面向山區的蜂巢狀有源配電網多工況控制策略

傅 穎，楊成鋼，胡洪濤，陳揚哲，江道灼，方逸宣，吳昊天

（1.國網浙江省電力有限公司麗水供電公司，浙江 麗水 323000；2.國網浙江松陽縣供電有限公司，浙江 麗水 323400；3.浙江大學 電氣工程學院，杭州 310058）

0 引言

我國山區（包括山地、盆地和高原）總面積達663.6 萬km2，占據全國三分之二的領土面積。隨著我國“鄉村振興”戰略的全面推進，山區用電負荷總量快速增長，用電需求種類趨于多樣化，負荷特性日漸復雜，集聚效應逐漸凸顯；另一方面，山區內小水電、風電、光伏等可再生能源儲量較大，能源種類多樣，具有較大的開發潛力。但是，目前山區配電網配電線路供電半徑長，聯絡率低，轉供能力受限，長期受災害性天氣及“樹線矛盾”的困擾，故障率明顯高于城區配電網，而運維力量薄弱、自動化程度低、交通不便等原因導致故障修復時間長、停電范圍大，嚴重影響了山區供電的可靠性；山區配電網中電源與負載分布不均衡，而常用的小水電、光伏等可再生能源存在單機容量小、調節能力弱的缺點，配電網整體調節能力較差，不利于可再生能源的大規模接入[1-4]。

微電網的提出為提高山區供電可靠性、開發利用山區配電網可再生能源提供了新思路。微電網內供電半徑短，故障概率相對較低，提高了山區配電網供電可靠性；微電網內儲能與本地負載可以對可再生能源進行就地消納，增強了配電網整體的調節能力，便于可再生能源進一步接入電網。但是單個微電網系統慣量弱，故障特性不明顯，同時存在抗干擾能力差、故障難以快速響應等問題，限制了微電網在山區配電網的進一步應用[5-7]。

隨著電力電子設備與控制技術的快速發展，跨網絡的多端口能量控制、配電網的雙向潮流問題已得到部分解決，多微電網能夠以微電網群方式連接，通過群內微電網之間的能量調度增強彼此間的供電可靠性。在這一方面，以能量路由器為代表的智能軟開關正成為研究熱點[8-11]，但仍有待深入研究。

山區存在豐富的太陽能、水能與風能，這些能源具有強間歇性與強隨機性，負載自身有一定波動性，對配電網調節能力要求較高，需要研究統一協調調度微電網群內“源-荷-儲”的控制策略，保證在遭遇發電功率或負載功率突變時，配電網仍能穩定運行。現有的微電網運行策略大多直接采取下垂控制等分布式控制策略以降低通信需求，但是一般來說下垂控制并不具備微電網內“源-荷-儲”的調度能力。使用集中式控制能進行效果較好的“源-荷-儲”協同控制，但對于通信帶寬的需求大大增加，而且集中式控制受單點故障影響較大，控制可靠性相對較差[9-12]。

文獻[12]提出了直接采用下垂控制來實現不同微電網之間功率交換的方法，但這種協調控制需要微電網之間保持通信，損耗較大。文獻[13]提出了一種特定能量路由器的拓撲形式，各個端口能夠實現一定量的功率交換，但交換量受限，不適用于山區用電量逐步增大的情況。文獻[14]提出了多微電網群柔性聚合與分層控制的方法，但是在微電網之間缺乏儲能系統，微電網群的功率不平衡均需要上級電網調節，降低了微電網群的自治運行能力。文獻[15]介紹了一種基于能量交換基站的微電網群拓撲，但對不同工況下的運行情況缺乏討論，且這種拓撲基于遠海島嶼的特定情況，缺乏普適性。文獻[16]提出了一種全新的配電網結構——HADN（蜂巢狀有源配電網），這種結構為解決微電網群互聯與協調控制問題提供了有效途徑，但僅進行了探索性研究，缺乏具體策略。

本文針對前述山區配電網現狀，結合HADN概念，提出一種適用于山區的有源配電網拓撲結構。針對該結構設計分層控制架構，制訂多工況控制策略，實現HADN 的穩定運行以及微電網間、微電網與基站間功率傳輸等功能。最后，在MATLAB/Simulink 中對所設計控制策略的有效性進行仿真驗證。

1 適用于山區的HADN 拓撲

1.1 HADN 簡介

在HADN 模型下，相鄰微電網通過智能能量/信息交換基站（以下簡稱“基站”）連接[16]。各相鄰的微電網構成微型供/用電系統，通過基站實現功率交換，達成新能源就地消納與配電網整體供需基本自平衡。在這種環狀連接方式下，微電網群間不存在電磁環網，配電方式更為靈活。基站在微電網內新能源波動等情況下，可以及時通過儲能進行響應，增強了配電網整體對可再生能源的消納能力。在微電網內部故障時，基站可以限制故障規模，避免單個微電網故障影響整體配電網，提高了配電網的可靠性。

HADN 拓撲結構如圖1 所示，其中：六邊形部分均為包含“源網荷儲”的微電網，經過合理設計的微電網能夠為用戶供電，也能夠接受用戶發電，每個六邊形的面積代表每個微電網的供電區域；三角形部分代表基站，基站直流母線是微電網間功率交換的通道；相鄰微電網通過各自的PCC（公共連接點）與基站實現互聯，從而組成HADN整體。正常工作環境下，各微電網內部電源、負荷、儲能已經進行合理設計，自有小微電源與負荷之間基本保持供需平衡，微電網均運行在類孤島模式下，一般無需與基站發生功率交換；當某一微電網出現功率異常或發生故障時，與其關聯的基站能夠根據微電網運行狀態進行決策與調度，協調微電網間的功率分配。

圖1 HADN 拓撲結構

HADN 中的各個微電網通過基站相連。基站由直流母線、儲能模塊、變換器等模塊組成，具備本地決策功能，能夠根據相連微電網運行狀態與自身儲能狀態，對微電網的功率請求進行響應；同時基站可以接收上層控制器調度指令，輔助實現如經濟運行、功率緊急調度、故障響應等功能。其結構如圖2 所示。

圖2 基站結構

基站在蜂巢狀配電網拓撲中起到了重要作用。一方面，基站隔離了各個微電網，避免故障在微電網群的傳導；另一方面，基站通過和周邊微電網進行功率交換，平衡微電網功率，保證微電網穩定運行，并提高微電網的清潔能源消納能力。微電網與基站的連接形式并不是固定的，對于可靠性要求較高的微電網，可以連接多個基站以保證基站對微電網的功率支援能力。位于配電網邊緣或可靠性要求較低的微電網，可以降低連接的基站數量。

1.2 山區HADN 架構

基于HADN 構成的山區配電網拓撲如圖3所示。地理位置相近，且微電網內部功率供需基本平衡的3 個山區微電網通過基站連接組成HADN。正常工況下，各微電網獨立運行，無需與基站進行功率交換。當微電網出現功率不平衡時，基站根據微電網優先程度、基站自身儲能容量等因素，確定對微電網功率的響應額度。

圖3 山區微電網群拓撲結構

2 功能設計與工況分析

HADN 允許交流微電網與直流微電網接入。在正常工況下，每個微電網獨立自治運行，調度層不干涉微電網的運行與控制；對發生功率不平衡的微電網，基站與其他關聯的微電網根據本地決策指令，對該微電網予以一定的功率支撐；基站能夠識別接入的微電網的故障并進行相關處理，對可能危及配電網整體運行的故障及時切斷功率聯絡并進行快速隔離，在微電網故障結束后重新建立功率聯絡；當基站自身發生故障時，通過閉鎖換流器的方式將故障基站和周邊微電網隔離開，對周邊微電網的影響較小。

在實際運行過程中，可以將HADN 分為以下幾種工作模式：功率自平衡、功率不平衡、系統穩定性保護。

2.1 功率自平衡

正常工況下，各微電網內部自有小微電源（包括儲能電源）與負荷之間基本保持供需平衡。此時微電網獨立運行，不需要與其他微電網間發生功率交換，也無需向基站發送請求。部分HADN中的微電網包含內部儲能，當該微電網出現功率不平衡時，首先應由微電網內儲能動作，當內部儲能不能滿足需求時，再向外部基站請求功率。

2.2 功率不平衡

當某微電網出現可再生能源出力波動、負載功率波動等微電網自身無法消納的功率不平衡時，該微電網向與其互聯的各個基站發送功率請求。與其互聯的基站能夠根據請求功率大小與本地決策算法判斷實際功率交換值，并通過下層控制實現微電網與基站之間較為精確的功率交換。

實際功率傳輸大小受到多方面約束。除變換器容量等器件因素外，為延長基站使用壽命，避免基站儲能過度充電或過度放電，規定了儲能SOC（荷電狀態）的上限與下限，達到上限時儲能只能向外輸出功率或不工作，達到下限時儲能只能吸收功率或不工作，此時與之相連的微電網內的功率不平衡可能無法得到完全響應。

2.3 系統穩定性保護

在上述工作模式中，基站的直流母線電壓需要維持在額定值。基站內部配置有一定的儲能，負責維持基站的直流母線電壓。但遇到部分極端惡劣天氣，多個微電網乃至部分基站被迫退出運行時，直流母線電壓可能越限，此時需要系統進入停機模式。

3 HADN 分層控制策略

分層控制的第一層為調度層，或者稱為決策層，具有最高的優先級；該層負責收集相鄰各微電網與基站的運行狀態，通過系統通信與站間通信進行處理和決策，發出調度指令后下屬基站根據自身工作情況響應調度。第二層級為基站層，基站監控相鄰各微電網功率平衡狀態，結合基站儲能剩余容量，進行相應功率決策；基站儲能變換器基于當前具體工況，維持系統內的功率平衡與基站直流母線電壓穩定。第三個層級為變換器層，通過相應控制策略實現各微電網在正常工況下的穩定運行。具體分層控制策略如圖4 所示。

圖4 分層控制策略

調度層策略關聯到實時電價、電力市場與信息共享等因素，涉及較大規模的系統。本文主要關注HADN 的多工況控制，研究系統規模相對較小，主要介紹基站層與變換器層的控制策略。

3.1 基站層控制策略

根據微電網群運行需求，基站層需要監控各微電網的功率情況，進行功率不平衡量估算；然后根據基站儲能運行情況，確定基站功率交換的約束條件；最后，根據本地決策算法得出基站對各微電網的應交換功率量。

3.1.1 微電網功率不平衡估算

在HADN 規劃中，微電網內部具有足額的無功補償，因此基站在進行功率不平衡估算時僅需考慮有功功率。由于微電網內發電設備、負載的數量較多，且直接測量功率會涉及數據同步性問題，本文不直接測量微電網內部發電設備的出力與負載功率，而采用一種獲取微電網運行狀態的間接測量方法。

對于下垂控制的交流微電網，其正常運行狀態應工作在額定頻率下。對于下垂控制，有：

式中：P 為微電網內各電源輸出的功率之和；P0為其額定值；f 為微電網PCC 電壓頻率；f0為其額定值；kp為微電網內所有電源的等效下垂系數。

微電網內部的分布式電源隨時可能接入或退出運行，kp不能視為一個恒定值，否則可能出現頻率漂移，這種情況下的功率不平衡估算依靠將下垂控制與頻率偏差控制相結合的新型控制方法。功率不平衡估算控制策略如圖5 所示，其中fref為次級PI 控制器的參考頻率，Punb為電網估算的不平衡功率。在下垂控制中，一方面使用傳統下垂控制中的比例項Kpp，另一方面為確保系統穩定性，引入輸出功率變化的微分項Kdp，加快對功率變化的響應速度。經過下垂控制器，可以得到變換器輸出的頻率參考值。基站獲取微電網輸出頻率與參考頻率的差值，通過PI（比例-積分）控制器，得到微電網內部功率不平衡量。

圖5 功率不平衡估算控制策略

對于采用下垂控制的直流微電網，其下垂控制策略可以寫為：

式中：U 為直流微電網的直流電壓；U0為其額定值。

類似于交流微電網的控制策略，基站也可得出直流微電網的功率不平衡量。

對于采取主從控制的交流微電網或定母線電壓控制的直流微電網，電網內部電壓、頻率等與額定值偏差都較小，無法通過上述策略測量功率不平衡量，此時可以間接測量微電網內部儲能輸出功率。因微電網內可能存在數量較多的儲能模塊，這些儲能也會隨時接入或退出微電網運行，統一測量所有儲能功率并不現實，可選取容量大、運行穩定的儲能模塊進行功率測量。通過式（3）估算所有儲能的輸出功率：

式中：Pe與Qe為被選定儲能模塊的功率測量值與容量值；Psum與Qsum為微電網總功率缺額與微電網儲能總容量值。

為避免長期低功率交換導致基站損耗增大，控制中設置功率傳輸最小值，若估計的功率不平衡量小于該最小值，則基站與微電網不進行功率交換。該最小值一般由微電網群內各微電網自身規模大小確定。

3.1.2 微電網功率不平衡量分配

在HADN 結構中，單個微電網周邊存在多個基站，微電網的功率不平衡量需要根據周邊基站的能量存量分配。在微電網向各個基站申請功率的時候，應考慮到相鄰各個基站的剩余容量，儲能剩余容量較多的基站，其功率響應值應在總功率響應中占較大比例。因此，微電網的不平衡功率消納可按照基站儲能SOC（其值記為S）的倒數進行加權分配。以微電網功率出現缺額為例，單個微電網周圍共6 個基站，記基站a 中蓄電池SOC 的值為Sa，微電網總功率缺額為Psg，則基站a 實際接收到的功率請求Psg，a為：

采用上述不平衡功率分配方式，蓄電池剩余容量較多的基站承擔較大比例的功率響應需求，在經過足夠長的時間后，各個基站的蓄電池剩余容量可以達到平衡。在微電網有功率剩余需要外送到基站的場景下，應考慮各個基站蓄電池可接納的容量，即應考慮（1－S）的值，類似地按照上述原則進行不平衡功率分配。

前述控制建立在各個基站備用容量要求相同的情況下，實際情況中由于周邊配電網重要性要求不同，部分基站會要求有更高的備用容量。對于這種情況，可在預留基站儲能部分容量的基礎上，按照同樣的方式進行分配。如要求基站6 需要額外的備用容量，該部分容量折算到SOC 的數值記為ΔS，則此時基站6 應承擔的不平衡功率為：

3.1.3 功率交換約束條件確定

針對各基站實際分配到的功率不平衡量，基站需要結合變換器容量、基站儲能SOC 等因素，確認對每個微電網的實際功率交換量。

基站與微電網功率交換量首先受到基站與微電網變換器容量的限制，當功率交換量超出基站變換器或微電網變換器容量時，應當對其作出限制。其次，為延長基站儲能蓄電池的使用壽命，應避免蓄電池在過度充電或過度放電狀態下運行。因此，需要規定儲能蓄電池SOC 的上限Smax和下限Smin。當儲能SOC 達到下限時，基站儲能不向外送出功率；相應地，當儲能SOC 達到上限時，基站儲能不從周邊微電網吸收功率。即：

式中：Pi為基站和相鄰微電網i 的實際交換功率，以基站向微電網送出功率為正。

基站交換功率值上下限與基站儲能SOC 的關系如圖6 所示，其中Pmax為儲能變流器的功率上限，和為預設的兩個運行狀態點，起預警作用。當S＜時，意味著儲能蓄電池容量剩余不多，難以支撐長時間的大功率放電，因此需要減小儲能變換器發出功率上限；當S＞時，需要減小儲能變換器吸收功率上限。圖6 中實線包圍的區域就是基站在不同儲能SOC 條件下的運行區間。

圖6 儲能模塊運行區間

當與基站相連的微電網對基站要求的總功率超過限制時，基站無法全額滿足各個微電網的功率需求。為盡可能向各個微電網提供功率，保證穩定運行，可根據不同微電網需求功率按比例分配。功率受限條件下，基站向相鄰微電網i 提供的功率為：

在功率受限條件下，基站可以根據各微電網的重要程度設定功率交換權重系數，進行加權平均，保證重要級別高的微電網在功率受限情況下優先獲得基站的功率支撐。各微電網的權重系數可根據內部重要負荷數量、優先度進行確定，微電網權重系數可以表達為：

式中：Ki為微電網i 的權重系數；n 為微電網內重要負載的數量；kij為微電網i 內第j 個重要負載的優先度；Pij′為微電網i 內第j 個重要負載的額定功率。

3.1.4 多基站多微電網協調策略

針對多基站多微電網協調控制情景，以兩個微電網I，II 與兩個基站A，B 的情景為例，說明該種情況下的協調控制方法。

記兩個微電網功率請求為PI和PII，功率請求之和為Psum，各基站應發功率由3.1.2 節方法得到，記為PEES，A和PEES，B，Pmn（m=I，II；n=A，B）為基站和微電網交換的功率，各功率間關系為：

蜂巢狀配電網要求基站和配電網之間交換的功率盡量少，且要保證各基站有一定的功率容量和能量容量，確保能量交換在各個基站間的均衡性，以最大限度提升配電網結構的可靠性。用交換功率的平方表征交換功率的量級，可得到優化目標函數為：

求解以式（9）為約束、式（10）為優化目標的優化問題，就可以得到各個基站對各個微電網的功率交換量。對于更大規模的系統，只需要增加約束條件，對應調整優化目標函數求解優化問題，就可以得到各基站與各微電網之間的交換功率量，實現基站與微電網之間較為合理的功率交換。

3.2 變換器層控制策略

HADN 內存在多個微電網，微電網內部的控制方式可以采用主從控制、下垂控制等多種方式，對基站控制不產生影響。微電網通過變換器連接至基站直流母線，連接基站與交流微電網的三相變換器采用圖7 所示的定功率控制，其中Punbref為基站經前述功率不平衡估算與本地決策后得到的功率交換指令值，為d 軸電流參考值，isd和isq分別為d 軸和q 軸的電流值，Usd和Usq分別為電網側d 軸和q 軸的電壓。本文設計的HADN 結構中，各微電網內部無功功率足夠，基站不涉及無功補償，無功電流參考值為0。連接基站與直流微電網的全橋DC/DC 變換器采用移相控制方式[17]，根據交換功率量計算移相比實現定功率控制。采用上述控制方式，基站可以實現與交流微電網、直流微電網之間的指定功率額的交換。

圖7 基站變流器定功率控制策略

為保持基站直流母線電壓穩定，儲能變換器采用電壓外環、電流內環的雙閉環控制。為加快變換器響應速度，加入負載電流前饋[18]。儲能變換器控制策略如圖8 所示，其中Udcref為基站直流母線參考電壓，Udc為基站實際直流電壓，iLoad為基站等效負載電流，iLref為電感電流參考值，iL為電感電流測量值，D 為變換器占空比。

圖8 儲能變換器控制策略

4 系統仿真

為驗證本文所提出控制策略的有效性，結合麗水山區實際情況在Simulink 中進行仿真驗證，仿真配置如圖9 所示，具體參數如表1 所示，其中：微電網1 是主從控制的交流微電網，微電網2 是下垂控制的交流微電網，二者均為工頻交流微電網；微電網3 是定直流母線電壓控制的直流微電網。當地典型山區小微電網拓撲中，包括光伏電站、風力發電站等電源，由于配電網改造工程將在山區配電網區域中加裝無功補償裝置，其容量可滿足HADN 對無功補償的要求，因此仿真過程中不涉及無功功率相關內容。當地的山區配電網主要面臨供電半徑長、聯絡率低、轉供能力受限等問題，提高新能源的就地消納能力是新型山區配電網的重要目標。因此，仿真模型中未設連接上級電網的接口，以驗證HADN 及其控制策略下就地消納新能源的能力。

圖9 仿真系統配置

表1 微電網運行參數

在仿真情境中，基站直流母線額定電壓設為1 kV，基站儲能配置容量為1 500 Ah，基站變流器功率交換限值為3 MW。

4.1 功率不平衡估算策略與分配策略驗證

在研究基站與多微電網之間的互動策略前，需要對包括單微電網功率不平衡量估算、功率不平衡量分配等僅涉及單個微電網與周邊基站互動的控制策略進行仿真驗證，采用的拓撲如圖10所示。

圖10 單微電網與多基站互動仿真配置

本文中微電網功率不平衡量的分配策略對于周邊基站數量沒有特定要求。由于微電網和基站中均包含大量變流器，系統過于復雜時會對仿真分析造成困難。為降低該部分仿真模型復雜度，僅考慮單個微電網，并且周邊僅有3 個基站的情形。所選取的微電網為微電網2，各基站的儲能裝置初始SOC 分別為30%，50%，70%。

微電網功率不平衡總額度及向各個基站的功率請求分配情況如圖11 所示，此時微電網處于功率不足的狀態，因此向周邊基站申請功率輸出支援。微電網不平衡的申請量根據基站目前的儲能剩余容量進行分配，儲能剩余容量較多的基站3 獲得了較多的功率請求，儲能剩余容量較少的基站1 獲得較少的功率請求。

圖11 微電網總功率缺額與各基站接收的功率請求

圖12 顯示了基站接收到的功率指令與各基站實際功率交換值之間的關系。各個基站在接收到功率指令后，可以較為精確地跟蹤收到的功率指令值，對微電網提供功率支撐。

圖12 各基站接收到的功率指令與實際功率交換量

微電網2 的運行頻率如圖13 所示，各個基站對微電網的功率響應符合微電網的功率需求情況，因此采用下垂控制的微電網2 運行頻率維持在額定值，說明微電網申請的功率支援可以滿足微電網內部的功率需求，驗證了微電網功率不平衡量估算策略的有效性。

圖13 微電網2 的運行頻率

4.2 功率不平衡工況仿真

為了驗證本系統控制策略的有效性，設計了兩種功率不平衡切換工況。交流微電網1 采用主從控制，交流微電網2 采用下垂控制，直流微電網采用定輸出電壓控制，具體控制策略如第3 節所述。山區天氣多變，為模擬天氣變化對可再生能源的影響，光伏和風電的出力均有一定波動。各微電網的光伏輸出功率隨機變動如圖10 所示，光伏陣列均采用基于電壓擾動的最大功率跟蹤控制。第一種仿真工況，假定基站儲能SOC 在穩定運行區間，初始值為50%。光伏隨機輸出功率如圖14 所示。

圖14 光伏隨機輸出功率

設定主從控制下的交流微電網分別在0 s 與2 s 時接入0.5 MW 有功負載與0.1 MW 無功負載。下垂控制交流微電網分別在0 s 與1 s 時接入0.5 MW 有功負載與0.1 MW 無功負載。直流微電網于0 s 時接入0.5 MW 直流有功負載，2 s 時接入0.1 MW 直流負載，3 s 時接入0.5 MW 直流負載。仿真結果如圖15 所示。

圖15 功率不平衡仿真結果

根據仿真結果可知，下垂控制交流微電網一直處于功率不足狀態，由基站向其提供功率支撐。主從控制交流微電網一直處于功率充裕狀態，向基站輸出功率。直流微電網由于負載與電源輸出功率的變化，先向基站輸出功率后由基站向其提供功率，充分證明了控制策略的有效性。

4.3 功率傳輸約束下功率不平衡工況仿真

此時基站儲能SOC 初始值偏低（為15%），其余仿真條件不變，驗證在儲能容量不足時協調控制策略的有效性。重點觀察一直處于功率缺額工況下的下垂控制交流微電網功率交換情況，仿真結果如圖16 所示。

圖16 下垂控制微電網功率交換值

可以觀察到，在0—6 s 時，與同一基站相連的另外2 個微電網處于功率過剩狀態，盡管此時基站向下垂控制微電網輸送功率，但周邊微電網總體上仍在對基站輸入能量，因此基站不對向外傳輸功率進行限制。當6 s 后，由于直流微電網向基站輸送功率降低，基站總體上對外輸出功率，此時約束條件起作用，下垂控制微電網功率請求與功率實際交換出現偏差，證明基于SOC的功率約束有效。

4.4 系統穩定性約束

基站直流母線的電壓穩定性很大程度決定了配電網系統運行的穩定性。本文對直流母線電壓的控制由基站儲能的變換器實現，具體控制策略在3.2 節中詳細闡述。當基站儲能過量，運行在保護模式下，與之相連的3 個微電網均處于功率充裕狀態。此時系統內功率無法平衡，直流母線電壓越界，系統不能穩定運行。為了避免這種情況，需要進行穩定性約束研究。基站儲能模塊小信號穩定性推導過程傳遞函數過于復雜，進行定性研究難度較大，可考慮進行定量研究。經過代數變換，在傳遞函數特征方程系數中，只有電感電流穩態值未知，其余均為已知量，而該值與負載電流穩態值直接相關。以仿真數據的基站為例，可以計算出此時基站能支撐的最大負載電流約為13.1 kA。

以單基站連接負載為例，在仿真開始時接入12.9 kA 的電流負載，在3 s，4 s，5 s 時分別接入50 A 的電流負載。可以觀察到5 s 后直流母線電壓開始振蕩，直至6 s 時直流母線電壓運行失穩，該基站儲能系統所能支撐負載電流約為13.05 kA，和理論計算值誤差約為0.3%，較為精確。仿真驗證結果如圖17 所示。

圖17 基站直流母線電壓

根據仿真結果，可以制訂如下保護策略：當基站檢測到直流母線電流或電壓即將越限時啟動保護控制，基站進入停機模式，閉鎖所有變換器，保證基站自身以及周邊微電網的安全穩定。

4.5 多微電網多基站控制驗證

本部分采用兩微電網兩基站的系統拓撲對本文所提出的多微電網多基站控制方法進行驗證。選用的兩微電網為微電網1 和微電網2，兩微電網通過變流器和基站1、基站2 相連。基站1 初始儲能SOC 為50%，基站2 初始儲能SOC 為70%，系統采用3.1.4 節所述控制策略。

圖18 是兩微電網功率缺額總值和兩基站的功率分配情況，在本文預設的功率不平衡量分配情況下，儲能SOC 較高的基站2 承擔了兩微電網的大部分功率缺額。

圖18 微電網功率不平衡量總值與分配情況

圖19 是兩微電網運行的頻率，可以看到，盡管兩微電網運行過程中存在功率波動，在預設的多微電網多基站控制策略下，微電網均可保持穩定運行。

圖19 微電網運行頻率

綜合上述仿真波形，可以證明本文所設計的多微電網多基站策略可以實現多微電網多基站情況下對微電網穩定運行的支撐作用。

5 結語

本文基于新型配電網的拓撲結構——HADN，提出了一種適用于山區的微電網群結構，并設計了對應的分層控制方法，制訂了基站的運行策略，并通過仿真模型驗證了所提控制策略的有效性。采用本文提出的控制方案，能夠實現HADN內部穩定運行。由于微電網正常工況下自治運行，分布式配置的基站具備本地決策能力，在配電網上層控制器故障或通信受阻時，下屬各微電網仍然能夠維持穩定運行，提高了配電網運行可靠性和電能質量。通過微電網與基站之間的功率交換策略，可以在各個微電網之間進行功率的靈活調度，以應對可再生能源出力波動或負載波動，增強了配電網整體穩定性與靈活性，提高了對配電網內部可再生能源的消納能力。