分布式直流微電網分級控制技術研究

付 明，黃 堃

（南瑞集團有限公司，江蘇 南京 210000）

1 分布式直流微電網分級控制方案分析

據有關調查顯示，我國大多數現存的微小型發配電系統中微電網技術的使用率是較高的，而對其進行有效地分析，則體現了對微電網技術的實際應用和技術發展的重視。展開對分布式直流微電網分級控制的研究，需要從控制方案入手，結合實際的控制技術，實現分析和改進。

在對分布式直流微電網分級控制技術進行研究之前，首先需要對其內容和技術控制過程等進行大致的了解和分析。一般分布式直流微電網分級控制技術主要包括3種技術手段和1個通信系統應用。其中，3種技術手段指的是主級控制技術、次級控制技術以及第三級控制技術。1個通信系統應用則根據通信控制和存在方式的不同而分為分散式、集中式以及分布式。在實踐中，對分布式直流微電網分級控制技術進行分析，需要在充分掌握微電網技術應用方案的基礎上展開技術研究和技術創新，從而達到事半功倍的效果[1]。

2 主級控制技術

調查顯示，在對分布式直流微電網分級控制技術進行實際研究時，首要的內容就是針對主級控制技術展開主要的分析，進而有利于開展后期的控制技術內容分析。

具體地，主級控制技術是利用本地電壓控制器中存在的虛擬電阻等因素來進一步優化模塊負荷分配情況，進而實現對分布式直流微電網的控制。在分布式直流微電網的主級控制技術中，基于不同的電壓源變換器之間的控制程度差異，具體的控制方法也分為電流下垂模式與電壓下垂模式。兩者的區別主要表現在一定的測量方法和曲線模式圖的計算等，其中也存在著不同的控制框圖。

此外，在主級控制技術中實現真正的分布式直流微電網的負荷比例分配，則需要借助不等線路的阻抗作用來降低變換器內部的輸出電壓偏差，并對均流精度等內容進行監控，在克服局限性的基礎上，推動主級控制技術的應用。需注意，針對主級控制技術中的比例負荷控制以及電壓調節等方法是需要結合具體的計算內容來展開詳細分析的，只有在準確地掌握了相應數值的基礎上，才能實現對分布式直流微電網控制程度的加強和技術的完善。

3 次級控制技術

次級控制技術是指通過對本地控制器中存在的分散式次級控制器的研究，實施具體、直接的控制方案，完成控制目標。其中，次級控制技術又分為分散式控制、集中式控制以及分布式控制3種，不同的控制方法對應的控制效果也有所差異。

首先，在分散式控制上主要是改變下垂控制的性能帶來的限制，在達到主要控制線路傳輸效果的基礎上完成直流微電網的傳輸工作。分散式控制方法的應用使得整體的分布式直流微電網在負載分配上更加均衡和具有關聯性，也使得輸出電壓可以控制在合理范圍內，并有效改善電壓偏差大的情況，最終優化系統的性能。

其次，在集中式控制上則是主要對信息傳遞工作進行合理的研究和系統適配問題分析。一般低帶寬通信是次級控制技術應用的重要內容，其可以有效地控制不同局域網甚至電力線路的通信狀況，并對相應的負載情況進行合理的改善和研究，降低不良通信的出現頻率。同時，針對集中式的控制方式，則需要針對其通信存在的若干問題進行故障的排除和控制成本的有效控制，提高相應的性價比[2]。

最后，對分布式控制的研究則是通過將分散式控制與集中式控制相結合的方法，在保障合理通信的基礎上，實現對控制技術的性能改善。分布式主要的優點如圖1所示。

圖1 次級控制技術中分布式控制優點分析

4 第三級控制技術

在第三級控制技術中，主要的技術應用內容在于對能量管理系統調度的分析。對第三級控制技術的應用分析主要包括了能量管理系統的調度研究和功率流問題的解決。

具體地，針對第三級控制技術中有關能量管理系統的調度研究，主要是通過對變換器的分析與研究來提高系統運行的效率，最終實現并完成系統的優化工作。但是需注意，針對能量系統的管理還需要對其存在的電池進行必要的保障措施研究，在不斷平衡單元之間的充電狀態的情況下，實現多級控制的應用和效果發揮。

此外，針對相應的功率流問題的解決也主要是通過變換器來實現轉換效率和功率流的優化分析。在第三級控制技術中，主要借助分布式的方法來實現其與刺激控制技術優化和結合，最終實現對分布式直流微電網的能源利用效率的提高。

5 通信系統優化與控制技術

分析分布式直流微電網的控制方案和主要技術可以發現，3種不同的控制技術其本質上是對分布式直流微電網的性能、效率和弊端進行了充分的分析，并從不同程度上對通信技術進行初步的涉及。實際上，在分布式直流微電網的應用中，實現通信系統的優化并促進其與控制技術之間的結合是開展分布式直流微電網研究和技術分析的重要內容。

具體針對通信系統優化與控制技術的分析，是在充分解決其存在問題的基礎上，展開性能的優化分析與控制方案的改良設計。通信系統中存在的問題如圖2所示。

圖2 通信系統問題分析

在開展必要的通信系統優化和控制技術應用上，需要針對性的解決這些問題，并對分布式直流微電網中的控制器和信道帶寬等設備進行整改，全方位的保障技術的應用和通信的暢通。

6 分布式直流微電網分級控制未來展望

（1）降低通信流量。隨著科學技術的發展，分布式直流微電網集群間需要依賴通信網絡來實現協調控制，使得過多通信信息的傳遞引發通信流量擁塞現象。此時，在有限通信帶寬基礎上，要設計一套既可以降低系統通信流量，又能夠滿足性能需求的協調控制方案，以降低信息更新頻率和信息傳遞數量。（2）優化控制算法。在系統拓撲結構變化、外界干擾及部分故障的情況下，為了確保分布式直流微電網能夠快速、高效、穩定的運行，需要在拓撲結構和網絡通信權重方面對一致性控制算法進行優化。實際上，傳統的一致性算法呈現出漸進收斂的趨勢，不滿足短時間響應的要求，此時就需要不斷優化控制算法，使其可以在有限時間內達到一致性收斂。（3）系統性能的分析。分布式直流微電網協調控制對象一般是指通信系統和電力系統，二者是動態相互作用的關系，需要對其穩定性能進行分析，以進一步提高次級控制、三級控制的靈活性、可靠性。

7 結 論

通過對分布式直流微電網分級控制技術的分析與研究，不僅實現了對基本的微電流網局限性的改善，而且也為控制技術的不斷改進提供了借鑒。此外，對不同的分級控制技術的研究，還需要結合實際的影響因素。