǎng)，雙極直流微電網(wǎng)提供更多電壓等級接口，電壓等級可靈活變換，同時其對AC-DC變換器的利用率高。此外，當某一極發(fā)生故障時，另一極可繼續(xù)保持運行，系統(tǒng)具有更高的可靠性和安全性。但正、負極的電源，負荷和線路參數(shù)等不平衡會在中線產(chǎn)生不平衡電流，進而增加線路損耗，同時使正、負極母線電壓偏離額定值。

當某一節(jié)點的負荷嚴重不平衡時，不平衡度可能超標，甚至觸發(fā)中線的不平衡電壓保護。為靈活調節(jié)雙極直流微電網(wǎng)的電壓不平衡度，同時使母線電壓運行在合理范圍內，須采取一定的分布式協(xié)同控制策略，保證直流負荷的正常運行。

圖1 雙極直流微電網(wǎng)結構示意圖

針對雙極直流微電網(wǎng)的不平衡電壓抑制，目前主要有三種策略：①采用可抑制不平衡電壓的AC-DC變換器；②在AC-DC變換器的出口安裝電壓平衡器；③采用負荷切換開關調整直流負荷的供電極性。

由文獻分析可知，雙極直流微電網(wǎng)的不平衡電壓的抑制可從源側和網(wǎng)側出發(fā)，通過增加不平衡補償控制環(huán)節(jié)減小不平衡電流引起的線路損耗和電壓偏差，但均只考慮單個變換器的不平衡電壓抑制，而未考慮不同節(jié)點變換器間分布式電源參與不平衡度調節(jié)的協(xié)調能力。因此應進一步研究雙極直流網(wǎng)絡中不同節(jié)點變換器母線電壓及不平衡度的協(xié)調控制，當負載和供電功率在大范圍變化時，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

基于一致性理論的分布式協(xié)同控制策略結合了集中式控制和分散式控制的優(yōu)點，有利于協(xié)調多個變換器的不平衡電壓控制。在直流微電網(wǎng)中各單元能夠依據(jù)自身和相鄰單元的信息實時更新自身狀態(tài)，共同完成協(xié)調控制。

經(jīng)文獻分析可知，目前研究均針對單極直流微電網(wǎng)中不同變換器間的協(xié)調控制，而未考慮雙極直流微電網(wǎng)結構。雙極直流微電網(wǎng)因其系統(tǒng)結構中含有中性線，極間電壓不平衡成為其特有的電能質量問題，負載功率、網(wǎng)絡結構參數(shù)等電氣量的不平衡及中線阻抗上的壓降均會使正、負極電壓進一步偏離額定值，從而對直流母線電壓偏差補償及雙極直流微電網(wǎng)的功率分配產(chǎn)生影響。因此針對雙極直流微電網(wǎng)，還需設計專門的極間不平衡電壓控制器，控制正、負極電壓的不平衡度在合理范圍內，才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運行。

重慶大學的研究人員將一致性理論應用到雙極直流微電網(wǎng)的不平衡電壓控制中，通過對多個分布式電源變換器的分布式協(xié)同控制，實現(xiàn)雙極直流微電網(wǎng)的不平衡電壓控制。

圖2 仿真結構示意圖

研究人員在雙極直流微電網(wǎng)的一次控制中采用電壓下垂控制，同時根據(jù)一致性理論，結合電壓不平衡度與正負極電壓之間的關系，提出雙極直流微電網(wǎng)的分布式協(xié)同控制策略。通過設計不平衡電壓觀測器和不平衡度控制器，使母線電壓維持在額定值，并實現(xiàn)了極間電壓不平衡度趨于一致。

他們通過對系統(tǒng)進行穩(wěn)定性分析，從理論上驗證了所提控制策略的穩(wěn)定性和可靠性。最后在Matlab/Simulink中建立雙極直流微電網(wǎng)仿真模型，并搭建實驗平臺，仿真及實驗結果表明所提控制策略不僅在電網(wǎng)常規(guī)運行中有效，在負載變化和通信網(wǎng)絡變化時同樣具有良好的有效性。

圖3 實驗平臺

研究人員最后得出分析結果：

1）通過設置電壓觀測器，可在負荷及網(wǎng)絡參數(shù)變化時，動態(tài)調整各負荷節(jié)點的電壓參考值，通過減小母線電壓與額定值之間的偏差，提升雙極直流微電網(wǎng)電壓質量，并實現(xiàn)網(wǎng)絡的正、負極母線平均電壓趨于一致。

2）在電壓觀測器的基礎上，增加不平衡度控制器，可使網(wǎng)絡中各負荷節(jié)點的電壓不平衡度趨于一致，從而最大限度地利用分布式電源的電壓調節(jié)能力，減小功率波動較大時的電壓失衡，有利于雙極直流微電網(wǎng)的功率平衡。

3）在電壓下垂控制的基礎上增加一致性控制，可達到雙極直流微電網(wǎng)的分布式協(xié)同控制。該控制策略可靈活應對負荷及通信網(wǎng)絡時變的情況，保證直流負荷及整個雙極直流微電網(wǎng)的正常、穩(wěn)定運行。

以上研究成果發(fā)表在2021年第3期《電工技術學報》，論文標題為“基于分布式協(xié)同的雙極直流微電網(wǎng)不平衡電壓控制策略”，作者為楊美輝、周念成 等。