基于下垂控制的直流微電網功率共享策略分析與研究綜述

摘 要 直流微電網是光伏發電，風能發電等各種分布式新能源變輸電的有效載體，為 多類型負荷和分布式電源提供了有效的運行方式。但由于微電網中各種分布式電源的出口 參數的不一致或存在本地負荷，導致了負荷端的功率分配精度降低，降低了電源運行效率; 并且由于線路中阻抗的存在，導致了母線電壓偏差的問題。本文主要分析了國內外基于下 垂控制的直流微電網功率共享的研究;對比了改進后下垂控制與傳統的下垂控制的優缺點。

關鍵詞 直流微電網;下垂控制;功率共享;電壓平衡;控制策略

前言

隨著新能源發電技術的日趨成熟，迫切需要能獨立運行滿足當地負荷并且與傳統電網（主網）能有效協同的輸變電網絡，微電網的概念由此被提出來。微電網具有聯網運行和獨立運行兩種工作模式，它是一種集成的分布式電源，通過電力電子變換裝置實現能量的控制和轉換[1]。

1直流微電網的功率共享策略

直流微電網的功率分配是通過模擬同步發電機的下垂特性完成的，即通過P/f下垂控制和Q/v下垂控制來實現對有功功率和無功功率的合理分配，穩定出口電壓。直流微電網中功率分配下垂控制的基本原理是各個逆變器利用下垂特性得到電壓頻率和幅值的指令值，并通過指令值反相調整功率，使得有功功率和無功功率的有合理搭配[2]。下面是逆變器電壓頻率和幅值的下垂特性：

ω-ω_0⁼-K_p（p-p_o）

?₀= ?（ ?₀）

其中，Po和Qo分別為并網逆變器的額定有功功率和無功功率，ωo和Uo分別是逆變器的額定角頻率和額定電壓，k_p和K_q為逆變器的下垂系數。需要注意的是微電網的下垂特性是人為的內置到逆變器里面的，與傳統同步發電機的下垂特性有著本質上的區別。下垂控制原理圖如下：

傳統的下垂控制是在并聯逆變器電感較大時推導出來的，而不同電壓等級的輸電線路對應著不同的阻抗：

由上表可以得知，電壓等級越低，對應的阻感比越大;隨著輸電距離的增加，線路電阻也會增加，造成阻感比進一步增大。

由于并網逆變器的出口參數的不一致，而且存在本地負荷，導致了負荷功率分配精度的下降，不能充分的利用分布式電源;由于輸電線路中存在阻抗，隨著輸變電距離的增加，不能被忽略，造成了母線電壓偏差的問題，影響電能質量。一些改進的下垂控制方法被提出來，改善這兩個問題。

2直流微電網的功率共享方法研究

直流微電網中存在的功率分配精度下降和電壓偏差問題，嚴重影響了電網的運行效率和電能質量，迫切需要設計相應的控制策略合理地分配有功和無功功率，提高功率共享的精度，平衡電壓偏差。

2.1 基于虛擬電阻的直流微電網下垂控制

在傳統下垂控制的互聯操作中，缺少考慮線性阻抗對直流微電網的影響。研究在下垂環節中引入虛擬阻抗對消線路中的阻抗，可以降低線路阻抗不匹配對負荷分配的影響。該控制策略提出了一種基于P ?控制器的新型控制方法，通過改變有效的下垂增益來引入虛擬阻抗實現電壓的良好調節和負載的精確分配。這種方法的新穎之處在于，在單獨地區電源之間不需要進行通信;提高了功率的分配精度和母線電壓的控制精度，并且變換器安裝在當地，滿足了分布式的要求，具有安裝簡單，即插即用的應用特點。

2.2 基于主單元頻率迭代的微電網下垂控制

該控制策略提出了一種基于主從的頻率控制方式，虛擬頻率由主單元疊加的得到，從單元根據相應的基于頻率的下垂特性確定它們的輸出功率。電源電壓被認為是一個主單元，它將一個頻率疊加到直流鏈路電壓上。其他單元包括可調度單元和不可調度單元，通過利用直流鏈路電壓的疊加頻率和提出的下垂特性，作為支持電流源變換器的網格運行。

2.3 基于低帶寬通信的微電網下垂控制

通過增加電流的方式來線性的增加電壓是實現下垂控制的傳統方法，但這樣有兩個主要的缺點，一是使得電流的分配精度降低，二是增加電壓偏差。該控制策略提出了一種基于低帶寬LBC通信的分散控制方法，各逆變器在完成各自出口處的平均電壓和電流的估算，LBC系統只是用來交換電壓電流信息，通過獲取相鄰分布式微電源的電氣信息，從而改善負荷功率分配精度。

2.4 基于自適應的微電網下垂控制

該控制策略只要是通過推導虛擬電阻，增加電壓和電流的雙環比例積分控制器，得到了改進的自適應下垂控制傳遞函數，基于此傳遞函數得到自適應的下垂控制策略。該控制策略考慮了當地負荷和在不同的線性電阻水平下的下垂動作時延，有利于提高電壓分配的精度。

3結束語

隨著新能源技術的發展，主要服務于新能源的分布式能源網絡，微電網的建設與研究得到越來越多研究學者的關注。微電網下垂控制策略的研究趨向多元化，對于下垂控制中存在的功率分配精度和電壓偏差問題，要因地制宜地選擇和設計控制策略，以提高微電網運行的穩定性和高效性。

參考文獻

[1] 張曉雪，牛煥娜，趙靜翔.含微電網的配電網優化調度[J].電工技術學報，2017，32（7）：165-173.

[2] 李聰.基于下垂控制的微電網運行仿真及小信號穩定性分析[D].成都：西南交通大學，2014.

作者簡介

王宏東（1996-），男，現就讀學校：廣州大學機械與電氣工程學院碩士研究生在讀，研究方向：微電網功率分配。