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隨著環(huán)境問(wèn)題的日益突出以及可再生能源在電力系統(tǒng)所占比重的逐年上升，分布式能源得到了廣泛的關(guān)注。為了更好地解決分布式能源接入電網(wǎng)的問(wèn)題，學(xué)者們引入了微電網(wǎng)的概念。微電網(wǎng)技術(shù)代表著未來(lái)分布式能源供應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，也是未來(lái)智能配用電系統(tǒng)的重要組成部分。

在直流微電網(wǎng)中，太陽(yáng)能光伏（Photovoltaic, PV）、燃料電池和風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能大多是直流電或者非工頻交流電，且直流系統(tǒng)中不存在相位同步、諧波以及無(wú)功損耗問(wèn)題，提升了供電的質(zhì)量及可靠性。因此，直流微電網(wǎng)得到了快速的發(fā)展。

直流微電網(wǎng)作為主網(wǎng)的一部分，既可與交流大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可獨(dú)立運(yùn)行。在孤島模式下，微電網(wǎng)失去了交流大電網(wǎng)的功率支撐，出力具有不確定性的可再生分布式能源會(huì)對(duì)母線電壓造成波動(dòng)，這時(shí)通常在微電網(wǎng)中配備一定容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)，利用儲(chǔ)能單元的快速充放電特性補(bǔ)償可再生能源和負(fù)載之間的功率不平衡，穩(wěn)定母線電壓。

當(dāng)在直流微電網(wǎng)中部署多個(gè)蓄電池儲(chǔ)能單元（Battery Storage Units, BSUs）時(shí)，需要對(duì)儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)（State of Charge, SOC）進(jìn)行控制，以防止SOC超出范圍，并通過(guò)將BSUs的SOC值維持在相近水平來(lái)延長(zhǎng)電池的使用壽命。

對(duì)于多儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制器一般采取集中式的方法，但是由于集中式控制器的可靠性不高，一旦局部發(fā)生故障，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)故障，因此對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)分布式控制的研究也越來(lái)越多。目前，對(duì)于分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率分配所采用的技術(shù)大都基于下垂控制。

此外，在微電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，BSUs的SOC也在實(shí)時(shí)發(fā)生變化，為了避免單個(gè)電池的過(guò)充過(guò)放和BSUs之間的循環(huán)電流，須對(duì)系統(tǒng)功率分配進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)內(nèi)各組BSUs荷電狀態(tài)趨于一致。

• 有學(xué)者提出了一種基于自適應(yīng)的下垂控制用于調(diào)節(jié)各組BSUs的SOC，可實(shí)現(xiàn)SOC水平高的BSU輸出功率大，SOC水平低的BSU輸出功率小，但由于采用了分散式的下垂控制結(jié)構(gòu)，線路阻抗的存在會(huì)影響功率分配的精度并且自適應(yīng)下垂控制導(dǎo)致下垂系數(shù)會(huì)隨著SOC水平的降低而增大，從而導(dǎo)致母線電壓與參考值的偏差變大。
• 有學(xué)者提出了一種規(guī)則化的能量管理方法，實(shí)現(xiàn)了含多組儲(chǔ)能系統(tǒng)的大規(guī)模光伏電站電力調(diào)度，但因該種方法基于集中式控制，依賴大規(guī)模通信，系統(tǒng)可靠性不高。
• 有學(xué)者提出一種主從結(jié)構(gòu)的分布式二次控制器，主控制器用于調(diào)節(jié)母線電壓，次控制器用于實(shí)現(xiàn)SOC均衡以及功率分配。但這種結(jié)構(gòu)的主控制器須保持與各個(gè)次控制器的通信，一旦一條通信鏈路發(fā)生故障，則會(huì)導(dǎo)致控制器失效。
• 有學(xué)者提出一種用于直流微電網(wǎng)的新型分散控制器，利用低帶寬通信的可靠性，實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)與相同的負(fù)載分擔(dān)，有效地解決了集中式控制器依賴高速通信并且容易發(fā)生單點(diǎn)故障、可靠性差、無(wú)法滿足即插即用性等問(wèn)題。
• 有學(xué)者提出一種實(shí)時(shí)更新下垂系數(shù)的自適應(yīng)下垂控制，這種方法使用經(jīng)典比例積分（Proportional Integral, PI）控制器調(diào)整下垂參數(shù)。因此，在系統(tǒng)參數(shù)或負(fù)載條件變化很大的情況下，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生較大的波動(dòng)。
• 有學(xué)者基于粒子群優(yōu)化（Particle Swarm Optimization, PSO）算法和遺傳算法之類的最佳優(yōu)化算法來(lái)尋找虛擬阻抗的最優(yōu)值，從而將電流共享誤差降至最低。盡管這種方法不需要通信，但是算法計(jì)算量大，導(dǎo)致系統(tǒng)不能在線優(yōu)化。

在上述背景下，浙江工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院等單位的科研人員針對(duì)多組儲(chǔ)能單元與多組光伏系統(tǒng)構(gòu)成的孤島直流微電網(wǎng)，提出一種基于滑模控制的直流微電網(wǎng)一致性控制策略。實(shí)現(xiàn)了各單元之間的功率合理分配，所采用的分布式控制僅需要系統(tǒng)本地變流器的測(cè)量信息以及相鄰變流器節(jié)點(diǎn)的測(cè)量信息即可使得全局控制變量趨于一致，不依賴于高速通信，可靠性高。系統(tǒng)通過(guò)電壓觀測(cè)器對(duì)系統(tǒng)中的電壓進(jìn)行觀測(cè)，以實(shí)現(xiàn)平均直流母線電壓。在二次控制中采用滑模控制（Sliding Mode Control, SMC）用于控制每個(gè)變流器的輸出電壓與輸入電流，可以快速地完成輸出電壓以及電流的控制。

圖1 控制框圖

為了評(píng)估所提方案在實(shí)際中的動(dòng)態(tài)性能，科研人員使用Matlab/ Simulink搭建了含四組變流器、蓄電池及光伏電池的微電網(wǎng)。仿真結(jié)果表明，所提分布式控制方案保持了變流器之間依據(jù)SOC狀態(tài)的精準(zhǔn)功率分配，并且在負(fù)載動(dòng)態(tài)狀態(tài)下也可以將直流母線電壓恢復(fù)至參考值。此外在負(fù)載投切與PV波動(dòng)案例分析中，將SMC控制器與傳統(tǒng)PI控制器進(jìn)行比較，驗(yàn)證了所提SMC控制器較好的魯棒性以及快速響應(yīng)，改善了微電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)性能。

本文編自2021年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊2，論文標(biāo)題為“基于滑模控制的直流微電網(wǎng)一致性控制策略”，作者王宇彬、楊曉東 等。